Energia Solare per Navigare
In mare abbiamo la possibilità di progettare l'installazione di pannelli fotovoltaici di ultima generazione sulle imbarcazioni.
Navisystem con i suoi ingegneri sta progettando di navigare con l'energia solare su yachts.
Catamarani full electric, ma anche yachts monoscafo ibridi sono al momento gli obiettivi da sviluppare.
I pannelli solari sono sempre più performanti rendendo possibile avere energia sufficiente a caricare batterie sempre più potenti e sempre più leggere.
Questo permette di navigare in modo sempre più sostenibile.
I nostri studi e la nostra ricerca stanno ottimizzando la scelta dei pannelli fotovoltaici, degli inverter, delle batterie, dei motori elettrici e di tutti i componenti necessari ad una barca full electric.
La posizione dei pannelli e le dimensioni di questi sono parte della progettazione, per avere potenza ed estetica allo stesso tempo.
La potenza elettrica dei pannelli viene trasferita a speciali inverters con un minimo di 4 input MPPT diversi per gestire al meglio l'energia. Un sistema di batterie a litio di capacità proporzionale al fabbisogno e all'autonomia dell'imbarcazione, può essere calcolata e
gestita.
Il motore o i motori elettrici per navigare possono avere potenze da 50 kW a 500 kW l'uno a seconda delle dimensioni dell'imbarcazione.
I servizi di bordo possono essere alimentati con il 380 Vac trifase ed anche con il 220 Vac monofase, ovviamente con le potenze richieste dal cliente.
I catamarani sfruttano al meglio il sistema “full electric” di un sistema solare.
La nostra ricerca ci ha già portato risultati sorprendenti su due catamarani da 20 e 24 metri (60 e 80 piedi) raddoppiando potenze e autonomie rispetto allo stato dell'arte ad oggi presenti sul mercato.
Questo settore della ricerca è molto interessante e ci ha impegnato negli ultimi due anni.
Per tutto ciò, stiamo collaborando con produttori di pannelli fotovoltaici, inverter da 50 e 100 kW, kit di batterie da 400 a 1000 kWh, motori elettrici da 50 a 300 kW, con ditte di impianti elettrici di bordo e cantieri interessati a questa innovazione tecnologica, iniziata qualche anno fa, ma che sta prendendo sempre più campo nella produzione di yachts.
Anche il refitting di alcuni yachts è molto interessante. L'aggiunta del sistema con pannelli, batterie e motori elettrici può far navigare yachts ibridi nelle riserve protette.
Questi impianti oggi sono completamente automatici ma facilmente controllabili dal personale di bordo.
L'intelligenza Artificiale permette di gestire l'energia dai pannelli solari, alle batterie, ai motori di propulsione ai servizi di bordo in modo ottimale. Pertanto le batterie si ricaricano con potenze proporzionali all'energia disponibile dai pannelli, e se già sono cariche, autonomamente la carica si interrompe.
Il vano batterie è molto importante da gestire a bordo pertanto in base alle esigenze di cantiere e di spazio andrà progettato adeguatamente con raffreddamento ad aria, ventilato e isolato. In alcuni casi potrà esser raffreddato a liquido. I pannelli solari dovranno essere leggeri e performanti di ultimissima generazione.
In alcune posizioni potranno essere anche bifacciali se il cantiere vorrà mettere in evidenza questa innovativa tecnologia solare.
Le barche full electric ormai sono una realtà.
Esempio di montaggio pannelli su Catamarano Elettrico 80'
Consumi e autonomia per catamarano 80' (24 mt) elettrico, con impianto fotovoltaico Navisystem
Il catamarano a energia solare è una realtà! Negli ultimi dieci anni infatti i cambiamenti tecnologici hanno permesso e permetteranno autonomia e potenze elettriche sempre più importanti.
Il target ovviamente sarebbe l'autonomia totale, non usando il gasolio né per i motori né per i servizi di bordo. Questo significa avere un impianto a pannelli solari capace di superare i consumi necessari agli sposatamenti e ai servizi.
Questo è, o sarà, possibile? Lo è già in parte. Un nostro studio recente coadiuvato da Yacht Design, ingegneri navali, produttori di pannelli solari, esperti di impianti elettrici di bordo, produttori di motori elettrici di ultima generazione, ci hanno permesso di capire e risolvere alcuni problemi che impedivano di avere autonomie valide senza stravolgere il design con centinaia di pannelli anti estetici.
Ovviamente i pannelli solari servono, e non possiamo fare nulla senza di essi. L'importante è che l'impatto sia
accettabile.
In questi casi il catamarano deve essere ingegnerizzato cominciando proprio da qui. La posizione dei pannelli deve essere prioritaria ma allo stesso tempo devono essere perfettamente
integrati.
Facile? No, ma possibile, con l'aiuto di un buon design i pannelli fotovoltaici possono essere integrati in modo da non disturbare e di migliorare "tecnologicamente" lo scafo. Molti costruttori di catamarani sono partiti da uno scafo a vela o da uno scafo a motore, questo ha comportato una integrazione parziale. La potenza solare spesso non supera i 30 kWp e inoltre la posizione dei pannelli e il loro numero sono stati montati nelle poche aree libere.
In questo lavoro si deve partire, come già detto, proprio dallo studio delle aree esposte al sole del catamarano.
Da qui, infatti, possiamo raggiungere e superare i 50 kWp necessari per avere energia sufficiente per rendere un catamarano elettrico autosufficiente.
Questo però non vuole illudere nessuno, questo non significa che possiamo navigare in modo continuo per 10 giorni a 10 nodi ed avere tutti i servizi di bordo funzionanti, attenzione. Più avanti cercheremo di capire cosa è possibile fare e cosa no.
I pannelli fotovoltaici devono lavorare nelle migliori condizioni e devono fornirci più potenza possibile.
Con il sole radente all'alba e al tramonto i pannelli verticali sullo scafo forniranno la maggiore energia, quelli orizzontali al contrario forniranno la minima.
Quindi una buona pannellatura caricherà le batterie dall'alba al tramonto, con il sole più alto tutti i pannelli forniranno dall'80 al 100% dell'energia.
I pannelli laterali sullo scafo, quelli a prora, e quelli a poppa devono caricare le batterie in qualunque direzione si trovi la barca rispetto al sole, ovviamente un lato per volta.
E quando il sole non c'è? E' necessario accendere i due generatori a gasolio. Con questi è possibile navigare, avere tutti i servizi attivi e caricare anche le batterie.
L'impianto solare con 50 kWp può ricaricare le batterie da 800 kWh scariche in meno di due giorni senza servizi attivi e in meno di tre giorni con i servizi attivi.
Partendo con le batterie cariche per una crociera possiamo ipotizzare un assorbimento di 100 kW e una autonomia di circa 8 ore. In queste 8 ore i pannelli dovrebbero caricare circa 28 kWh per un totale di 224 kWh che permettono di aumentare la crociera di circa due ore per un totale di 10 ore.
In estate con il sole dalle 6,30 alle 20,30 è possibile immagazzinare 360 kWh al giorno mediamente quindi 28 kWh ogni ora.
Le tabelle seguenti possono essere di aiuto per capire le possibilità di navigazione e di autonomia “verde” di questo catamarano da 80 piedi.
Energia utile durante il giorno
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Ora del giorno |
Potenza disponibile |
kW utilizzabili |
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6,30-8,30 |
10 kW |
2 h = 20 kW/h |
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8,30-11,30 |
40 kW |
3 h = 120 kW/h |
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11,30-14,30 |
30 kW |
3 h = 90 kW/h |
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14,30-16,30 |
40 kW |
2 h = 80 kW/h |
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16,30-18,30 |
30 kW |
2 h = 60 kW/h |
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18,30-20,30 |
10 kW |
2 h = 20 kW/h |
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Totale energia solare al giorno (14 h) |
14 h = 390 kW/h |
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Consumo servizi al giorno (4kW/h x24h=96kWh) |
- 100 kW/h |
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Energia di ricarica utile al giorno |
290 kW/h |
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Pannelli: carica media durante il giorno 28 kW all'ora.
Nell'esempio di crociera descritto sopra, è stato calcolato che con le batterie cariche si può navigare per otto ore con un consumo di 100 Kw dei due motori, questo è ottimistico? E a quale velocità?
Qui è necessario chiarire bene per non cadere in errori. Alcuni parametri come il peso totale, la sua forma, il vento, e le condizioni del mare possono cambiare molto la velocità in navigazione. Uno scafo studiato per una propulsione elettrica può essere ottimizzato per una velocità di 6-10 nodi facendo diminuire gli attriti in moto notevole, molto diverso da uno scafo calcolato per una velocità di oltre 20 nodi a motori endotermici.
Questo punto è molto importante, se vogliamo avere una buona autonomia senza usare gasolio.
Le barche ibride con motore endotermico oltre ad essere più pesanti per i due motori in più non sono la soluzione migliore. E' invece preferibile usare i generatori a gasolio (o a idrogeno) come extender, per poter navigare più di 10 ore consecutive e per garantire piena autonomia anche in assenza del sole.
Un catamarano elettrico deve essere studiato ed deve essere ottimizzato, per avere bassi attriti e pesi contenuti. In questo modo la capacità di navigare con l'energia solare diventerà veramente interessante.
I tecnici, gli ingegneri e i ricercatori possono creare ciò che manca ancora per una mobilità marina green, cioè batterie sempre più capaci e leggere e pannelli solari sempre più efficienti.
Datasheet catamarano 80' preso ad esempio
• Lunghezza 23,9 mt
• Larghezza 12 mt
• Altezza 7,25 mt (galleggiamento – top)
• Batterie 400 kW/h x2 = 800 kW/h totali oppure 400 kW totali (eco)
• Tensione di lavoro 400 Vdc (batterie)
• Ricarica da terra SI (n. 2) - 400V 100 kW supercharger x2 – 4 h di ricarica circa
• Tempo di ricarica solo solare con batterie scariche al 10%
Meno di due giorni senza servizi attivi
Meno di tre giorni con servizi attivi
• Tensione servizi 380 Vac – 220 Vac
• Tensione generatore 380 Vac
• Generatori diesel n. 2 x 20 kW (o 2x50kW)
Altre dimensioni di catamarani possono essere prodotte per navigare in elettrico senza inquinare ovviamente.
Noi della Navisystem abbiamo già un programma per pc per programmare la messa in opera di pannelli solari per imbarcazioni di 10 mt – 15 mt – 20 mt – 24 mt – 30 mt e oltre.
Il catamarano è un ottimo punto di partenza per i sistemi elettrici perché i due scafi affusolati necessitano di minor potenza per navigare, ma anche sistemi monoscafo possono essere progettati in modo “full electric” con generatori extender.
Inoltre molte imbarcazioni già prodotte possono essere aggiornate con sistemi ibridi con le nuove tecnologie disponibili.
Esempio di montaggio pannelli su Catamarano Elettrico 98'
Esempio di montaggio pannelli su peschereccio
