MALA - Energie, Ladetechnik, Speicherung.
... von kleinen Schritten in Richtung Zielbild ...
2o22
Für alles, was Elektrik und Elektronik angeht, hat mir vor Jahren mal jemand freundlich augenzwinkernd gesagt: "... ach, Alter, für dieses schöne Themengebiet hast Du als Mechanik-Mensch einfach nicht genug Licht am Fahrrad ..." ;) Lieb formuliert, oder?!
Es hilft aber nichts - langfristig müssen wir unsere bootseigene Installation auch auf diesem Gebiet so gut verstehen, daß wir unterwegs handlungsfähig sind, wenn später und weiter weg irgendetwas sein ... wird. Und da kommen wir nicht umhin, uns intensiver mit allem zu beschäftigen.
Und wir kommen auch nicht umhin, dies streckenweise mit Unterstützung und Beratung rundum zu tun :) Glücklicherweise ist die gesamte Bordelektrik von MALA nicht nur sehr sauber aufgesetzt, sondern auch über die Jahre "unverbastelt" geblieben - und gut dokumentiert. Gute Voraussetzungen also.
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Mit der nachstehenden, einfachen Übersicht haben wir zumindest den Grobaufbau der Hauptfunktionen auf MALA skizziert, fokussiert auf:
- Ladetechnik
- Energieverteilung
- Energiespeicherung
Ganz explizit, ohne die nachfolgende Verteilung und die Verbraucher mit aufzunehmen, diese sind weitgehend gut in den Schaltplänen erfaßt - und werden uns sicher ebenso später noch beschäftigen.
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Der Grundaufbau auf MALA gibt keine Räsel auf:
MALA - Übersicht nach Update 1
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I m H a f e n :
An der Landversorgung hängend, sind drei Mastervolt-Ladegeräte mit passenden Leistungswerten installiert und in den langen Jahren vor uns bewährt. Das ist derzeit aus meiner Sicht auch die einzige Methode, die bestehenden Speicher weitgehend vollständig und sinnvoll aufladen zu können.
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U n t e r M a s c h i n e :
Bei Fahrt unter Maschine übernehmen dann die zwei "Lichtmaschinen", die am Diesel mitlaufen. Ein Fokus der bestehenden Infrastruktur liegt klar erkennbar auf der Ladung der Service-Batteriebank, die von einem der Lader direkt und solitär bedient wird (90A, Alpha).
Servicebatterie: Hier haben wir im vergangenen Sommer eine Ladekennlinie "Ladestrom über Maschinendrehzahl" aufgenommen, mitgemessen am Meßwiderstand des Batteriemonitors für diese Bank. Das war für uns nochmal sehr interessant und findet Berücksichtigung.
Bei "Marschfahrt" lädt der Generator nahe an seinen Spezifkationswerten. Für den Fall von erforderlichem Ergänzungsladen am Ankerplatz bei längerem Aufenthalt wählen wir eine Ladedrehzahl von 1300 1/min als für uns besten Kompromiß und können bei über 20% entladener Batterie auf diese Weise mit einer Stunde Motorlaufzeit wieder für 1-2 Tage Energie einfahren.
Unser explizites Auslegungsziel wird aber sein, den Diesel im Normalbetrieb (Szenarien) nicht als primäre Lagequelle einplanen zu müssen.
Ladekennline Service
Navigationsbatterie: Im anderen Zweig, hinter dem bestehenden Standard-Lader (80A), erfolgt dann eine Verteilung auf die anderen Batteriebanken.
Ladungsverteilung Standard-Generator: Über eine alte Dioden-Brücke, wie ich nach erster Ansicht befürchte; auf diesem Wege erhält die Navigation, sowie Starter und die Bugbatterien ihre Energie. Hier schauen wir nochmal hin, ob sich durch Austausch des Ladeverteilers eventuell noch Verbesserungen erreichen lassen.
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U n t e r S e g e l n :
In 2021 haben wir die "Notlademöglichkeit" zwischen den Batteriebänken Service & Navigation erneuert und den defekten, alten durch einen modernen B2B-Lader ersetzt. Das ist unsere Rückfall-Lösung unterwegs auf langen Segelstrecken. Die bestehenden Kabelquerschnitte und der verfügbare Einbauraum gaben den möglichen Ladestrom vor - 18A sind es geworden.
Die Energiespeicher selbst sind mittlerweile weitgehend ausgetauscht, AGM-Batterien als Ersatz für ermüdete Vorgänger. Bis auf die Bugbatterien ist hier jetzt erstmal alles "auf Stand" und soll auch langfristig nicht verändert werden.
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Drei Saisons schrieben wir intensiv mit und überprüften, wie unsere (!) Energieverbräuche tatsächlich aussehen.
Alle aktualisierten Verbraucher hatten wir einschließlich ihrer erwarteten Einschaltzeitanteile vorher brav und wie angeraten in Tabellen erfaßt und unsere Prognosen in verschiedenen "Szenarien" und Gerätekombinationen gebündelt. Spannend war dann für uns das Gegenmessen & Abgleichen.
Grob angenähert für unsere ganz persönliche Nutzung gemessen mit:
- (150Ah/d) "Vor Anker",
- ( 30Ah/d) "Vor Anker reduziert",
- (185Ah/d) "Segeln Standard",
- (100Ah/d) "Segeln reduziert I",
- ( 50Ah/d) "Segeln reduziert II".
Wir könnten "alles an" auch großzügig gut über 350Ah/d irgendwie verbrauchen ;) ... aber wer will das schon?! Wir ganz sicher nicht - denn darauf müßten wir für die später angestrebte Autarkie unsere gesamten kommenden Aktualisierungen der Infrastruktur abstimmen.
Über den Betrieb von Kühleinrichtungen sind wir noch nicht entschieden. Mit 65Ah/d findet das bestehende Kühlfach an Bord (Isottherm ASU, eine ordentlich isolierte, genügsame Lösung) Eingang in die Energiebilanz der betreffenden Szenarien.
Und damit ist dieser Punkt nach den navigationsrelevanten Verbrauchern mit Abstand erwartungsgemäß der größte Abnehmer. Vermutlich wird die Kühlung somit nur bei aktuellem Energieüberschuß - und nicht als fester Bestandteil der Lebensmittelhaltung Einplanung finden.
Berücksichtigung in unseren Bilanzen fanden (mit Einschaltzeitanteilen) z.B. unter anderem:
- Axiom 7''
- Axiom 9'' Doghouse
- Axiom 9'' Steuersäule
- Navigations-Instrumente
- VHF-Funk + AIS
- Autopilot Standby
- Autopilot Betrieb
- Radar Standby
- Radar Betrieb
- Positionslichter
- Deckwinschen Standby
- Deckwinschen Betrieb
- Trinkwasserssystem
- WC-System
- Inverter 230V Standby
- Inverter 230V + definierte Abnehmer-Geräte
- Innenbeleuchtung Standby
- Innenbeleuchtung (6x LED)
- Kühlschrank
- ...
Wir haben für unsere definierten Nutzungs-Szenarien hier auch immer die Aufteilungen auf Navigations- und Servicebank separat vorliegen. Im Beispiel "Segeln Standard" teilen sich die 185Ah auf in rund 95Ah Navigation und 90Ah Service. Der Kühlschrank ist hier aus ... Also recht ausgeglichen.
In unseren anderen Szenarien gehen diese Aufteilungen je nach Nutzung deutlich weiter auseinander: So trägt die Navigation unterwegs in den reduzierten Szenarien bis zu 90%, während vor Anker die Servicebank den Großteil von bis zu zwei Dritteln trägt.
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A u s b l i c k :
In Summe werden wir "für später" versuchen, im Zielbild zwischen 200-300Ah/d aus unseren Energiequellen wieder "reinzuholen". Rein aus Solar würden hier in erster Abschätzung Installationen von vielleicht 800-900WP erforderlich werden (erstabgeschätzt für unsere Region, relevante Zeit in der Saison). Das hieße weiteren Installationsbedarf von sicher über 700WP.
Das werden wir nicht vollständig schaffen auf MALA. Etwa 2x 100WP lassen sich noch als feste (schwenkbare) Installation an der Reling realisieren. Etwa 2x 250WP können textil auf dem Bimini einsetzbar werden. Jeweils mit separaten Reglern dahinter.
Damit bleibt in der Grundinstallation noch eine geringe "rechnerische" Lücke. Das läßt sich für uns in der erforderlichen Schärfe heute nicht ausreichend gut abschätzen - und bleibt insofern lediglich unser grober Richtwert für spätere Schritte.
Sobald wir später wetterbedingt z.B. weder Bimini, noch mobile Zusatzmodule riggen können, fehlen in der Bilanz dann sicher über 600WP (also abgeschätzt 120-180Ah/d). Insofern wird für das Energie-Szenario "Segeln" ein Hydrogenerator mit eingeplant, der zwischen 120-200Ah/d Ertrag hinzuliefern kann und unsere Bilanzen "in Fahrt" ausgleichen wird.
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I n k l e i n e n S c h r i t t e n:
Nachdem die Basis-Infrastruktur steht und für uns so erhalten werden kann & soll, geht es an den behutsamen Ausbau. Das Portemonnaie ist das limitierende Element ... :)
Im nächsten Ausbauschritt - 2022 - nehmen wir jetzt eine erste Anpassung vor, die sich zunächst erstmal bewähren soll:
- erste mobile Energiegewinnung,
- erste parallele Energiespeicher-Erweiterung.
Sollte das soweit ordentlich funktionieren, rollen wir die Konzepte weiter aus und gehen die nächsten Schritte.
MALA - Übersicht nach Update 2
E n e r g i e - G e w i n n u n g:
Hier ist das oben genannte mobile Panel der erste Schritt. Zwei weitere feste Module an der Reling sollen folgen. Über die dann noch erforderliche Solar-Ergänzung ist noch nicht entschieden.
Der Hydrogenerator ist bereits gesetzt. Ganz vorne ein kleines Produkt aus unser Nähe hier (SailingGen) - im Wettbewerb zwei französische Konzepte. Die Nase vorne hat ganz klar der SailingGen; aufgrund des sehr guten, freundlichen Austauschs im Vorfeld - und der Möglichkeit, den Wassergenerator direkt unter der Windpilot Windsteueranlage unterbekommen zu können. Hier müssen wir noch etwas aufmessen ...
S o l a r p a n e l m o b i l:
Unsere Wahl fiel auf ein mobiles, faltbares 120WP Solarpanel der Firma Sunware, mit Fox-062-Miniregler und ausgelegt für den fliegenden Betrieb mit Anschluß an eine der Bordsteckdosen im Niedergang, die direkt auf die Service-Batteriebank geht.
Das Modul erreichte uns schnell nach Bestellung, ist im winterlichen Halbschatten vermessen und funktioniert. Ab März soll es sich an Bord dann beweisen, wie wir hoffen.
Mit mehr und tiefergehender Fachkenntnis hätten wir sicher aus günstigeren Modulen und Reglern sicher auch eigene Zusammenstellungen erarbeiten können, wie es einige wunderbar kundige Segler rundum auch tun - für uns sollte es ein einfaches "Fertig-Modul" von der Stange sein ...
Solarpanel, faltbar, mobil
Wir beabsichtigen, das mobile Solarpanel je nach Bedarf entweder auf dem Bimini oder im Rigg / an der Reling aufgespannt zu verwenden. Es soll auch künftig, bei weiterem (fixem) Ausbau der Ladeinfrastruktur im Einsatz bleiben.
Von dieser Energie-Einspeisung erwarten wir uns zwischen 20-30Ah/d in unserem derzeitigen Seegebiet und der Zeit der Saison, die für uns relevant ist. Wir werden sehen, ob das annähernd so aufgeht ...
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E n e r g i e - S p e i c h e r u n g:
Hier sind wir entschieden: Bevor wir die gesamte Infrastruktur verändern, werden wir auf das flexible Erweitern mit kleinen Lithium-Energiespeichern setzen.
Für unsere absehbaren Energiebedarfe sollte dieser Ansatz zunächst gut ausreichen. Wir werden damit auch die separat vermessenen Energieentnahmen von a) Navigations- und b) Service-Bank durch entsprechende Kapazitätserweiterungen angleichen.
L i t h i u m p a r a l l e l :
LiFePO4 Lithium-Eisen-Phosphat. Auch hier wieder unser Ansatz, daß für uns ein voll ausgelegtes "Fertig-System" gegenüber einem Eigenbau versierter Selbstbauer vorzuziehen ist. Besonders wichtig bei der Entscheidung:
Die bestehende Infrastruktur soll vollständig beibehalten werden. Ladegeräte, Generatoren, Regler, Leitungen ... insofern war für uns nach langen Sichtungen das LE300-Konzept des Herstellers BOS die richtige Lösung, thermische Sicherheit inklusive. Somit - unser Weg.
In Zeiten von "virusgeschwächten" Logistikketten ist die Verfügbarkeit von Elektronik ein bißchen ein Vabanque-Spiel. Auf unsere Anfragen meldeten sich die Firmen Ferropilot und Frenchman, schnell und sehr hilfreich.
Insbesondere das online stehende Webinar zu LE300 bei Ferropilot, nebst fundierter Rückinfo auf unsere Fragen, oder auch die besonders schnelle, zuvorkommende Reaktion bei Frenchman geben den Ausschlag:
Mit unseren sofortigen und in Kürze folgenden Bestellungen werden wir bei diesen beiden Partnern kaufen, denn das wissen wir sehr zu schätzen. Es gab auch Händler, die trotz Empfehlung nicht einmal eine Antwort senden mochten. Wissen wir auch einzuordnen ...
Die Navigationsbank wird mit zwei LE300-Modulen gestützt (somit etwa 46Ah nutzbare Ergänzung erwartbar, bei bis zu 25A Stromfluß, Zuleitungen 6mm2).
Die größere Service-Bank soll im nächsten Schritt vier LE300-Module und damit entsprechend 92Ah Puffer erhalten. Das Ganze dann wohl bei bis zu 50A theoretischer Stromabgabe/-aufnahme mit entsprechend größeren Kabelquerschnitten von vielleicht 16, 25 oder 35mm2 vorzusehen. Bis 50mm2 können wir an Bord gut verarbeiten, das sollte also funktionieren.
Während wir bei der kleineren Pufferung an der Navigationsbank direkt mit auf die Batteriepolklemmen gehen können, erscheint das bei den erwarteten größeren Strömen und Kabelquerschnitten für die Servicebank so nicht mehr sinnvoll. Hier denken wir später über eine kleine separate Verteilung nach, die zu ergänzen sein wird. Aber das ist derzeit noch nicht "dran" ...
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U m s e t z u n g E i n b a u :
2x LE300 für Navigationsbank:
- fest verlegte, geschützte Zuleitung, beidseitig steckbar
- in eigenem Halter seefest montiert, einfach entnehmbar
- direkt an bestehende Infrastruktur, parallel an Navigationsbatterie aufgelegt
- Zuleitungen 6mm2, Inline-Sicherung batterienah (25, 30A)
Die zwei vorkonfigurierten LE300-Elemente sind eingetroffen.
Das ging gut & schnell. Was allerdings auch sofort ins Auge fiel, war die Tatsache, daß die vorkonfigurierten Leitungen/Kabel mitnichten den Vorgaben und Richtlinien der Farbcodierung für Elektrik auf Schiffchen (u.a. DIN EN ISO 13297), sondern viel mehr anscheinend den gängigen Kraftfahrzeug-Gebräuchen entspricht ... Die Wohnmobilanwendung läßt wohl grüßen.
Plus-Leiter ist schwarz (statt rot), Minus-Leiter ist braun (statt schwarz). Das ist ... nicht gut ... und BOS macht das nach meiner Kenntnis für den marinen Einsatz auch anders.
Verwirrungen sind vorprogrammiert, zumindest was mich anginge ... also müssen wir schauen, daß wir mit Austausch oder "Überziehern"/Schrumpfschläuchen und Labels die Sache so sauber kenntlich und nachvollziehbar machen, daß sicher nichts schiefgehen kann.
Aufgrund der proprietären Steckverbindungen werde ich den konfigurierten Kabelstrang nicht komplett tauschen, sondern auf sinnvolle Kennzeichnung setzten. Und bei evtl. Verlängerungen direkt und frühzeitig auf "schwarz/rot" gehen. Soweit, so "mittel" ...
Das lustig Verdrillte sind übrigens die Kommunikationskabel der miteinander verschraubten Einzelmodule, über die die Batteriemanagement-Systeme / Balancer der zusammengeschalteten Blöcke miteinander kommunizieren.
Abgesichert ist jeder Einzelblock mit 20A Mini-Sicherungen direkt am Modul. In der konfigurierten Zuleitung ist ein (leider offener) Sicherungshalter eingesetzt, 30A-KFZ-(midi)-Sicherungen liegen bei.
Teilgeladen zwischen 60-80% erreichen uns die kleinen Energiespeicher. Die Einknopf-Bedienung gibt keine Rätsel auf, dennoch befestigen wir die wesentlichen Auszüge der Bedienungsanleitung einlaminiert an der Frontseite - und sei's nur, um der Vergeßlichkeit vorzubeugen und mir späteres Rätseln und Anleitungs-Suchen zu ersparen.
LE300 Vorbereitung (Vorderseite, Rückseite)
Diverses Zusatzmaterial (von Leitungen über Stoßverbinder, Kabelschuhe, Befestigungsmaterialien) laufen nach und nach ein - und dann dürfen wir endlich einen Termin suchen, um MALA mal ein Bastel-Wochenende lang zu besuchen.
Hier wird unser Vergnügen dann sowohl die Suche nach einem geeigneten, batterienahen, trockenen Montageplatz, fröhliches Crimpen, Strippenziehen & Dokumentieren, als auch das Probieren des mobilen Solarpanels sein, für dessen "fliegenden Anschluß" noch eine 10m Verlängerung hinzugekommen ist, sodaß wir entsprechend flexibel an Deck werden.
Ein kleiner Einschub:
B e o b a c h t b a r k e i t B u g - B a t t e r i e n:
Der kleine Bluetooth-Mini-Batteriemonitor von ctek hat nicht lange ausgehalten. Ein paar Wochen leider, dann sendete er nichts mehr. Einer tieferen Ursachenforschung kamen Corona-Lockdowns damals in die Quere - sodaß das unglückliche Bauteil bei uns nun rausfliegt und ersetzt wird.
Wir schauen mal, ob ein gleichartiges Gerät von Victron ("Energy Smart Battery Sense") wohl einen besseren Job machen wird. Seine Aussendungen werden von der Victron-App aufgenommen & angezeigt, die wir bereits für den B2B-Lader auf den Mobilgeräten haben. Das ist einfach.
Sensierung, Bluetooth
Wir verwenden den Sensor ausschließlich, um Ladespannung (und Temperatur) von unseren weit außer Sicht verbauten Bug-Batterien prüfen zu können und so zumindest auf Wunsch mitzubekommen, ob die Batterieladung wie gewollt stattfindet.
Eine "gelernte Lektion" aus früher erlebtem Pech, als aufgrund eines abgefallenen Steckers am Laderegler dieser Teil der Batterieladung unterwegs ausfiel ... und die Leistungsfähigkeit des Bugstrahlruders dann so ganz langsam, unbemerkt und schlußendlich überraschend ... verschwand . :)
Einschub Ende. :)
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In diesem Sinne, als kleines Lebenszeichen aus der "Bastelstube",
A l l e r b e s t e G r ü s s e
- C r e w v o n M A L A A l h e n a -
