Wo fange ich an? Das Thema ist für mich immer noch sehr fordernd. Falls hier ein Fachmann mitlesen sollte, der sich über meine laienhafte Erklärung ärgert: live with it :-)
Unser Bordnetz wird mit 48 V laufen. Das wird schon allein dadurch notwendig, dass wir zwei E-Antriebe mit je 7,5 kW als Antriebe planen.
Die Energiegewinnung erfolgt über Solarzellen, die zu Feldern verbunden werden. Jede Solarzelle liefert maximal 0,6 V. Möchten wir also auf 48 V (plus etwas Überladung) kommen, brauchen wir sehr große, zusammenhängende Felder. Bei 50 V sind es bereits über 83 Solarzellen. Das Problem bei diesen großen Feldern ist a) der verfügbare Platz auf dem Boot und b) die Tatsache, dass auf einem Segelboot sehr schnell mal eine Zelle beschattet wird. Jedes teilbeschattete Feld reduziert seine Energiegewinnung deutlich. Aus diesem Grunde gehen wir einen anderen Weg.
Unsere Solarfelder sind deutlich kleiner. Fällt eines dieser kleinen Felder durch Beschattung aus, liefern die anderen weiterhin und der Verlust ist nicht so groß. Jedes Feld wird von der Größe her so abgestimmt, dass es zwischen 20 und 35 V liefert. Da wir viel Leistung benötigen, brauchen wir entsprechend viele dieser Felder. Und da Platz auf unserem Trimaran nur bedingt vorhanden ist, müssen diese Felder an unsere verfügbaren Flächen optimal angepasst sein. Daher bauen wir sie selbst.
Um auf die 48 V Bordspannung zu kommen, setzen wir MPPT-Regler zwischen die Solarfelder und die Akkubänke. Das sind keine normalen, handelsüblichen MPPT-Regler in unserem Fall, sondern speziell von einem Freund gebaute MPPTs, die die Spannung auf 48 V hochtakten. Unsere Felder sollten dabei die 35 V nicht überschreiten, damit der MPPT etwas Spielraum zum Hochtakten hat. Darauf basierend ergibt sich eine Solarfeldgröße aus mindestens 24 und maximal 48 Solarzellen. Von diesen Feldern planen wir 24 bis 26 Stück, die wir über Seitenschwimmer und Mittelrumpf verteilen. Insgesamt kommen wir auf etwa 1.000 Solarzellen, jede mit einer maximalen Leistung von 3,6 Wp, also 3.600 Wp in Summe. Das ist natürlich ein rein theoretischer Wert.
Es wird drei Akkubänke geben, die parallel geschaltet werden, aber von sich aus auch komplett unabhängig und damit redundant sind. Jede Akkubank wird aus 15 LiFePo4-Akkuzellen mit je 200 Ah bestehen. Bei Parallelschaltung kommen wir also auf 600 Ah bei 48 V, was 28,8 kWh Nennleistung ergibt. Nutzbar davon sind etwa 70%, also etwas über 20 kWh.
Um das ganze etwas anschaulich zu machen: unsere beiden E-Antriebe brauchen bei Volllast zusammen 312 A bei 48 V. Mit unseren 600 A (bei 1 C Entladestrom) aus den parallel geschalteten Akkubänken könnten wir im Notfall also fast 2 Stunden Vollgas mit beiden Antrieben fahren. Für uns war eine Stunde Vollgas der Referenzwert, um uns notfalls aus schwierigen Situationen befreien zu können. Im Normalfall würden wir die Antriebe natürlich nicht unter Volllast fahren.
Wind-, Schlepp- und Dieselgenerator sind bei dieser Planung noch außen vor. Uns ist es wichtig, einen großen Sicherheitspuffer zu haben, denn all diese Werte und Berechnungen sind rein theoretisch. In der Praxis ist es beispielsweise so, dass warme Solarzellen schnell an Leistung verlieren. Und es ist halt relativ unrealistisch, dass wir alle Felder zur gleichen Zeit beschienen bekommen.