Schleppgenerator zur Energieversorgung auf Segelyachten

Details

Veröffentlicht: Montag, 12. März 2012 17:39

Geschrieben von Armin Horn

Einleitung

Die bekannten alternativen Energiequellen auf Segelyachten sind

• Solarpanels
• Windgenerator
• Brennstoffzelle
• Wellengenerator/Schleppgenerator

Aus der Fahrt durchs Wasser mittels einer Turbine elektrische Energie zu gewinnen, ist eine  faszinierende Idee. Nachfolgend eine kurze Zusammenstellung von Systemen, die sich diese Energiequelle zunutze machen.

Im Gegensatz zur Windenergie hat strömendes Wasser aufgrund seiner vergleichsweisen hohen Dichte bereits bei geringen Geschwindigkeiten eine hohe Strömungsenergie, welche mit einem Propeller und einem im Generatorbetrieb arbeitenden Elektromotor in elektrische Energie gewandelt werden kann.

Ein Hauptgrund für die relativ geringe Verbreitung von Schleppgeneratoren dürfte die umständliche Handhabung beim Aus- bzw. Einbringen sein, insbesondere bei höheren Segelgeschwindigkeiten, die dann meist  verbunden sind mit Seegang und dann volle Aufmerksamkeit für Ruder und Segel beanspruchen. Aufgrund des  erhöhten Aufwandes für das Ein-/Ausbringen lohnt sich das für kürzere Etappen meist nicht. Weiterhin sind einige Meter Schleppleine hinderlich beim Schleppangeln, was insbesondere Langfahrtsegler abschrecken dürfte. Schleppgeneratoren sind vermutlich aufgrund der geringen Stückzahlen relativ teuer.

In neueren Entwicklungen (s. u.) sind diese Nachteile behoben in dem der Schleppgenerator mittels einer Halterung schwenkbar am Heck befestig wird.  Die bessere Bezeichnung solcher Generatoren wäre „Heckgenerator“. Diese  dürften zukünftig eine bedeutendere Rolle erfahren.

Kurzübersicht zu Schleppgeneratoren

Reine Schleppgeneratoren

Hinweis: Preise und Bildquellen jeweils gemäß den angegebenen Links, Stand März 2012

Aquair Ampair	Händlerlink
Generator:                                   1090 €  Halterung an Deck:                        390 €  Laderegler:                                    180 €  Gesamtkosten:                           1660 €

 Abstand

Aquair UW	Händlerlink
Generator:                                  1090 €  Halterung:                    nicht angeboten  Laderegler:                                   180 €  Gesamtkosten:                         1270 €  Hinweis: Befestigung am Schiff unklar

Abstand
Kombisysteme Schlepp-/Windgenerator

DuoGen Systemkosten Standardmodell:  2990 €	Händlerlink

Abstand

Ampair-Aquair	Händlerlink
Generator:                     1090 €  Halterung an Deck:          390 €  Laderegeler:                    180 €  Windumrüstsatz:              400 €  Gesamtkosten:             2060 €	Umbau zum Windgenerator  24 kn Wind → 5 A Ladeleistung

Absatnd
Wellengeneratoren (nur zur Vollständigkeit)

Wellengenerator aspx	Händlerlink
	Gesamtkosten etwa 700 EUR Abstand  Hinweis:  Die Leistung der Wellengeneratoren ist stark von der Schiffs-  schraube, Getriebe und Wellendichtungsreibung abhängig! Abstand  Aufgrund der hohen Reibungsanteile bewirken nennens-  werte Ladeleistungen einen deutlich bemerkbaren Brems-  widerstand und damit Geschwindigkeitsverlust der Yacht!

Abstand
Heckgeneratoren

Watt&Sea	Händlerlink
Gesamtkosten:  4925 €

Abstand

SailingGen                                                      Link           Gesamtkosten Bausatz:                  1050 €                                  Video   Gesamtkosten Fertigsystem            1450 €

Vergleich der Leistungsdaten

Leider geben die Hersteller die Leistungsdaten in Kennfeldern mit unterschiedlichen Einheiten an, sodass es für Eigner mühsam bis schwierig wird, ihre Leistungsfähigkeit zu vergleichen.

Interessant ist vor allem der erzielbare Ladestrom in A in Abhängigkeit von der Fahrt durchs Wasser in kn. Die Herstellerangaben obiger Systeme sind im nachfolgenden Kennlinienfeld zusammengeführt.

SailingGen und DuoGen zeigen nahezu identisches Verhalten, Aquair/Ampair sind schwächer, Watt&Sea erscheint etwa doppelt so leistungsfähig.

Betrachtet man die Systemkosten, so relativiert sich dieser Vorteil, denn der Watt&Sea liegt mindestens  3-fach teurer als beispielsweise der SailingGen.

Wichtig für eine Kaufentscheidung sind neben Ladeleistung aber auch Aspekte wie Handhabung, Anbaukomplexität, Größe/Gewicht, Ausführungsqualität, Materialien (Kunststoff/Edelstahl).

Betrachtet man die relativen Kosten pro A Ladestrom für eine typische Segelgeschwindigkeit von 6 kn, so ergibt sich folgende Situation:

Hinweis: Für den DuoGen wurde dabei der halbe Preis angesetzt, da er ja auch ein Windgenerator ist.

Erfahrungen des Autors  mit dem SailingGen

Die eingangs erwähnten Gründe führten zur Entwicklung des SailingGen:

• Der Reiz einerseits,
• die Schwächen bekannter Systeme andererseits.

Wichtig war vor allen eine einfache Handhabung. Der SailingGen wird mittels einer Leine innerhalb von wenigen Sek. aus dem Wasser geschwenkt bzw. eingelassen (s. Video auf dem Link). Die unerwartet hohen Energieerträge führten zur Weiterentwicklung bis zur Serienreife. Die Entwicklungshistorie ist beschrieben auf www.sailnsea.com. Dort findet man auch eine Videoshow zur Montage, Handhabung und zum Betrieb im Segeleinsatz.

Für Fahrtensegler macht das System insbesondere in Kombination mit Solarmodulen Sinn! Diese sollten so ausgelegt sein, dass sie die notwendige Bordenergie beim Ankerliegen aufbringen, sprich im Wesentlichen die Kühlbox versorgen können. Beim Segeln erzeugt der SailingGen schon bei geringen Segelgeschwindigkeiten beachtliche Ladeströme. Für übliche Instrumentierung inklusive Radar, Autopilot, Plotter und ev. Laptop bleibt schnell noch überschüssige Ladeenergie für die Bordbatterie. Und dies auch bei bewölktem Himmel bzw. bei Nachtfahrten!

Wenn man die Bordspannung mittels eines Voltmeters im Cockpit im Auge hält, kann auf eine Ladeelektronik verzichtet werden und direkt in die Verbraucherbatterie eingespeist werden. Bei Erreichen der Ladeschlussspannung wird das Ding einfach aus dem Wasser gezogen.

Die vielfach erwähnte Bremswirkung als Nachteil von Schleppgeneratoren ist beim SailingGen so gering, dass sie am GPS im Grunde nicht feststellbar ist, zumindest bis zu Segelgeschwindigkeiten von 7 kn! Und wer meint, bei der Regatta noch das letzte Fünkchen Speed rausholen zu müssen, zieht das Ding einfach aus dem Wasser.

SailingGen und Windfahnensteuerung:

Überschüssige Bordenergie beim Segeln bedeutet für Fahrtensegler, dass auf eine teure Windfahnensteuerung verzichtet werden kann.

Warum für eine Windfahnensteuerung das Heck verbauen, wenn doch die Regelungssysteme moderner Autopiloten ein weit besseres Regelverhalten des Schiffs ermöglichen als eine primitive Windfahnensteuerung? Letztere benötig prinzipiell immer eine signifikante Kursabweichung, bevor sie gegenregeln kann. Für Regelungstechniker: Sie stellt eine reine P-Regelung dar, ohne I-Anteil und damit immer mit einem Regelfehler. Folge: Man fährt immer Schlangenlinien! Und wer als Fahrtensegler Redundanz liebt, bekommt kostenneutral zur Windfahnensteuerung einen Reserveautopilot und Reserve-SailinGen!

SailingGen versus DuoGen:

Ein Wind-/Schleppgeneratorkombisystem muss immer umgebaut werden. Das ist mit Aufwand verbunden und Umbauteile benötigen einen Stauort. Wenn genügend Solarleistung installiert ist, (in südlichen Regionen etwa 150-180 W), dann braucht es vor Anker keinen Windgenerator! Somit auch keine nervigen Flattergeräusche und kein damit verbautes Cockpit bzw. damit verbautes Schiff. Solarmodule können relativ elegant in den Sonnenschutz (Bimini) integriert werden. Somit wäre die Kombination SailingGen/Solarmodule gegenüberüber einem DuoGen die elegantere Wahl. Die Montage eines SailingGen ist einfach. Ein Heckflansch wird mit 4 Schrauben am Heck befestig und fertig.

SailingGen versus Watt&Sea

Ein Watt&Sea erscheint abgesehen vom hohen Systempreis für den typischen Energiebedarf einer Fahrtenyacht überdimensioniert, vorausgesetzt, man ist nicht mit energiefressenden Elektrowinschen ausgestattet. Wohin mit der Überschussleistung, wenn die Batterie bereits voll?

SailingGen und Batteriekapazität

Die Messungen  zeigen, dass die Ladeleistungen unter Segel den Energiebedarf  typischer Segelyachten selbst bei elektrischer Vollausstattung  vollkommen decken.

Man kann davon ausgehen, dass die Verbraucherbatterie am Ende eines Segeltages randvoll geladen ist, d.h. keine Motorladestunden notwendig sind.
Das bedeutet, dass die Verbraucherbatterie nur den Bedarf für eine Nacht decken muss, denn tagsüber ist man segeln bzw. die Solarmodule decken den Bedarf (vor Ankerliegend im Wesentlichen die Kühlbox)

Legt man die Speicherkapazität der Verbraucherbatterie auf etwa 25% eines Nachtbedarfes aus, so ergibt sich gegenüber bisher üblichen Auslegungen ein deutlich geringere Speicherkapazität!

Beispielhaft eine Abschätzung:

Das ist deutlich weniger, als die bisher üblichen Empfehlungen!
Eine GEL-Batterie, die zu max. 25% Entladen wird, hält etwa +/-700 Zyklen. Das sind bei 70 Segeltagen pro Jahr immerhin 10 Jahre Lebensdauer, mehr kann man nicht erwarten.

Und: Da der Motor nicht mehr zum Laden der Batterie benötigt wird: Wozu einen Lichtmaschinenladeregler?

Konsequenz:
Elektrische Energie sollte möglichst immer dann erzeugt werden, wenn Sie gerade benötig wird. Dann entfällt das Speicherproblem und die damit verbundenen Kosten  (Batteriekapazität, Lichtmaschinenhochleistungsladeregler, starke Lichtmaschine).

Für eine größere Batteriebank spricht jetzt nur noch, dass die Lichtmaschinenladeströme im Motorbetrieb in einem vernünftigen Verhältnis zur Batteriekapazität  liegen sollten. Eine kleine Batterie mit hohem Strom zu laden bedeutet immer eine Schnellladung, was der Batterie nicht gut bekommt.