Inleiding

Nu is het tijd om aan boord te gaan, zodat we kunnen zien hoe dit alles in de praktijk werkt.
Natuurlijk zijn alle boten verschillend uitgerust, afhankelijk van het doel, het budget en de eigenaar. Sommige boten zijn zodanig uitgerust dat men er de Atlantische Oceaan mee kan oversteken of de wereld rond kan zeilen. Anderen zijn bedoeld om op rivieren en kanalen te varen. En weer anderen worden gebruikt om een dagje te gaan vissen. Sommige boten worden door de eigenaar gevaren en onderhouden, terwijl anderen deel uitmaken van een huurvloot. En dan zijn er ook nog soortgelijke elektrische installaties in bijvoorbeeld campers of woningen zonder netaansluiting.

Ik heb ervoor gekozen om hier jachten als voorbeeld te nemen, want daar heb ik zelf ervaring mee. Het is niet moeilijk om de redenering van dit hoofdstuk en de volgende hoofdstukken op andere applicaties toe te passen.
Het eerste schip waar we aan boord gaan is vrij eenvoudig wat betreft de elektrische installatie en het elektriciteitsverbruik is zo laag mogelijk gehouden. Het zou typisch een motorboot kunnen zijn van maximaal 9 meter of een zeilschip van maximaal 12 meter. Het schip heeft een elektriciteitssysteem van 12 V en we zullen om te beginnen alle elektrische apparatuur en het bijbehorende elektriciteitsverbruik bespreken.

Uitrusting en elektriciteitsverbruik

Navigatie-instrumenten (windset, log, dieptesonde, enz): minder dan 0.2 A

GPS: ongeveer 0.2 A

Marifoon
Het standby-verbruik is laag (ca. 0.1 A). Zenden neemt wel veel stroom (ca. 5 A), maar is kortstondig, waardoor het dagelijks verbruik in Ah vrij laag blijft.

Driekleuren toplicht of ankerlicht: 25 W
(25 W / 12 V = 2.1 A)

Stuurautomaat
De stuurautomaat kan bij langdurig gebruik één van de grootste verbruikers zijn. Het stroomverbruik van de motor is al snel 5 A. Bij een duty cycle van 30 % is het gemiddelde verbruik 5 x 0.30 = 1.5 A.
Het is belangrijk in gedachten te houden dat dit slechts een ruwe benadering is. Het stroomverbruik van de stuurautomaat hangt in de praktijk af van het schip, de zeegang, enz.

Radio
Vooral op langere reizen wordt vaak de (auto)radio aangezet. Het stroomverbruik daarvan is ongeveer 1 A.

Kajuitverlichting
Vandaag de dag bestaat de verlichting uit halogeen lampen (10 W tot 20 W per lampje) en tl-buizen (ca. 8 W). Gloeilampen zijn niet aan te bevelen, omdat ze tot 5 keer zoveel stroom verbruiken voor dezelfde hoeveelheid licht. Uitgaande van 10 lichtpunten en zuinig gebruik, schatten we het verbruik op 10 Ah per etmaal.

Koelkast
De koeling werd in par. 6.3 al besproken.
In dit voorbeeld zullen we ervan uitgaan dat we een koelkast aan boord hebben met een compressor van 50 W, en een duty cycle van 50 %. Naar mijn ervaring is dit een gemiddelde koelkast wat betreft het energieverbruik, als men in een gematigd klimaat vaart.

Verbruik tijdens een etmaal zeilen

Ons uitgangspunt is een periode van 24 uur zeilen (op een motorjacht is tijdens het varen het stroomverbruik niet belangrijk, omdat de dynamo op de hoofdmotor het verbruik gemakkelijk kan bijhouden).
We zullen nu de benodigde accucapaciteit bepalen voor het voeden van alle verbruikers.

In de volgende tabel zijn de verbruikers verdeeld in continue (C), langdurige (L) en kortstondige (K) verbruikers.

Het is opvallend dat de koelkast verreweg de grootste verbruiker is. Het stroomverbruik van de koelkast zou kunnen worden gehalveerd door een duurdere watergekoelde warmtewisselaar te gebruiken in plaats van een luchtgekoelde warmtewisselaar en door de isolatie te verbeteren. Het totale verbruik per etmaal zou dan tot 103 Ah worden teruggebracht.

Voor anker of afgemeerd zonder 230 V aansluiting

Ons uitgangspunt is opnieuw 1 etmaal, waarbij het onderstaande nu geldt voor motor- en voor zeiljachten.

Extra “luxe”

Zelfs de relatief kleine schepen die wij hier bespreken hebben vaak enige extra veiligheid en comfort aan boord. Hieronder worden enkele optionele extra’s genoemd. Voor enkele daarvan is een omvormer nodig. Omdat het rendement van omvormers tegenwoordig hoger is dan 90 %, wordt het verlies in de omvormer bij de berekening van het energieverbruik verwaarloosd.

Elektronisch navigatiesysteem
Dit is tegenwoordig zelfs op kleinere jachten zeer gebruikelijk.

Kortegolf zender (SSB)
Zeer nuttig op oceaanreizen.

Radar
Verhoogt de veiligheid wanneer men ‘s nachts of in slecht weer vaart.

Magnetron
Een magnetron verbruikt gedurende korte tijd veel energie (tot 1.5 kW). Als de magnetron 12 minuten per dag wordt gebruikt is het verbruik 1500 x 0.2 / 12 = 25 Ah.

Verwarming
Het stroomverbruik van verwarming op diesel is beperkt tot de dieselpomp en de ventilatoren. Het verbruik is ca. 5 A.

Airconditioning
Pas bij de aanschaf van airconditioning op het stroomverbruik, i. h. b. als de airco op energie uit de accu moet werken!.

Watermaker
Er zijn tegenwoordig zeer efficiënte watermakers verkrijgbaar (oa Spectra) die werken op 12 V. Het stroomverbruik is slechts 10 tot 20 A voor 30 tot 60 liter drinkwater per uur. Hierdoor is een watermaker (en dus ook een dekdouche met zoet water!) een reële optie geworden voor kleine jachten waarmee lange tochten over zee gemaakt worden.

In de volgende tabel wordt het stroomverbruik van de bovenstaande extra luxe in kaart gebracht. Het elektriciteitsverbruik is gebaseerd op een bemanning van 2 of 3.

Met alle extra luxe aan boord (behalve de airco) bedraagt de totale energiebehoefte per dag:
- varend : 1.5 + 2.0 = 3.5 kWh, of 128 + 169 = 297 Ah
- voor anker: 1.0 + 2.0 = 3.0 kWh, of 85 + 169 = 254 Ah

Dit laat zich vertalen naar de volgende minimum accucapaciteit en gemiddelde ontlaadstroom:
- varend : 297 x 2 = ca. 600 Ah en 12.3 A ontlaadstroom
- voor anker: 254 x 2 = ca. 500 Ah en 10.5 A ontlaadstroom

We gaan nu kijken hoe we de benodigde energie kunnen opwekken voor het “basisjacht” (1.0 tot 1.5 kWh) en voor het “volledig uitgeruste” jacht (3.0 tot 3.5 kWh).

De accu opladen

Met de dynamo op de hoofdmotor.
De hoofdmotor is meestal voorzien van een dynamo van 14 V / 60 A. Dit betekent dat de dynamo bij 6000 tpm 60 A levert. Stelt u zich voor dat de diameterverhouding tussen de motorpoelie en de poelie op de dynamo 2:1 is, dan zou de motor 3000 toeren moeten maken om 60 A laadstroom te bereiken. In de praktijk doet niemand dit, omdat het teveel lawaai maakt. Om stroom op te wekken draait de motor meestal op 1500 tot 2000 tpm. De laadstroom is dan 40 % tot 80 % van de nominale waarde, d.w.z. 30 tot 50 A.
Dit betekent dat de motor 2 tot 3 uur per dag moet draaien om de hoofdaccu te laden voor het “basisjacht” en 7 tot 8 uur per dag voor het volledig uitgeruste jacht.
Dat is geen aantrekkelijke situatie, tenzij:
- u van plan bent elke dag een grote afstand op de motor te varen;
- het schip voornamelijk voor dagtochtjes wordt gebruikt.

Hoe is langdurig “stroom-draaien” te voorkomen?

Verhogen van de accucapaciteit zodat u meerdere dagen kunt zeilen of voor anker liggen.
Dit is een eenvoudige en goedkope oplossing die echter alleen zin heeft als u altijd verwacht binnen een paar dagen een langere periode op de motor te varen, of gebruik te kunnen maken van walstroom.

Een tweede of grotere dynamo
Zie hoofdstuk 4 en 5 voor de te nemen maatregelen. Door het verhogen van de laadstroom tot 80 A zou stroom-draaien beperkt kunnen worden tot 1 of 2 uur per dag. Maar houd wel in gedachten dat de laadstroom die een accu zonder schade zal accepteren beperkt is.

Twee opmerkingen over het rendement:
1) Om rekening te houden met het verlies in de accu (energierendement in gedeeltelijk geladen toestand: ca. 89 %, zie par. 3.3.), in de bedrading, in diode isolatoren of gelijkrichters en, bij sommige verbruikers, een omvormer, wordt bij alle berekeningen voor het laden van de accu uitgegaan van een laadspanning van 15 V, respectievelijk 30 V. Met andere woorden: er wordt uitgegaan van een rendement van η = 12 V / 15 V = 80 %.
Een voorbeeld:
-het ontladen van een accu met 150 Ah bij 12 V betekent een energieverbruik van 150 Ah x 12 V = 1.8 kWh
-150 Ah opladen bij “15 V” betekent een energietoevoer van 150 Ah x 15 v = 2.25 kWh
-het verschil, 2.25 – 1.8 = 0.45 kWh, gaat tijdens het proces verloren.

2) Het rendement van een dynamo + V-snaar is ca. 50 %. En dan draait de motor met een belasting van slechts 10 tot 20 %, wat een brandstofrendement tot gevolg heeft van ca. 10 %…
Tezamen met het onder 1) berekende DC rendement wordt het rendement van de gehele keten: η = 0.8 x 0.5 x 0.1 = 0.04 (= 4 %).
Met andere woorden: slechts 4 % van de energie die vrijkomt bij de verbranding van dieselolie is uiteindelijk beschikbaar als elektrische energie voor de verbruikers aan boord.

Zonne-energie
In de zomer in Nederland leveren horizontaal gemonteerde zonnepanelen ca. 300 Wh per dag en per m² (1 m² = 2 panelen van nominaal 50 W). Dit komt neer op een laadcapaciteit van 25 Ah per dag en per vierkante meter zonnecel in een 12 V accu. In het Middellandse Zee gebied stijgt de laadcapaciteit tot ca. 35 Ah en in het Caribische gebied tot 50 Ah. Zonnepanelen kunnen dus een aanzienlijke bijdrage aan de stroomvoorziening leveren, vooral op een catamaran of een motorboot omdat daar vaak veel dek- of dakruimte beschikbaar is.

Wind-energie
Een windgenerator met een diameter van 1 meter levert ca. 25 W (2 A in een accu van 12 V) bij een windsnelheid van 10 knopen. Een bijdrage van 40 tot 80 Ah per etmaal behoort zeker tot de mogelijkheden. Als het stroomverbruik aan boord laag is, kan ook een windgenerator zeer effectief zijn.
Zelfs op grotere jachten zijn zonnepanelen en/of een windgenerator zeer geschikt voor het laden van de accu’s en om ze 100 % geladen te houden tijdens periodes waarin het schip niet wordt gebruikt. Goede laadregelaars zijn echter zeer belangrijk om overladen te voorkomen.

Watergenerator (schroefasgenerator of gesleepte generator)
Tijdens het varen kan extra stroom worden opgewekt met een schroefasgenerator (nadelen: vaarweerstand, lawaai en slijtage), of met een kleine gesleepte watergenerator. De laatste zal ongeveer 12 W dwz 1 A leveren per knoop (snelheid door het water), d.w.z. 40 tot 100 Ah per etmaal laden in een 12 V accu.
De extra waterweerstand van ongeveer 30 kg zal de snelheid echter met ongeveer 0,5 knoop verlagen.

Walstroom
De beste manier om op de walstroom aan te sluiten is met een acculader dwz om het D.C.-concept toe te passen. De vuistregel hierbij is dat de capaciteit van de acculader voldoende moet zijn om minstens twee maal de dagelijks aan boord benodigde energie te leveren. Indien de serviceaccu snel geladen moet worden dient een nog grotere acculader geïnstalleerd te worden.

Een voorbeeld:
Het volledig uitgeruste jacht beschreven in paragraaf 9.5. heeft wanneer het aan de wal ligt een dagelijkse energiebehoefte van 132 Ah of 1.6 kWh. (geen stroomverbruik van het toplicht, navigatie apparatuur, SSB, radar en watermaker)
- Bij twee keer de dagelijkse energiebehoefte moet de gelijkrichter 1.6 kWh x 2 / 24 h = 133 W leveren, wat bij 12 V neerkomt op 133 / 12 = 11 A.
Het gemiddelde DC-verbruik is 11 / 2 = 5.5 A, waardoor we 5.5 A over hebben om de accu op te laden. De minimum accucapaciteit was 500 Ah. Indien deze accu tot 50 % ontladen is zou het meer dan. (500 / 2) / 5.5 = 46 h duren om de accu volledig te laden.
- Bij 4 keer de dagelijkse energiebehoefte moet de gelijkrichter 22 A leveren, waardoor er 16.5 A over is om de accu te laden. Een lading tot 80-90 % zou dan 15 h vergen.
In de praktijk zou men een gelijkrichter van 25 A of 50 A installeren. De gelijkrichter van 50 A zou maximaal 50 A x 15 V / 230 V = 3.3 A van de walaansluiting afnemen. Dus zelfs een walaansluiting van 4 A is dan voldoende.

Aansluiting van de warmwaterboiler direct op de walstroom zou een probleem kunnen zijn, omdat dit ca. 5 A extra walstroom zou vergen. De oplossing: pas het DC-concept strikt toe en sluit de boiler via een omvormer aan op de serviceaccu.

Conclusie

- Eén of meer alternatieve energiebronnen zoals zonnepanelen, een windgenerator, of een watergenerator kunnen een aanzienlijke bijdrage leveren aan de dagelijkse energiebehoefte van een jacht.
- De praktische limiet voor het dagelijks laden van een 12 V accu met dynamo’s op de hoofdmotor is ongeveer 4 kWh of ca. 300 Ah bij 14 V. Dit is echter voldoende voor alle extra luxe die in par. 9.5 wordt genoemd!
Bij 24 V, en ook weer met een wisselstroomdynamo van 150 A (een belasting van ca.9 kW op de hoofdmotor!) kan men het dagelijkse energieverbruik tot 8 kW laten stijgen.
- Een inefficiënte koelkast (compressor van 50 W die draait met een duty cycle van 100 %) verbruikt 100 Ah per dag van uw kostbare accucapaciteit.
- Implementatie van het DC-concept, ook op walstroom, verlaagt de vereiste aansluitwaarde tot 4 A.