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Umrüstung eines Katamarans Privilege 435 auf Elektroantrieb und kompletter Refit der Elektrik - Ziel der Eigner: Weltumseglung
Im Herbst 2022 erhielten wir von einem Schweizer Eignerpaar das auf mehrjährige Weltumseglung gehen möchte die Anfrage, ob die Umrüstung ihrer neu erworbenen Provilege 435 auf Elektroantrieb möglich wäre.
Die Ziele des ambitionierten Projekts wurden wie folgt definiert:
- geringer CO2 Fußabdruck während der Weltumseglung
- intensive Nutzung regenerativer Energie
- hohe Systemverfügbarkeit durch redundante Systeme
- hoher Grad an Autarkie
- Wartungsfreundlichkeit im Störungsfall
- Erneuerung der gesamten elektrischen Anlage
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Die Segelsaison 2023 wurde noch mit alter Technik absolviert, Projektstart war somit September 2023. Im ersten Schritt erfolgte der Ausbau der Dieselmotoren und die komplette Entfernung aller Komponenten aus dem Maschinenraum. Ferner wurden alle elektrischen und elektronischen Geräte ausgebaut sowie alle Leitungen. und Kabel aus dem Schiff entfernt. |
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Um auch bei diesem Schritt sowohl nachhaltig zu arbeiten als auch Kosten zu reduzieren, wurden sämtliche ausgebauten Kabel ab 2,5mm² auf Weiterverwendbarkeit geprüft und bis zum Wiedereinbau sortiert gelagert. Dies trug wesentlich zur Resourcenschonung bei. |
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Die Grunddaten der Antriebsanlage und Energieversorgung sind:
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Die obigen Abbildungen zeigen die Batteriebank in unterschiedlichen Einbau- und Verdrahtungsstadie
Die Batteriebank für die Fahrbatterien wurde aus insgesamt 96 St. Einzelzellen 3,2V / 230Ah ausgeführt, von denen jeweils die Hälfte in je einem Rumpf in die Bilge verbaut wurden. Jeweils 48 St. Batteriezellen erhielten ein eigenes 400A BMS und einen eigenen Balancer. Damit wurde auch hier das Prinzip der weitestgehenden Redundanz verfolgt.
Die 12V Servicebatteriebank besteht ebenfalls aus 3,2V / 230Ah LiFePO4 Einzelzellen, die in 4S3P Konfiguration verschaltet wurden.
Sowohl die Fahrbatterien als auch die Servicebatterien wurden in Euroboxen eingebaut, die auf am Rumpf festlaminierten Leisten verschraubt sind. Dies hat sich als kostengünstige und flexible Löung bewährt. Gegenüber fertig konfektionierter 12V Batterien ist der Montageaufwand zwar etwas höher, dafür ist die Einzelzellenlösung räumlich wesentlich flexibler und kostengünstiger..
Fast die gesamte Technik, d.h .230V Ladegeräte für 48V, MPPT-Regler für PV und Windgeneratoren, DC/DC-Wandler 48V zu 12V, Meßshunts, 48V und 12V BMS, Balancer für 48V und 12V, ferner alle Hochstromsicherungen, die Batteriehauptschalter sowie die komplette Verteilung, sowohl 12V Servicenetz, 48V Fahrstrom, als auch die 230V AC-Verteilung, sind in einem einzigen Schaltschrank im Backbordrumpf zusammengefaßt. Lediglich BMS und Balancer für die steuerbordseitige 48V Batteriebank wurden in einem 2. Schaltschrank an Steuerbord installiert.
Damit sind kurze Leitungswege zwischen den Komponenten und eine hohe Übersichtlichkeit gewährleistet.
Sämtliche Hochstromleitungen sind auf Hochstromverteiler mit massiven Cu-Schienen und M8 Anschlußbolzen gelegt. Alle anderen Leitungen liegen auf Reihenklemmen.
Oberer Schaltschrankteil mit 3 St. 48V MPPT-Regler für die PV, 6 St. 48V Ladegeräte mit insgesamt 9,6kW Ladeleistung, angeschlossen am Generator, 1 St.48V Ladegerät, 3 St. DC/DC-Wandler 48V/12V für das Servicenetz und 1 St. DC/DC-Wandler für die Generatorstarterbatterie
oberer Schaltschrankteil, 12V BMS, 12V Meßshunt und Hochstromverteilung 12V
Hochstromsicherungen ausgeführt als ANL Streifensicherungen sowie Meßshunts
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Ebenfalls wurde das Schaltpanel am Navigationsplatz vollständig erneuert .Alle Stromkreise werden jetzt mittels unserer elektronischen 2-fach Power-MOS Schalter MFS-duo geschalten. Die Power-MOS Schalter MFS-duo beinhalten 2 St. elektronischer Schalter, mit denen bis zu 12A ohne mechanische Kontakte auf der positiven Seite geschaltet werden können. In einer Baugruppe befinden sich 2 identische Schalter, jeder der Schalter ist elektronisch gegen Überstrom abgesichert und schaltet im Kurzschlußfall den Verbraucher im ms-Bereich ab. Selbstverständlich wird der Schaltzustand über eine mehrfarbige LED signalisiert. |
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unterer Schaltschrankteil, 12V Verteilung Servicenetz |
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Die natürlich wichtigste Komponente ist jedoch die Antriebsanlage. Hier wurden für den kraftvollen und umweltfreundlichen Vortrieb 2 Stück unseres bewährten ESD-48-10-FK (Saildriveantrieb mit 10kW Dauerleistung, 48V Betriebsspannung und Flüssigkeitskühlung) verbaut. Daneben wurde auch der Steuerstand vollständig optimiert erneuert, die Motorbedienung erfolgt jetzt über den Einbau-Doppelfahrschallter EHS-U-D-P, die Drehzahl wird über 2 große Instrumente mit integriertem Betriebsstundenzähler angezeigt. Ferner befinden sich die wichtigsten Navigationsinstrumente und mehrere Leuchttaster für die Umschaltung zwischen Fahrstand und Fernbedienung, sowie für die Ankerfernbedienung und Notbetrieb auf dem Fahrstandspanel. |
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Rückseite des Schaltpanels am Navigationsplatz mit 20 St. MFS-duo entsprechend 40 Einzelschaltkreisen |
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Der neue Fahrstand, Ruderrad noch nicht montiert
Elektro-Sail Drive ESD-48-10-FK eingebaut auf dem bisherigen Steuerbord-Motorfundament. Oberhalb befindet sich der bisher schon vorhandene Watermaker.
Direkt vor dem Watermaker wurde das Motorsteuergerät MSG-48-10-FK an eine Rumpfwand montiert. In der Steuergeräteeinheit sind alle erforderlichen Komponenten integriert, u.a. werden hierüber auch die elektrischen Kühlwasserpumpen gesteuert. Alle Signal- und Steuerleitungen werden über Steckverbinder mit der Steuergeräteeinheit verbunden. Die Motorphasenleitungen und die Batterieanschlußleitungen werden über M8 Gewindebolzen auf der Stirnseite des Geräts angeschlossen. Das Steuergerät ist wassergekühlt.
Wärmetauscher der Zweikreiskühlung, Seewasserfilter, Ausgleichsbehälter des Sekundärkreislaufs und die Sekundaärkühlwasserpumpe sind auf der gegenüberliegenden Rumpfseite montiert.
Nach gut einem Jahr waren sowohl unsere Arbeiten als auch das extrem umfangreiche sonstige Refit abgeschlossen und das Schiff damit in einem fast neuwertigen Zustand.
Jetzt war der Zeitpunkt gekommen an dem das Schiff wieder seinem Element übergeben werden konnte.
Nach dem Kranen schloß sich eine ausgiebige Erprobungsfahrt an, in der alle Funktionen und Komponenten auf Herz und Nieren getestet wurden.
Mittlerweile hat das Schiff bereits mehrere hundert Seemeilen unter Maschine umweltfreundlich und karbonfrei zurück gelegt. Dabei wurde klar bewiesen, dass auch ein für die Weltumseglung voll ausgerüsteter 43ft Katamaran rein elektrisch betrieben werden kann, wobei die Batterieladung fast ausschließlich durch Photovoltaik, im geringen Maß auch durch die Windgeneratoren, erfolgt und der Dieselgenerator nur für den äußersten Notfall erforderlich ist.
< c> Bode Industrie und Marineelektronik 2002 ...2025
Redaktionsschluß 07.01.2025