O primjeni fotonapona na brodovima pisali smo već ovdje, a fantastične potencijale litij-ionskih baterija prikazali smo ovdje . Najava da će toplo ljeto potrajati, potakla nas je da vam prikažemo netom ostvareni projekt, svojevrsnu novost za nautičare. Iako je riječ o klasičnim solarnim GEL-baterijama, sve se može lako prebaciti u litij-ionsku tehnologiju.
Riječ je zahvatu na električnoj instalaciji motornog broda s visokom autonomijom komforne plovidbe i obiljem pohranjene struje za boravak u tišini uvale – bez motora i agregata.
Puno tihe brodske struje
Nedovoljno struje na brodu nautičarima je izvor trajnih briga, a potraga za lukom s pristupačnim električnim priključkom utječe na planiranje plovidbe i pristajanje u lukama u koje možda i ne bi uplovili. Doduše, potrebe za strujom na motornom brodu možemo zadovoljiti radom motora ili pak dodatnim agregatom, no i jedno i drugo nespojivo je s boravkom u tihoj uvali, a povećava i potrošnju goriva.
Na brodu Matasko investitor je želio ostvariti mogućnost dugotrajnog napajanja cjelokupnog brodskog sustava – bez generatora ili priključka s obale. Dosad je brod dobivao električnu energiju upravo na ta dva načina. No, kad je brod mirovao na sidru daleko od struje s obale, moralo se aktivirati generator. Noću, na nekom zabačenom i tihom sidrištu, buka nije kvarila ugođaj samo posadi, već i ostalim nautičarima usidrenim u blizini. Na komforno opremljenom motornom brodu koji je ploveća vikendica, apartman ili mali hotelčić, rasvjeta, hladnjaci i elektronički uređaji nemilice bi trošili struju i gorivo generatora.
Vibracije, ma kako tihe, itekako su se osjećale… I uz malu potrošnju, za najnužnije potrebe, generator je brundao cijelu noć… A poznato je da generator i pod minimalnim opterećenjem ne troši i proporcionalno manje goriva. Konkretno, na ovom je brodu trošio 4 l/h u tzv. praznom hodu, a 6 l/h pri punom opterećenju. Tako se rodila ideja da bi od večeri do jutra trebalo isključiti generator, a hladnjak i ostale potrebe zadovoljiti iz tihih izvora. Kad se uključi motor i brod zaplovi, a generator se vrti, moguće je i obilnije punjenje baterija. Pritom se iskorišćuju dvije pogodnosti: dok u plovidbi generator na motoru radi s višim stupnjem iskorištenja proizvedene energije po litri goriva, noću se tihom energijom iz baterija mogu održavati svi važni sustavi broda, pa i dosta onih namijenjenih komforu ili zabavi. Dakako i tu treba malo promišljanja i pažnje kako bi se priključkom na struju u nekoj marini baterije tiho napunile energijom, a brod pripremio za dužu plovidbu i bezbrižno sidrenje po zabačenim dijelovima obale.
Za ostvarenje tih ciljeva nije dovoljna uobičajena brodska baterija namijenjena pokrivanju najnužnijih potreba i elementarnoj sigurnosti. Brod treba opremiti izdašnom baterijskom bankom za pohranu električne energije, a takvu instalaciju obvezno prate i uređaji za efikasno punjenje, stalnu kontrolu stanja baterija i kontrolirano pražnjenje. Ta provjerena oprema postoji u asortimanu Schracka, a većinu elemenata i uređaja čitatelji su upoznali kroz našu seriju o fotonaponskim sustavima i raznim baterijskim bankama.
Dosadašnju električnu instalaciju broda Matasko prikazuje slika 2. Instalacija se priključivala na struju s obale preko odvojnog transformatora, sklopke za prilagodbu smjera faza i glavnih brodskih osigurača. Pritom su brodska trošila opskrbljivali ili generatori ili mreža s obale. Na shemi nije prikazano sigurnosno napajanje vitalnih brodskog sustava jer oni su potpuno nezavisni od prikazane instalacije i u njih se nije zadiralo ovim zahvatom.
Crvena strelica označuje mjesto reza, odnosno točku u kojoj smo uključili novu instalaciju.
Novi sustav pomoćnog napajanja
Novi sustav ima baterijsku banku 24V DC, 880Ah C20 realiziranu s 8 baterija spojenih prema slici 3 (dolje). Sve kabelske veze od baterije prema sabirničkim kutijama moraju biti jednake duljine kako bi pojedine paralelne grane imale i jednake otpore, a sve baterije dobivale i davale jednaku struju. U minus-pol ugrađen je mjerni otpornik nadzornika baterije. Nadzornik baterije napaja se iz minus-pola baterije priključkom na mjernom otporniku, ali i izravno s plus-pola baterijskog sloga (baterijske banke) kako je vidljivo na istoj slici. Svi plusevi paralelnih grana baterijskog sloga spojeni su preko odgovarajućih topivih osigurača na sabirnicu plus-pola.
Sabirnica plus-pola spojena je pak na glavnu baterijsku sklopku. Preko te sklopke mogu se svi sustavi odspojiti s baterija – osim nadzornika baterija koji je trajno pod napajanjem jer malo troši. Baterije se pune trofaznim punjačem Skyla, a struja punjenja je 100 A. Punjač baterija sam brine o stanju baterija i automatski osigurava optimalno punjenje strujom. Preko sloga od tri autonomna izmjenjivača Phoenix, brodska instalacija dobiva trofazni sustav. Nazivno, taj sustav izmjenjivača može dati 3 x 3000VA, 400V, 50 Hz. I sustav autonomnih izmjenjivača i punjač baterija imaju svoje upravljačke ulaze koji upravljaju njihovim radom. Crvene strelice (slika 3 gore) označuju smjer energije prema bateriji preko punjača, odnosno iz baterije preko izmjenjivača.
Dio sustava s izmjeničnom strujom
Na slici 4. (dolje) prikazano je ožičenje izmjeničnog dijela instalacije i način na koji je novi sklop ubačen u postojeću brodsku instalaciju izmjenične struje Na mjestu reza sa slike 2. na prethodnoj stranici ubačena je sklopka S1. To je energetska sklopka – koja služi za izbor izmjeničnog ulaza broda. Brod se izmjeničnom strujom može napajati ili preko mreže s obale ili preko sustava izmjenjivača.
Položaji sklopke S1 objašnjeni su na slici 4. Punjač se na instalaciju broda spaja kao obično trošilo. Punjač ima vlastiti ulazni osigurač pa u instalaciju nije trebalo ugrađivati dodatni osigurač. Izmjenjivač ima ugrađenu zaštitu od preopterećenja, a s obzirom na mjesto priključenja i postojeće zaštitne uređaje, ni u njihove izlaze nije ugrađen poseban zaštitni prekidač.
Dio sustava s istosmjernom strujom
Na slikama 5. i 6. prikazano je ožičenje dijela instalacije s istosmjernom strujom oko baterijske banke, a vidljivi su i detalji priključenja u pojedinim komponentama sustava.
Upravljački dio sustava
Na slici 7. (gore) je upravljački dio sustava. Tri Phoenix izmjenjivača spojeni su međusobno preko upravljačke veze čime se oblikuje trofazni sustav (plavi kabel na shemi.) Ti autonomni izmjenjivači i punjač Skyle ne rade istodobno. Kad je upravljački ulaz izmjenjivača uklopljen, oni daju napon na izlazu. Kad je taj upravljački ulaz u isklopljen, ni izmjenjivači na izlazu ne daju napon.
Upravljački ulaz na jedinici Master L1 upravlja radom svih izmjenjivača. Kad je upravljački ulaz punjača Skyla uklopljen, tada punjač ne puni. Naime, punjač puni baterije istosmjernom strujom u času kad mu je taj upravljački ulaz isklopljen. Tako punjač cijelo vrijeme može imati izmjenični napon na ulazu, no energija za punjenje baterija kreće iz izlaza tek kad upravljački ulaz dozvoli. Upravljačkom preklopkom 1-0-2 montiranom na punjač, odabire se način rada. Želite li da rade izmjenjivači – tada ne radi punjač. Želite li da radi punjač, tada neće raditi izmjenjivači. Izmjenjivači mogu dodatno raditi samo ako je relejni kontakt iz nadzornika baterije uklopljen, a uklopljeno stanje tog releja pokazuje i razinu napunjenosti baterije. Ako je baterija ispravna, izmjenjivači rade normalno. Pojavi li se pretjerano pražnjenje baterije, odmah se otvara kontakt nadzornika baterije prekida rad izmjenjivača. Time je baterija zaštićena od predubokog pražnjenja i osiguran joj je očekivani životni vijek.
Punjač je tako podešen da pri svakom uključenju kreće s najvećom mogućom strujom koja odgovara napunjenosti baterije. Svaki izmjenjivač ima relejni izlaz koji se može programiranjem iskoristiti za dojavu trenutka u kojemu se sustav približava naponskoj razini na kojoj nadzornik baterije isključuje rad izmjenjivača. Taj kontakt može dati i signal da brodski sustav treba ponovno prebaciti na rad pomoću generatora. Sve je pod kontrolom i u optimalnom režimu rada, bez nepoznanica i iznenađenja.
Smještaj komponenata
Na slici 8. vide se glavne komponente. Baterije su smještene ispod poda, u prostoru s prozračivanjem, zajedno s ostalom opremom baterijske banke koja mora biti zaštićena od slučajnog prskanja morske vode po kontaktima ili baterijama. Crvena strelica na slici 9. pokazuje kako se u trenutku nepažnje morska voda može lako prikrasti baterijama… Stoga je izbor smještaja baterija izuzetno bitan.
1 – izmjenjivač faze L1
2 – izmjenjivač faze L2
3 – izmjenjivač faze L3, (master-jedinica)
4 – punjač Skyla
5 – DC (-) sabirnički ormarić
6 – DC (+) sabirnički ormarić
7 – energetska preklopka 1-0-2
8 – postojeći odvojni transformator
9 – postojeći ulazni ormarić s kontrolom mrežnog napajanja s obale i provjerom redosljeda faza
Rukovanje sustavom
Na slici 10. označene su dvije preklopke – energetska i upravljačka. Energetskom preklopkom određujemo hoće li se brod napajati izmjeničnom strujom s kopna ili brodskim izmjenjivačima iz baterije. Ovisno o potrebama i situaciji, upravljačkom preklopkom aktiviramo ili izmjenjivač – ili punjač:
- Brod na moru – u plovidbi
Energetska preklopka je u položaju 2 (mreža) ili 0 (otvoreno). Samom instalacijom osigurano je da pri radu brodskih generatora napon s obale nikako ne može do sabirnica s trošilima (na moru takvog napona i nema…) ili pak do izmjenjivačkog sloga. Upravljačka preklopka mora biti postavljena na 0 ili 2, tako da punjač radi i puni baterije iz energije koju proizvode generatori. - Brod na moru – u mirovanju
Na primjer, kad je brod na sidrištu, energetska preklopka je u položaju 1 (izmjenjivači) ali tada i upravljačka preklopka mora također biti položaju 1 (izmjenjivači). Cijela brodska instalacija napaja se tada iz tihog izvora, brodskih baterija. - Brod u luci – priključen na mrežu
Energetska preklopka je tada u položaju 2 (mreža), a upravljačka preklopka u položaju 0 ili 2. Punjač radi i puni baterije. - Brod na vezu – u mirovanju
Kad je brod na zimskom vezu ili u dužem mirovanju bez ljudske posade, sve uređaje treba isključiti. Pritom je najbolje isklopiti glavnu baterijsku sklopku na plus-ormariću (+). Treba pripaziti da se glavna baterijska sklopka isključuje samo kad je baterija napunjena, što je izuzetno važno za životni vijek baterije. Kako prazna baterija stari brže od napunjene, baterije treba napuniti do kraja barem jednom u dva mjeseca, što je i jedina pažnja koju one zahtijevaju! Je li baterija puna otkriva se kontrolom napona preko nadzornika baterija gdje napunjena baterija – bez potrošnje – mora pokazati 26 V.
Prekidači na izmjenjivačima i na punjaču u radu moraju biti u položaju ON. Njih ne treba često dirati – ni u plovidbi ni u luci ili na sidru. Unatoč čudesnoj automatici u kutijama, svakodnevno upravljanje sustavom je krajnje jednostavno. Posebno je važno i održavanje kontakata na baterijama! Morska voda je pravi elektrolit i lako provodi struju pa svako zalijevanje, močenje ili prskanje mora po baterijskim polovima može izazvati kratki spoj i trajno uništenje baterija. Stoga se i koroziju na priključnim stezaljkama mora unaprijed spriječiti redovitim premazivanjem vazelinskom mašću. Stanje baterija treba redovito kontrolirati, a najmanje jednom u šest mjeseci mora se pregledati i sve električne veze sustava, a po potrebi ih i pritegnuti.
Slika 12. (dolje) prikazuje kompletan sustav, s novim pomoćnim baterijskim sustavom integriranim u brodsku instalaciju. Usporedite li to sa slikom 2., lako ćete uočiti razliku u odnosu na početno stanje. Vidi se koliko je toga umetnuto na mjestu reza u prijašnjoj brodskoj instalaciji.
Nadamo se da smo vas zainteresirali ovim prikazom složenog trofaznog rješenja, jer on pokazuje što se sve može učiniti kirurškim zahvatom u postojeću instalaciju. Jasno je da svaki brod ima svoje posebnosti, nautičar i svoje potrebe i želje, a nakon ljetnih plovidbi javljaju se i nove zamisli…
Možda vam ovaj primjer nije potpuno primjenjiv baš u takvom obliku, no valja znati da su vam kod nas dostupni uređaji, oprema i znanje s kojim se ponekad mogu napraviti čuda. Nakon ovogodišnjih iskustava u području nautike, zaključili smo da bi trebalo objasniti što je odvojni transformator, uzemljena brodska instalacija, RCD sklopka, što je galvanska i elektrolitska korozija… O tome ćemo odmah u sljedećem broju. Potom se vraćamo na priču o litij-ionskim baterijama koje su u stanju munjevitog razvoja s gotovo svakodnevnim novostima pa će i naše informacije biti potpunije.
Kao i dosad, za sve pojedinosti možete nam se obratiti s punim povjerenjem.