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elektrische Energie an Bord - wichtige Informationen, Hinweise und Entscheidungshilfen

Auf dieser Seite möchten wir Ihnen einige grundlegende Informationen über elektrische Energieerzeugung und Energiespeicherung, der Gestaltung von elektrischen Netzen an Bord und dem Energiebedarf verschiedener Verbraucher geben.


Der tägliche Energieverbrauch an Bord

Wir müssen bei der Abschätzung des elektrischen Energieverbrauchs an Bord unterschiedliche Betriebssituationen ebenso wie über die Einschaltdauer, d.h. zwischen Dauerverbraucher, länger dauernde Verbraucher und Kurzzeitverbraucher unterscheiden.

Unterscheidung der Verbraucher nach Einschaltdauer

Unter Dauerverbraucher verstehen wir alle Verbraucher, die ständig an Bord in Betrieb sind. Dies sind unter anderem:

  • Funkgerät (auch im standby)
  • Kühlschrank oder Kühlbox
  • Navigationsinstrumente
  • Bord PC

Länger dauernde Verbraucher sind alle Verbraucher, die längere Zeit, d.h. über mehrere Stunden in Betrieb sind. Dies sind vor allem:

  • Autopilot
  • Radar
  • Navigationsbeleuchtung
  • Kabinenbeleuchtung
  • Wasserentsalzungsanlage
  • Klimaanlage

Kurzzeitverbraucher sind jene Verbraucher, die von wenigen Sekunden bis zu einer Stunde in Betrieb sind. Dies sind unter anderem:

  • elektrische Winschen
  • Bugstrahlruder
  • Pumpen
  • Mikrowelle und elektrische Herde
  • Waschmaschine und Geschirrspüler

Unterscheidung nach der Betriebssituation

Bei den unterschiedlichen Betriebssituationen unterscheiden wir, ob es sich zum einen um eine Segelyacht oder um eine Motoryacht handelt, zum Anderen, ob sich das Fahrzeug in Fahrt befindet, hier nochmals ob unter Maschine oder unter Segel, vor Anker liegt oder sich mit Landstrom versorgen kann


Begriffe und Definitionen - von Watt, Volt und Ampere

Häufig erleben wir, dass die Begriffe Strom, Spannung, Kapazität, Leistung und Verbrauch durcheinander gewürfelt und vermischt werden. Wir wollen jetzt versuchen, ohne tief in die Physik einzusteigen ganz einfach die wichtigsten Begriffe zu erklären.


Spannung

  • Bezeichung :U
  • Maßeinheit : V (Volt).

Die elektrische Spannung U gibt den Unterschied der Ladungen zwischen zwei Polen an. Spannungsquellen, wie z.B. Batterien besitzen immer zwei Pole mit unterschiedlichen Ladungen. Auf der einen Seite ist der Pluspol mit einem Mangel an Elektronen, auf der anderen Seite der Minuspol mit einem Überschuß an Elektronen. Diesen Unterschied der Elektronenmenge nennt man elektrische Spannung. Entsteht eine Verbindung zwischen den Polen, z.B. durch das Einschalten eines Verbrauchers, kommt es zu einer Entladung, dabei fließt ein elektrischer Strom.

Als Potential eines Punktes bezeichnet man die elektrische Spannung zwischen diesem Punkt und dem Bezugspunkt 0V. Der Bezugspunkt 0V wird auch häufig als Masse, Minus oder Ground bezeichnet. Der positive Bezugspunkt wird hingegen häufig als Plus bezeichnet.

An Bord eines Schiffes im Gleichstromnetz ist im Normalfall die Masse gleich dem Minuspol der Batterie, d.h. die Spannung ist immer positiv.

Möchte man die Spannung messen, so wird hierzu ein Voltmeter benötigt. Da es sich hierbei meist um ein Meßgerät mit mehreren Meßfunktionen für verschiedene Meßgrößen handelt (Multimeter) ist dieses hierzu stets auf die Meßgröße V einzustellen.

Spannungsmessung02

Strom

  • Bezeichung :I
  • Maßeinheit : A (Ampere).

Der elektrische Strom I ist die gerichtete Bewegung freier elektrischer Ladungsträger (Elektronene oder Ionen) und  meint damit die Übertragung elektrischer Energie. Der elektrische Strom kann nur fließen, wenn freie Ladungsträger vorhanden sind, wie z.B. in einem Leiter wie Metall oder einer leitfähigen Flüssigkeit.

Die technische Stromflußrichtung, also wie in Schaltplänen verzeichnet, geht vom positiven zum negativen Pol. Dies ist historisch begründet wird jedoch im Allgemeinen verwendet. Dem hingegen geht die physikalische Stromflußrichtung vom negativen zum positiven Pol, da die Elektronen vom negativen Pol abgestoßen und vom positiven Pol angezogen werden.

Möchte man die Stromstärke messen, so gibt es hierzu zwei Möglichkeiten.

1.) Bis zu einer Stromstärke von einigen 10A kann direkt mit einem Amperemeter gemessen werden. Hierzu wird der Stromkreis stets aufgetrennt und das Messgerät direkt in den Stromkreis eingefügt (Abb. direkte Strommessung). Der Strom fließt also direkt durch das Messgerät.

Strommessung

direkte Strommessung mit Ampermeter

Handelt es sich bei dem Meßgerät um ein Multimeter, so ist dieses hierzu stets auf die Meßgröße A einzustellen, wobei zu beachten ist, dass die Messleitungen am Meßgerät gewöhnlich auf einen anderen Eingang als bei der Spannungsmessung gesteckt werden.

2.) Bei höheren Stromstärke kann aus technischen Gründen, z.B. alleine durch den erforderlichen Querschnitt der Leitungen nicht mehr direkt mit einem Amperemeter gemessen werden. Als Abhilfe wird ein sehr niederohmiger Widerstand RShunt, häufig nur Shunt genannt anstatt des Messgerätes in den Stromkreis geschaltet. Über den Shunt bewirkt der fleißende Strom einen Spannungsabfall, der dann mit einem Voltmeter gemessen wird.

Strommessung mit Shunt

indirekte Strommessung mit Shunt und Voltrmeter

Nach den ohmschen Gesetz ist diese Spannung direkt proportional zum Strom, der durch den Shunt und damit auch durch den Verbraucher fließt.

I = UShunt / RShunt

Da der Shunt - Widerstand sehr niederohmig ist, ist der Spannungsabfall hierüber auch sehr klein, dennoch ist als wichtiger Hinweis zu beachten, dass die Verlustleistung über den Shunt in Wärme umgesetzt wird und daher sehr heiß werden kann!


Gleichstrom - Wechselstrom

  • Bezeichnung Gleichstrom :DC (direct currrent)
  • Bezeichnung Wechselstrom : AC (alternating current).

Man unterscheidet zwischen Gleichstrom bzw. Gleichspannung und Wechselstrom bzw. Wechselspannung. Bei Gleichstrom fließt der Strom immer in die gleiche Richtung, bei Wechselspannung ändert er seine Flußrichtung mehrmals pro Sekunden, z.B. in Europa der normale übliche Haushaltsstrom 50 mal je Sekunde (50 Hertz, abgekürzt 50Hz).

An Bord erfolgt normalerweise die Stromversorgung über Batterien und Batterien liefern grundsätzlich eine Gleichspannung, d.h. die normale Bordstromversorgung ist ein Gleichstromnetz. Dem hingegen ist der Landanschluß ebenso wie die Stromversorgung mittels 230V  Generator ein Wechselstromnetz.

Gleichspannung

Gleichspannung

Obwohl wie gesagt das über Batterien versorgte Stromnetz ein Gleichstromnetz ist, ist die Lichtmaschine die die Batterien lädt ein Wechselstromgenerator, dessen Ausgangsspannung über Dioden gleichgerichtet wird. Ladegeräte und Solarzellen liefern immer eine Gleichspannung.

Möchte man  eine Wechselspannung in eine Gleichspannung umwandeln, so geschieht dies sehr einfach über einen Gleichrichter, einem Bauteil, dass  nur in eine Richtung leitet und in der anderen sperrt.

Komplizierter ist die Umwandlung einer Gleichspannung in eine Wechselspannung. Hierzu wird eine aufwendige Elektronik benötigt, die die Gleichspannung “zerhackt”. Dies übernimmt ein sogenannter Wechselrichter, der je nach Aufwand entweder im einfachsten Fall eine rechteckige Wechselspannung erzeugt oder sehr aufwendig eine sinusförmige Wechselspannung, wie wir sie vom Netzstrom an Land gewohnt sind.

Wechselstrom

Wechselspannung

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Redaktionsschluß 20.03.2018