Електросистема на яхті: практичні поради

Сучасні яхти неможливо уявити без цілого набору електроприладів: холодильники, навігаційні прилади, бойлери, радіо, зарядки для різних пристроїв. Список приладів, що працюють від електрики, зростає з кожним роком. Навіть найаскетичніші яхтсмени сьогодні визнають, що без необхідного мінімуму електроприладів на борту не обійтися. Тому менеджмент вашої електромережі це не лише про безпеку, а й про економію коштів. 

У цій статті ми звернемося до чудового матеріалу Майка Моргана, який нещодавно був опублікований на сайті Yachting Monthly. Спробуємо на його прикладі розібратися з основами електросистем та їх підтримкою.

Преамбула

Майк Морган – яхтсмен, який давно перебрався жити на яхту разом із дружиною Деббі. По дев'ять місяців року вони проводять у водах Середземного моря. Як зазначає сам Майк, більшу частину часу їхня яхта знаходиться на якорі. Однак, на відміну від багатьох яхтсменів, човен Моргана зупиняється у віддалених місцях та на якірних стоянках. Подружжя Морганів уникає пристаней та марин і, як зазначає Майк, яхта рідко заряджається від берега. 

Пара слів про човен: Моргани подорожують на Bavaria C57 2021 під ім'ям Spirit. Всі розрахунки, які наводить Майк, справедливі для човнів схожих габаритів, а саме:

• довжина – 16,73 м;
• ширина – 5,28 м;
• осаду – 2,52.

Слід зазначити, що поради, дані в цьому матеріалі повинні бути дієві для яхт будь-яких габаритів. Головне – загальний принцип побудови та контролю електросистеми. Кожен човен є унікальним механізмом, який працює за своїми правилами. 

Про всяк випадок попереджаємо: перед будь-якою зміною у вашому човні слід проконсультуватися з профільним фахівцем, щоб оцінити дійсну необхідність модифікації. 

Літієві та свинцеві батареї

Основою електросистеми на яхті Spirit є банк літієвих батарей. При виборі типу батареї Майк міркував так: незважаючи на більшу стабільність, свинцеві батареї мають менший заряд і більшу вагу. Разом з тим, літієві батареї, хоч і є більш вогненебезпечними, але при належному догляді забезпечать яхту більшою кількістю електрики, ніж свинцеві. 

Свинцево-кислотні батареї можуть служити роками, але використання їх як основні на борту багатьма яхтсменами не сприймається. Причин того багато, і в тексті ми про них поговоримо, але зробимо ремарку: стовідсотково правильного варіанту використання літієвих і свинцевих батарей не існує. Головне, щоб дотримувалися їх експлуатаційних вимог (про ці вимоги ви також знайдете інформацію нижче).

Нині існує альтернативний літієвим та свинцевим батареям варіант. Літій-ферум-полімерні або літій-залізо-фосфатні батареї сьогодні виправили проблеми старших літієвих «братів» (не такі вогненебезпечні) і так само, як і свинцеві, можуть слугувати тривалий термін. Однак головний недолік батарей LFP – їхня вартість. 

Робота батарей

Кількість доступної електроенергії залежить від ємності встановлених акумуляторних батарей. Місткість батарей звичайної вимірюється в ампер-годинах, тобто в загальній кількості ампер, які батарея здатна видати за одну годину. Простими словами, якщо у вас є батарея ємністю 100 Ач, то її вистачить на одну годину роботи із силою струму 100 А або на 100 годин із силою струму в 1 А. Але це теоретично. Насправді справи трохи інакше.

Особливості роботи різних типів батарей різняться. Наприклад, літієві акумулятори легко переносять повний цикл розрядки-зарядки. Свинцево-кислотні батареї не слід розряджати нижче 50 відсотків, тому що через занадто низький рівень заряду їх ємність поступово зменшується. 

Наочна візуалізація максимальної глибини розрядки свинцево-кислотних (lead-acid) та літій-іонних акумуляторів. Нормальна експлуатаційна глибина розрядки свинцевих батарей становить 30-40%, далі для них настає етап глибокої розрядки. У літій-іонний експлуатаційна глибина розрядки становить 80-90% від загальної ємності.

У цьому полягає особливість свинцевих батарей – їх фактична ємність становить близько половини теоретичної, заявленої виробником. Тому, якщо відштовхуватися від наведеного вище прикладу, свинцева батарея ємністю 100 Аг зможе пропрацювати лише 50 годин із силою струму в 1 А, перш ніж її потрібно буде знову зарядити. Це не означає, що 50 Ач, що залишилися, будуть недоступні, але якщо намагатися не розряджати батарею нижче 50%, то робоча ємність становить 50 Ач без глибокої розрядки.

Виходячи з цих міркувань, Майк замінив стандартні акумулятори свинцеві ємністю 240 Ач на літієві ємністю 800 Ач. У результаті чотири літієві батареї сумарно важили менше, ніж один свинцевий акумулятор зі старого набору.

Проблеми експлуатації

Здавалося б, ось воно щастя! Подивіться на цю фантастичну різниці в ємності – 240 Аг у свинцевих та 800 Аг у банку на літієвих батареях. Майже чотириразовий відрив! Однак тут є свої нюанси. 

Недарма не всі яхтсмени віддають перевагу літієвим акумуляторам. Особливості цього типу батарей включають підвищену чутливість до умов експлуатації та необхідність використання системи керування батареями для забезпечення безпеки. 

Однак, попри побоювання, сучасні літієві батареї, при правильному догляді та експлуатації, зазвичай мають більш тривалий термін служби порівняно зі свинцево-кислотними. Літієві батареї можуть витримувати більше циклів заряд-розряд, зберігаючи при цьому високу продуктивність. Так, свинцеві необхідно постійно тримати на зарядці, але їхня стабільність у роботі перевірена не одним поколінням яхтсменів. Багато яхтсмен комбінують типи батарей, використовуючи їх для різних завдань. 

Крім того, свинцеві батареї часто використовують як стартові та тягові. Свинцево-кислотні батареї краще справляються з одномоментним високим навантаженням (старт двигуна) та постійним навантаженням (робота двигуна або підрульки). Літієві батареї, завдяки своїй високій щільності енергії та стабільній напрузі, краще підходять для живлення освітлення, електроніки та інших систем на борту, які потребують постійного навантаження.

Як виглядає кислотний акумулятор усередині

Важливо також зазначити, що чітких даних про фінальну ємність свого банку батарей Майк у статті не наводив, тому ми орієнтувалися виключно на опис встановленого обладнання. 

Щоб уникнути займання літієвих батарей, Майк радить використовувати систему управління навантаженням акумуляторів (BMS). Через складність встановлення такої системи її краще довірити професіоналові. Такі системи використовуються для централізованого керування батареями, вона сповіщає про їхній рівень заряду, має кілька аварійних сценаріїв роботи. Система керування батареями також дозволяє легше проводити діагностику стану акумуляторів.

Джерела живлення

Встановити батареї потрібної ємності – не проблема. Але ж їх треба якось зарядити! Найпростіший варіант: попрямувати до найближчої марини та підключитися до берегової мережі. Стандартний серійний човен середніх габаритів зазвичай оснащений зарядним пристроєм (адаптером) для акумуляторів на 60А. 

Крім берегової лінії, можна зарядити батареї від двигуна. Сучасні човни часто комплектуються двигунами, здатними працювати як генератора змінного струму. На деяких човнах можна зустріти двигун, і генератор струму. Сила струму, що виробляється, залежить від потужності і габаритів двигуна. 

Майк наводить такий приклад. Двигун його яхти здатний виробляти струм 60 А, тобто акумулятори отримають заряд силою 60 А протягом однієї години. Якщо у вас, як і Майка, літієві батареї ємністю 800 Ач і вони заряджені на 50%, то для зарядки до 100% відсотків знадобиться близько 7 годин. Розрахунок наступний: 50% ємності (400 Ач) слід розділити на силу джерела заряду (60 А) та отримаємо час зарядки (6,6 годин). Важливо: розрахунки, наведені у статті, є приблизними і не враховують багато факторів. Сприймайте їх як розрахунки системи в ідеальних умовах.

Щоб не зловживати використанням ДВС (Майк захисник екології), було вирішено встановити сонячні батареї. За рахунок великої ширини човна, було місце на чотири великі сонячні батареї потужністю 400 Вт. Потенційно ці батареї можуть виробляти більше, але залежить від сили сонячного світла.

Принципи заряджання акумуляторів

Шум роботи двигуна під час генерації електрики мало кому припаде до душі. Крім того, бездумно використовувати двигун для заряджання батареї означає суттєво скорочувати його термін експлуатації. Мотор, як і будь-який механізм, має свій поріг міцності, досягнення якого дуже негативно позначиться на його працездатності. 

Однак бувають ситуації, коли марина надто далеко, за бортом похмура погода, а батареї вже зовсім скоро сядуть. У такому разі застосовувати двигун для заряджання доведеться. Майк так описує свою систему: він замінив стандартний адаптер (заряджання батарей) на 60 А та встановив на 120 А, що прискорило процес заряджання. Для пристроїв змінного струму Майк встановив інвертор на 3 кВт. І хоча все ще залишається можливість заряджання від двигуна, Морган вирішив додатково придбати генератор.

Стандартна схема генерації електрики: батареї (по центру) одержують електрику від генератора (згори зліва), від генерації в моторі (зліва знизу) або з берегової лінії.

Майк змінив адаптер спираючись на особливості своєї апаратури. Якщо вирішите придбати потужніший адаптер, переконайтеся, що батареї та електрична система яхти можуть безпечно працювати з такою потужністю.

Вибір упав на Paguro 9000. Конкретний бренд не має значення, звертайте увагу на вихідну потужність. Генератор Майка здатний видавати до 9 кВт, що, за його словами, покриває всі потреби з головою. Генератор під час роботи живить електросистему приладів змінного струму, і зарядку батарей.

Знову ж таки, застосовувати двигун як генератор електрики для зарядки батарей можна, але це підвищить витрату палива і знос деталей мотора. Цей варіант краще використовувати в ситуаціях, коли інших способів підзарядити батареї просто відсутні. 

Природні джерела 

Відновлювані джерела енергії є універсальним способом заряджання бортового обладнання. Одна біда - вони не такі постійні, як генератори або двигуни. Втім, як правило, природна енергія доступна в будь-якій точці планети, що спрощує її видобуток. 

Деякі яхтсмени комбінують підходи. Це ми ще підводну частину не бачили.

Як згадувалося раніше, Майк встановив чотири сонячні панелі по 400 Вт кожна. Потенційна вихідна потужність склала 1600 Вт при 12 В або близько 130 А. Для контролю стану батарей використовуються контролери MPPT. Завдяки цим пристроям відстеження максимальної потужності можна перевірити, чи батареї отримують достатній заряд під час роботи панелей.

Інша чудова можливість отримати «безкоштовну» електрику – гідрогенерація. Сучасні сейлдрайви та спеціальні установки для гідрогенерації стали набагато ефективнішими за минулі кілька років. Теоретично, за день у русі на швидкості 7-8 вузлів можна генерувати до 300 Ач.

З чого виходити при виборі батарей, сонячних панелей та генераторів

Ключовим фактором у налаштуванні та використанні вашої бортової електросистеми є облік усіх приладів на борту із зазначенням їх точного споживання та необхідних потужностей. І це набагато складніший процес, ніж може здатися на перший погляд. Вам необхідно чітко встановити не тільки потужність приладів, а й кількість часу, протягом якого використовується прилад. 

Першим кроком стане замір «нульового споживання». Вам необхідно виміряти, скільки ваш човен споживає в режимі очікування, наприклад, перебуваючи на якорі або марині. Майк з'ясував, що для простого очікування на його яхті потрібно близько 200 Аг на добу – на борту постійно працювали три холодильники, морозильник та внутрішнє освітлення. 

Далі слід виміряти кількість споживаної енергії в ході та при стоянці, але з використанням різних приладів. Так ви зможете скласти графік зарядки акумуляторів від сонячних батарей або від генератора – ви дізнаєтеся, що і коли з обладнання на борту використовується і коли без шкоди для своїх вух чи сну можна підзарядити батареї.

У той же час, чайники, кавоварки, фени, мікрохвильові печі та інші радості цивілізації може і споживають пристойну кількість електрики, але роблять це не на постійній основі. Такі прилади загалом можна виключити зі списку споживачів, але мати на увазі при складанні графіків заряджання.

Однак на такі прилади, як пральні машини, бойлери, морозильники, холодильники, обігрівачі та кондиціонери слід звернути особливу увагу. Ці прилади споживають велику кількість енергії та можуть використовуватися протягом тривалого часу, навантажуючи електросистему човна. 

Енерговитратні прилади є найсерйознішими споживачами, тому графік їх роботи необхідно чітко регламентувати. Кондиціонер краще взагалі не запускати при живленні від акумуляторів - він надто сильно "їсть" заряд. Залишіть охолодження до марини з береговою лінією електропостачання або до генератора.

Оновлення батарей

Якщо вам недостатньо потужності та ємності батарей, то ситуацію можна покращити. Майк пропонує два варіанти:

• повна заміна батарейного блоку на новий;
• встановлення додаткових батарей.

Перший варіант легший і простіший, але дорожчий. Встановлення нових батарей може влетіти в копієчку, але батарей не повинно виникнути серйозних проблем в експлуатації. Другий варіант трохи складніший, тому що для коректної роботи вже існуючого банку акумуляторів додаткова батарея має бути того ж типу, ємності і навіть віку. 

Вся зовнішня проводка має бути акуратно укладена та організована. Це дозволить у майбутньому швидше провести ремонт чи техобслуговування.

У другому варіанті може виникнути проблема сумісності батарей. Якщо новий акумулятор буде значно «молодшим» за старі, він матиме кращу продуктивність, що може призвести до нерівномірного навантаження на акумулятори в банку. Крім того, можуть виникнути проблеми з пошуком ідеального кандидата на збільшення ємності або заміну – бажано встановлювати батареї від одного виробника, а потрібний акумулятор може просто бути знятим з виробництва.

Моніторинг батарей

Сучасні батареї часто обладнано цілим набором засобів для моніторингу – аж до SMS-повідомлень про стан заряду. Якщо батареї досить старі, то спростити моніторинг покликані різні системи. Такі «смарт-монітори» можуть постачатися як повноцінним рішенням, так і у вигляді невеликих приладів, які будуть приєднуватися до клем акумуляторів і стежити за станом батареї.

І хоча сьогоднішні вимоги до кількості електроенергії на порядок вищі, ніж у минулому, сучасні батареї, акумулятори та системи моніторингу дозволяють точно оцінювати стан електросистеми. Слідкуйте за приладами та їх показаннями, своєчасно оновлюйте батареї і не залишайте їх надто довго без заряджання, а також звертайте увагу до проводки на борту – і жодних проблем з електрикою на борту вашого човна не буде.

Нове відео на каналі Інтерпарус🎥

Момент, коли всі слова зайві – новий випуск про найбільший наш проект цього календарного року. Зустрічайте модифіковану Fountaine Pajot Samana 59! Приємного перегляду.

Не забудьте оцінити матеріал. Інші цікаві статті ви зможете знайти за посиланнями нижче або розділ «Новини».

24.08.2024