Solární energie na jachtě

Publikováno v Yachting revue 1.8. 2014, aktualizace článku 1.9.2019

Po opuštění charterového způsobu jachtingu jako majitel námořní jachty jsem se pustil do technického vylepšování své lodi. V tomto článku se zaměřím na způsob využití solární energie z fotovoltaických panelů pro zásobování lodě elektrickou energií.

Jak a proč minimalizovat odběr elektrické energie na chartrových plavbách?

Všichni víme, že při plavbě na plachetnici za použití plachet, kdy neběží motor je loď zásobovaná elektrickou energií z akumulátorů. Samozřejmě pokud není vybavena nějakým generátorem elektrické energie, což standardně vybavená jachta délky 12m nebývá. Tak to bylo i na mých předchozích plavbách na charterových lodích. Protože mám rád dlouhý pobyt na moři, přeplavby či pobyt v opuštěných zátokách tak jsem se vždy snažil minimalizovat odběr elektrické energie už tím, že jsem vozil sebou na výměnu LED místo použitých žárovek. Další zcela zásadní úsporný krok byl nepoužívat lednici. To však zvláště v horkých letních měsících zhoršovalo komfort a zásadně i měnilo skladbu potravin na takové, které bylo možno skladovat ve vyšších teplotách nemluvě o snu o vychlazeném pivu.

Úprava elektroinstalace na plachetnici

Po koupi vlastní lodi Delphia 40 jsem se ihned pustil do mnoha technických úprav a vylepšení. První z těchto úprav se týkala právě elektroinstalace směrem k minimalizaci vlastní spotřeby a zajištění dobíjení akumulátorů jinak než motorem. Nejjednodušší a zároveň velmi významný krok snížení spotřeby je nahradit všechny klasické žárovky svítivými diodami LED.

Výpočty úspory elektrické energie

Pro představu interiér lodi byl osvětlan celkem 18-ti halogenovými žárovkami o příkonu každé 20W. To znamenalo při plném rozsvícení příkon 360W, tedy při napětí 12V odběr proudu 30A. Loď je osazena olověnými gelovými trakčními akumulátory s celkovou kapacitou 200 Ah. Pokud by akumulátory napájely jenom plné osvětlení interiéru lodi byly by zcela vybity za 6 hodin a 36 minut. Výměna žárovek za vhodné LED moduly při dosažení srovnatelné svítivosti znamenala snížení celkové spotřeby proudu pro osvětlení interiéru na pouhé 3,4 A. Snížení spotředby více jak 8x. Nyní lze svítit na plně nabité akumulátory 58 hodin a 45 minut.

Pozor při výběru vhodných LED modulů

Na trhu je dnes celá řada LED modulů pro stejnosměrné napětí 12V. Palubní síť lodi podobně jako v automobilech nemá vždy přesně 12V ale napětí je v rozsahu 10,8V (spodní mez vybití olověného akumulátoru) až po 14,4V (maximální napětí nabitého nabíjeného akumulátoru). Většina LED modulů se kterými jsem se setkal měla pro omezení proudu LED diodami vestavěn jen předředný odpor a dobře pracovala při striktním dodržení napětí 12,0V. Při napětí kolem 11V již citelně ubývala svítivost a při napětí nad 13V (dobíjené akumulátory vestavěným nabíječem) při připojení k elektrické přípojce v marině se LED moduly silně přehřívaly a po několika hodinách se nevratně poškodily. Proto jsem aplikoval moduly u nichž je vestavěn pulzní regulátor, poznají se podle specifikace napájeciho napětí, kde je definován rozsah např. Od 10 do 34V. Vstupní rozsah napětí postačí i menší ale vždy je potřeba aby modul pracoval v rozsahu napětí 10,8 až 16V.

Příkon moderních LED modulů s vysokou účinností pro zachování stejné svítivosti doporučují volit 8x až 10x menší než u klasické halogenové žárovky.

Co se týká výměny žárovek pro osvětlení interiéru jsem aplikoval na veškeré žárovky v lodi včetně navigačních světel, kotevního světla na vrcholu stěžně, reflektorů k osvětlení paluby i podsvícení přístrojů (ukazatel stavu paliva) a noční osvětlení kompasu.

Kompresorová lednice a problém se spotřebou el. energie

S kompresorovou lednicí z pohledu spotřeby energie nelze udělat nic, tak nezbývá než vyřešit vhodný nezávislý zdroj energie. Pokud nechceme vyrábět el. energii z nafty či benzínu elektrocentrálnou tak dnes připadají cenově dostupné dvě technologie – větrná elektrárna nebo fotovoltaické panely. Moje volba připadla na fotovoltaické panely, protože nejsou hlučné, neobsahují pohyblivé součásti a budou dodávat proud i za bezvětří. Pro jejich umístění jsem zvolil konstrukci, která nese protisluneční stříšku „bimini“. Použil jsem dva panely symetricky po jednom na každý bok lodi, tak abych ponechal možnost volby zda použít v letních měsících mezi nimi zmenšené bimini nebo naopak při podzimních a zimních plavbách bimini sundat a mít možnost v chladných dnech nechat na kormidelníka dopadat paprsky vzácného slunce.

Fotovoltaické panely

Panely tak neleží nikde na palubě a jsou tím chráněny proti mechanickému poškození a i pravděpodobnost zastínění od plachet je zde relativně malá. Zvolil jsem standardně dostupné panely o maximálním výkonu Pm = 80W a rozměrech 120 x 54 cm jaké se používají na budovy či solární elektrárny (dají se pořídit i za 2500 Kč). Dva panely jsou spojeny paralelně z důvodu aby při zastínění jednoho stínem od plachty dodával proud alespoň druhý. Při sériovém spojení při zastínění jednoho z panelů by došlo k výpadku celku. Proud z panelů je veden přes regulátor MPPT, který se stará o maximální účinnost využití dodávané energie z fotovoltaických panelů a inteligentně řídí dobíjecí proces akumulátorů.

Sestavu jsem kompletně prověřil při dubnové 20 ti denní přeplavbě od Říma na Krétu, kdy se střídaly jasné dny se zataženými a při úsporném nastavení lednice (chladila na 8°C) za celou dobu nedošlo k vybití akumulátorů. V provozu v průběhu noci byla navigační světla a obvyklé použití světel v interiéru. Dále trvale byly v provozu standardní přístroje Raymarine včetně autopilota a malý notebook pro navigaci. Nyní v létě na Krétě, kdy teplota v salonu je 30 °C , a lednice spotřebuje energie více je stále loď s elektrickou energií soběstačná. Samozřejmě je možné instalovat panelů více a získat tak značný přebytek výkonu i pro zamračené a deštivé dny. Měření vykazuje v průběhu letního dne dobíjení akumulátorů proudem přibližně 7A a zásobování denní spotřeby lodi. Vezmu-li v potaz účinnost nabíjení olověného akumulátoru cca 80%, akumulátor se dobije za den o 56 Ah. Pokud odebraná energie za zbývajících 14 hodin není vyšší než 56 Ah (spotřeba do 4 A) jsou akumulátory vždy před večerem plně nabité.

Multifunkční display

Informaci o odebíraném či dodávaném proudu mohu sledovat na multifunkčním displeji z mého vlastního vývoje a výroby, který je součástí elektronického informačního systému. Záporná hodnota proudu znamená dobíjecí proud pro akumulátory. Kladná hodnota ukazuje vybíjení akumulátorů.

Zkušenosti po 6 letech

Při plavbách po Středozemním moři jsem od okamžiku nainstalování panelů neměl problémy s dobíjením akumulátorů, samozřejmě při dostatečném šetření s elektrickou energií. Ledničku jsem vypínat nemusel. Změna nastala až při přeplavbě z Bermud na Azorské ostrovy, kdy několik dní po sobě byla obloha zatažena hustými mraky. Denní spotřeba elektrické energie tak přesáhla denní vyprodukovanou energii panely a akumulátory byly za 4 dny vybity. Proto jsem v roce 2017 před plavbou na sever do Norska a na Island přidal další dva fotovoltaické panely. Celkový maximální výkon instalovaných panelů dosáhl z původních 160 W hodnoty 360 W. Od té doby i při zatažených dnech, kdy výkon panelů klesá na 20% nemám výrazný problém s nedostatkem elektrické energie. Za jasných dnů mi tak zbývá dost energie i na dobíjení a provoz elektroniky jako je PC notebook, mobilní telefony a tablety posádky a další drobné elektronické přístroje. V přístavech většinou nyní nevyužívám připojení k elektrické síti s vyjímkou, kdy si chci ohřát vodu v elektrickém bojleru.