"Литиум" для народа

[grebenshch]

Стремительное развитие технических новинок и технологий манипулирования покупателем неизбежно приводят в разногласиям среди пользователей. Ярким примером сегодняшнего дня является активное обсуждение электрических и электронных систем на парусных яхтах.

В данной статье коснемся популярного сегодня вопроса об уровне электровооружености парусной яхты, хотя еще лет 10 назад мы обсуждали вооруженность парусами и ходовых характеристики яхты. Рассмотрим основные компоненты электрического оборудования, но без погружения в технические нюансы построения таких систем.
Аудитория заинтересованных пользователей разбилась примерно на три равные группы. Первая это прогрессисты, продвинутые технари и люди уже прошедшие свои «литиевые грабли». Вторая группа состоит из «олдскулов», консерваторов и прагматиков. Третья группа это «ждуны», которые читают и слушают первые две группы, но не имеют устоявшегося мнения и пока еще не приняли решения по различным причинам.

Начнем с того, что любая батарея, независимо от ее конструкции, это всего лишь одна составляющая часть электрической системы яхты или другого автономного объекта, например автокаравана или дома на удаленном участке. Любая автономная система должна находиться в устойчивом сбалансированном состоянии постоянно или достаточно длительное время. Баланс системы определяется соотношением прихода и расхода электрической энергии в определенный период времени. Обычно считают раздельно при стоянке на якоре и на ходу за 24 часа, но это не совсем корректно. Если суточный расход энергии более менее постоянный, то приход в значительной мере зависит от погодных условий и времени года, поэтому более правильно брать средний суточный приход например за неделю.

Для правильного расчета электрического баланса надо учесть все потребители энергии и главное их актуальное время работы. Если рассмотреть обычную парусную яхту около 12 метров, то набор потребителей довольно стандартен и относительно небольшой.

К основным постоянным потребителям на якоре относятся холодильник, освещение кают и якорный огонь. В наше время к этому надо добавить зарядки телефонов, ноутбуков и интернет роутер как минимум. В среднем суммарный расход электроэнергии может составлять около 100-150Ач за 24 часа.
На ходу к этому надо добавить расход на навигацию (картплоттер, радар, радио, АИС) и автопилот, причем автопилот является существенным потребителем электроэнергии, его потребление сильно зависит от погодных условий, правильной настройки парусов и состояния моря. Потребление автопилота может быть от 0.5А до 30А на пиках нагрузки. Поэтому на ходу расход электроэнергии может быть легко 150-200Ач и больше.

Разряд обычных свинцовых батарей не рекомендуется больше 40-50%, такие глубокие разряды существенно уменьшают продолжительность жизни батарей. Если следовать консервативному подходу и планировать расчетный разряд не более 30% от емкости, то емкость сервисных батарей должна быть около 500-600Ач, при условии ежедневной подзарядки батарей от различных источников. Средний максимальный зарядный ток может составляет около 25-30% от емкости батареи, в нашем случае получается до 150А в теории, но это только при сильно разряженных до 50% батареях. Быстрый заряд большим током идет до 75-80%, потом возможность батареи принимать заряд существенно снижается. Если учитывать, что наш расчетный суточный расход составляет 30%, то заряд происходит гораздо меньшими токами и занимает длительное время для зарядки батарей до 95-100%, в большинстве случаев полной зарядки батарей в море на ходу не происходит и это тоже влияет на продолжительность жизни свинцовых батарей.

Теперь переходим к приходной части электрической схемы.
Основными источниками электроэнергии на небольшой парусной яхте могут быть альтернатор двигателя, солнечные панели, ветрогенератор, дизельный или бензиновый генератор, гидрогенератор.
Стандартный альтернатор 60-80А в основном предназначен для заряда стартовой батареи, но это максимальный расчетный ток, на практике, при оборотах двигателя 2000-2300 об/мин зарядный ток составляет не более 30-50А, на него и надо ориентироваться при заряде сервисных батарей и это при условии что батарея примет такой зарядный ток.

Много солнечных панели на небольшой яхте не разместить, можно считать около 500Вт на арке можно установить. В теории это даст около 30-40А, но на практике получается гораздо меньше, 20А можно считать хорошим показателем. Это зависит от очень многих факторов: типа панелей, их расположения, чистоты поверхности, высоты солнца, наличия качки, потери в проводах и соединениях, облачности. Если летом световой день достаточно длинный, то весной и осенью время активной работы панелей меньше и это в условно южных широтах средиземки, про высокие широты мы вообще не говорим.

Ветрогенератор имеет смысл в районах с постоянными сильными ветрами, он реально начинает выдавать какие-то амперы после 15 улов ветра и то, это относительно небольшие цифры.
Дизельный генератор стоит денег, требует специальной установки и места на яхта, что не всегда возможно.
Бензиновый генератор недорогой, но не удобен при регулярном использовании, а установка стационарно с достаточным охлаждением и выхлопом за борт, тоже не всегда возможна.
Однако бензиновый переносной генератор является хороши запасным источником для зарядки батарей, использования электроинструмента, опреснителя и других потребителей 220В.
Гидрогенератор вещь хорошая при определенных условиях, когда яхта значительное время на ходу с хорошей скоростью, более 6-7 узлов, а это значит либо яхта должна быть достаточно большая или легкая и быстрая, что не всегда вписывается в круизный диапазон.

Теперь переходим в реалии настоящего времени, а именно лавинообразное увеличение количества электрического оборудования, размера и объема парусных судов и как следствие популярность катамаранов.
В дополнение к тому оборудованию, что было указано выше и считалось хорошим набором оборудования для средней круизной парусной яхты 12 метров, теперь надо добавить и элементы комфорта, без которого современное поколение яхтсменов уже не представляет жизнь на яхте.
Стиральная машина, посудомоечная машина, кондиционер и/или отопитель, спутниковый интернет, кофеварка, кофемолка, миксер, индукционная плита, микроволновка, 2 холодильника, морозилка, тв панель, музыкальный центр, льдогенератор и другое.

Все это в основном питается от 220В и требует одного или нескольких хороших инверторов. Но даже достаточно мощный инвертор, скажем 3000Вт, может не потянуть на обычных свинцовых батареях, которые в общем случае не предназначена для длительных больших нагрузок. Максимальный расход из свинцовых батарей может быть около 25% от их емкости, в нашем случае теоретически 150А, не все батареи могут выдерживать такие большие нагрузки длительно, происходит падение напряжения и автоматическое отключение инвертора по низкому напряжению. При объеме батарей 400 Ач, максимальный ток расхода будет уже всего 100А.

Например обычная индукционная плитка или кофеварка имеет мощность около 1000Вт, работает скажем 30 минут в сутки, это 500 Ватт-часов или 42Ач при системе 12В и потребляет 83А через инвертор в теории. Тут еще надо учесть, что эффективность инверторов 70-90% и реальный ток будет уже под 100А, а стартовые токи оборудования могут быть существенно больше средних рабочих токов. Кроме этого инвертор в ждущем режиме тоже потребляет энергию. На лодке все оборудование выключено, а расход идет от инвертора, это можно проверить тестером или по монитору батарей.
К этому расходу по оборудованию 220В надо добавить еще ранее указанные базовые расходы электроэнергии сети 12В около 100-200Ач в сутки, общую сумму суточного расхода даже сложно определить, но это достаточно много.
Такая нагрузка на свинцовые батареи конечно сильно проблематична, также как и зарядные мощности для компенсации большого суточного расхода.
Здесь на сцену выходят литиевые батареи, которые имеют существенные преимущества в схемах с большим расходом энергии и необходимостью ее быстро восстановить.

Стандартная литиевая батарея имеет коэффициент заряда/разряда токами около 0.5С, то есть это половина общей емкости, например блок литиевых батарей емкостью 300Ач может заряжаться и разряжаться токами до 150А. В этом случае уже есть смысл устанавливать дизель генератор или солнечные панели большой мощности, скажем 2000Вт и больше. Известный мне "рекорд", на катамаране было установлено 5000Ач батарей и 5000Вт солнечных панелей.
Еще одним преимуществом литиевых батарей является большое количество циклов заряда-разряда, а значит долговечность батарей. Уровень разряда не рекомендуется более 85 процентов и полнота заряда у батарей до 98%.
Существенно более низкий вес и объем по сравнению со свинцовыми батареями и отсутствие необходимости держать полностью заряженными батареи.
В общем почти одни плюсы, но есть и некоторые минусы при большой энерговооруженности яхты, хотя яхтой это уже сложно назвать, скорее это уже плавающий «умный» дом, а владельца можно назвать «рабом лодки» из-за постоянного контроля состояния системы.

Разработка грамотной схемы, установка оборудования и хороший монтаж очень важные составляющие любой стабильно работающей системы. К сожалению таких специалистов немного, часть из них само обучились на ютуб каналах и имеют ограниченный практический и теоретический опыт в электротехнике и электронике.
Литиевые батареи состоят из ячеек с бмс, их качество не всегда является оптимальным, хотя все мы понимаем, что все это делается в Китае, независимо от наклеек и рекламы. Готовые собранные аккумуляторы тоже не гарантируют качественных внутренностей, даже от известных производителей. Броски напряжение в сети или молния может вывести из строя бмс и ячейки батареи.
Очень сложная электрическая схема требует не только грамотного монтажа, но и определенных познаний в контроле за работой системы и принятия необходимых действий с случае разбалансировки и других вопросов.
Стоимость такой системы, даже без стоимости самого оборудования, достаточно высокая и требует хорошего технического уровня пользователя.
Надежность большой и сложной системы, даже если она сделана достаточно грамотно, определяется надежностью ее электронных элементов и банальных контактов.

Выход из строя, по любой причине, одного из электронных компонентов приводит к разбалансировке всей системы, а может и к прекращению ее работы, а в критическом варианте и к пожару. Современные литиевые батареи (имеется в виду LFP) конечно более надежные и относительно безопасные, чем было лет 5-10 назад, но случаи возгорания бывают. Есть сложности в тушении литиевых батарей, нужны специальные средства, да и они не слишком эффективны, да их и нет на яхтах.
Срок жизни батарей условно считается около 10 лет, но выход из строя электронного бмс может привести в повреждению всей батареи, причем случиться это может в любой момент, особенно при использовании оборудовании с алиэкспресса. В этом случае придется менять батареи ранее указанного срока. Все оборудование связанное с зарядкой, должно быть адаптировано для зарядки литиевых батарей, это замена или перенастройка или установка дополнительного оборудования, типа зарядников DC-DC или альтернаторов с внешним регулятором.

Сейчас некоторые пользователи переходят на электродвижение и устанавливают большой банк литиевых батарей, который используется и как сервисные. Другие ликвидируют громоздкие арки с солнечными панелями и устанавливают дизель генератор или гибридный дизельный двигатель.
При емкости блока литиевых батарей скажем в 1000Ач, заряд производится генератором один раз в несколько дней, а на ходу еще и регенерацией от электро или гибридного двигателя.

Какой можно сделать вывод из сказанного выше, если вам очень важен максимальный комфорт со всеми современными дивайсам, у вас есть достаточно средства, есть большая яхта или лучше катамаран, вы обладает определенным техническим уровнем и находитесь в районе развитых стран, то установка лития и сопутствующего оборудования является логичным выбором.
Однако с другой стороны, если вы обходитесь достаточным минимумом, нет желания или возможности тратить десятки тысяч евро на дополнительное оборудование, относительно небольшая яхта, вы предполагаете путешествовать в удаленных от цивилизации районах и вопрос надежности системы имеет первостепенное значение, то стандартная комплектация с уже установленными свинцовыми батареями, которые выполняют свою роль, более практичный и надежный вариант.
Как заключительный слоган: «Надежность системы обратно пропорциональна количеству электронных компонентов и удалению от технической базы».
У каждого свои приоритеты и каждый сделает свой выбор самостоятельно.

Счастливого плавания !

Источник