Расчёт суточного энергопотребления на яхте (А·ч): руководство

Расчёт суточного энергопотребления на яхте в ампер-часах (А·ч) — отправная точка для всех решений по аккумуляторному банку, солнечным панелям, генератору двигателя и инвертору. Банк, выбранный без этого числа, либо разряжается на вторую ночь на якоре, либо возится на борту как лишний вес и лишние расходы. В этом руководстве мы пошагово выполним расчёт и на реалистичном примере подберём ёмкость аккумуляторов и зарядных источников.

Базовые понятия: А, А·ч, Вт и Вт·ч

• Ток (А): ток, который прибор потребляет в данный момент.
• Ампер-часы (А·ч): ток × время. Прибор, потребляющий 5 А в течение 3 часов, расходует 15 А·ч.
• Мощность (Вт): напряжение × ток. 5 А при 12 В — это 60 Вт.
• Ватт-часы (Вт·ч): мощность × время. Самая точная единица для сравнения, когда смешаны разные напряжения.

Пересчёт прост: А·ч = Вт·ч / В. В банке 12 В 1200 Вт·ч — это примерно 100 А·ч, а та же энергия в банке 24 В — около 50 А·ч. Поэтому значения в А·ч нельзя сравнивать без указания напряжения системы.

Приборы переменного тока через инвертор

Когда приборы на 230 В питаются от аккумуляторного банка через инвертор, нужно учитывать потери преобразования. КПД инвертора в зависимости от нагрузки обычно составляет 85–93 %. Формула: ток DC = мощность AC / (напряжение батареи × КПД). Микроволновая печь 1000 Вт от банка 12,5 В при КПД 88 % потребляет около 91 А. Кроме того, инвертор даже без нагрузки потребляет несколько ватт на холостом ходу; оставленный на ночь инвертор — заметная статья суточного бюджета. О выборе инвертора — в нашем руководстве по выбору инвертора и зарядного устройства.

Пошаговая методика

1. Перечислите всех потребителей: освещение, холодильник, помпы, навигационная электроника, автопилот, связь, заряжаемые личные устройства и приборы AC через инвертор.
2. Определите ток каждого прибора: по возможности используйте измерения, а не данные шильдика. Практичный способ — включать и выключать прибор, наблюдая за токоизмерительными клещами или монитором батареи.
3. Реалистично оцените время работы в сутки: для циклических приборов, таких как холодильник и помпы, учитывайте коэффициент включения.
4. Разделите по сценариям: профиль потребления на якоре, на ходу и в марине разный. Самый тяжёлый сценарий — обычно дни на якоре без берегового питания.
5. Суммируйте и добавьте запас: при оценочных данных добавьте 15–25 %.

Пример: парусная яхта 12 В, сутки на якоре и 4 часа хода

Таблица ниже — пример расчёта для парусной яхты с системой 12 В, стоящей летом на якоре в Эгейском море и идущей около 4 часов в день. Значения — типичные диапазоны; их следует заменить данными, измеренными на вашей яхте.

Бросаются в глаза две вещи: один холодильник даёт больше трети суммы, а мелкие круглосуточные нагрузки (например, роутер) к концу дня соперничают с крупными потребителями. Чем различаются профили моторной и парусной яхты, мы разбираем в сравнении электрических потребностей моторной и парусной яхты.

От потребления к аккумуляторному банку

Когда суточная потребность известна, банк подбирают по числу дней без зарядки и полезной ёмкости выбранного типа аккумуляторов.

• Свинцово-кислотные / AGM / гелевые: ради ресурса обычно полезной считают около 50 % ёмкости. При больших токах разряда полезная ёмкость падает ниже номинальной (обычно указанной для 20-часового разряда, C20).
• LiFePO4: 80–90 % ёмкости используются без проблем, напряжение стабильно на протяжении разряда. Для литиевых батарей 12,8 В напряжение заряда обычно составляет 14,2–14,4 В.

В нашем примере для двух суток без зарядки при 165 А·ч в день нужно около 330 А·ч полезной ёмкости. Это примерно 660 А·ч номинала для свинцово-кислотных/AGM или около 410 А·ч LiFePO4 при использовании 80 %. Разница в весе и объёме делает литий особенно привлекательным для парусных яхт; о переходе — в нашем руководстве по литиевым аккумуляторам. Для технической ориентировки страница Victron Lithium Battery Smart показывает данные типичной литиевой линейки.

От потребления к мощности зарядки

Израсходованную энергию нужно возвращать каждый день. 165 А·ч × 12,8 В ≈ 2,1 кВт·ч в сутки. Если принять летом в Эгейском море около 5 часов пиковой инсоляции в день и системный коэффициент 0,75 на затенение, температуру и угол, необходимая мощность панелей:

2100 Вт·ч / (5 ч × 0,75) ≈ 560 Вт

Значит, солнечная установка мощностью около 550–600 Вт летом способна покрыть большую часть потребления этой яхты. Тень от мачты, гика и парусов заметно снижает выработку на парусных яхтах, а весной и осенью солнечных часов меньше. Разницу закрывают генератор двигателя и дизель-генератор. Размещение панелей и выбор MPPT описаны в нашем руководстве по установке солнечных панелей и MPPT.

Короткий пример для моторной яхты

На моторных яхтах применяется тот же метод, только с большими числами. Кондиционер 1,5 кВт, питающийся через инвертор от банка 24 В и работающий непрерывно 8 часов, расходует 12 кВт·ч. При КПД инвертора 90 % это около 520 А·ч из литиевого банка 25,6 В. Поэтому при планировании «тихой стоянки» на моторной яхте нужно вместе оценивать часы работы кондиционера, ёмкость банка и возможности зарядки на следующий день.

Измеряйте, а не угадывайте

Расчёт — хорошее начало, но реальное потребление часто отличается от оценки. Монитор батареи с шунтом (например, Victron SmartShunt) считает каждый ампер-час, входящий в батарею и выходящий из неё, и уже через несколько дней показывает реальный профиль. Проверка плана по этим данным защищает и от избыточных, и от недостаточных вложений. Решения для мониторинга в экосистеме Victron Energy позволяют видеть эти данные и в долгосрочной перспективе.

Составьте энергобаланс вместе с Aslan Yacht

Наша команда из Тургутрейса измеряет потребление вашей яхты на месте в маринах полуострова Бодрум, составляет энергобаланс и в соответствии с ним проектирует аккумуляторы, солнечные панели и систему зарядки. Подробнее — в нашей услуге по энергосистемам и аккумуляторам; чтобы договориться об измерениях, свяжитесь с нами.