Слънчева енер­гия за ката­маран

Непрекъ­сва­емо захран­ване на кри­тични товари

Roman Rubanovich, NENCOM

Ние изграж­даме соларни елект­ро­цен­трали от раз­лични видове и за раз­лични цели: мре­жови, авто­номни и хибридни, за соб­ствени нужди и за про­дажба на елек­три­ческа енер­гия, за частни къщи, офиси, скла­дове, фаб­рики, хотели, ферми, яхти и кораби.

Този път полу­чихме поръчка от кора­бо­стро­и­тел­ната ком­па­ния «Галера 07», която раз­ра­ботва тури­сти­че­ски ката­ма­ран за 100 път­ници за община Бургас. Катама­ранът ще бъде обо­рудван с два дизе­лови дви­га­теля с обща мощ­ност 544 kW (740 hp), както и с дизе­лов гене­ра­тор с мощ­ност 35 kW за захран­ване на елек­три­че­с­ките уреди.

Съдържа­ние

Задача
Строител­ство
Спускане на вода
Изпита­ния
Пътят към вкъщи
Тайнстве­ният остров
Видеокли­пове
След три години

Задача

Нашата задача е да съз­да­дем система за резервно захран­ване на такива кри­тични товари като освет­ле­ние, радар, ехолот, нави­га­ция, радиовръзка, рулева система, пожа­ро­из­ве­стя­ване, помпи и други. Една част от тях се нуждае от про­мен­лив ток (AC) с напре­же­ние 230 V, а друга — от посто­я­нен ток (DC) с напре­же­ние 24 V.

За ико­но­мия на гориво в нор­ма­лен режим и уве­ли­ча­ване на продъ­л­жи­тел­но­стта на авто­номна работа при повреда на гене­ра­тора през свет­лата част на дено­но­щи­ето, е необ­хо­димо да се инста­ли­рат фото­вол­та­ични (PV) модули, които ще пре­об­ра­зу­ват слън­че­вата енер­гия в елек­три­ческа.

Възложи­те­лят ни предо­стави 3D модел на кораба с пла­ни­ра­ното раз­по­ло­же­ние на солар­ните модули — в носо­вата част, отстрани на капи­тан­ския мостик и на «кри­лата» над него, както и на арката в зад­ната част на съда:

Съгласу­вахме с въз­ло­жи­теля тех­ни­че­с­ките пара­метри и ком­по­нен­тите на систе­мата с оглед на пред­ви­де­ния бюджет и започ­на­хме про­ек­ти­ра­нето.

Строител­ство

След като алу­ми­ни­е­вото тяло на ката­ма­рана беше готово, при­стиг­на­хме за оглед и пла­ни­ране на мон­таж­ните работи. По вер­ти­ка­лата кора­бът е раз­де­лен на три нива: горна открита палуба, главна закрита палуба и два кор­пуса под нея.

Дължината на ката­ма­рана е 20 метра

В десния корпус е раз­по­ло­жен еди­ният от двата дви­га­теля и гене­ра­торът, а в левия — вто­рият дви­га­тел и резер­во­арът със запас от питейна вода.

Широчи­ната на ката­ма­рана е 7.8  метра

Към мон­тажа на обо­рудва­нето при­стъ­пихме през юли, така че ни се наложи в бук­вал­ния смисъл да се изпо­тим, рабо­тейки вътре в наго­ре­ще­ния от слън­цето корпус на кораба. Процесът беше услож­нен от факта, че заедно с нас рабо­теха и други екипи, анга­жи­рани в стро­и­тел­ството на съда, и често тряб­ваше да чакаме реда си, за да полу­чим достъп до необ­хо­ди­мото място. За да се охла­дим и да си почи­нем, нами­рахме сянка под ката­ма­рана, където открихме кули­нар­ните фан­та­зии на неиз­ве­стен худож­ник:

Жива риба, омари

Печено прасе

След мон­тажа на топло­изо­ла­ци­он­ните мате­ри­али, вътре в кораба стана много по-при­ятно и рабо­тата потръ­гна по-весело. На глав­ната палуба, точно под капи­тан­ския мостик, се намира тех­ни­че­ско поме­ще­ние, в което ни пред­сто­еше да инста­ли­раме ком­по­нен­тите на фото­вол­та­ич­ната система (в центъра на сним­ката):

В това тех­ни­че­ско поме­ще­ние инста­ли­рахме обо­рудва­нето на нидер­ланд­ската ком­па­ния Victron Energy, което е иде­ално под­хо­дящо за морски при­ло­же­ния: пет соларни кон­тро­лера на заряда BlueSolar MPPT (по един за всяка група PV модули) и бате­риен инвер­тор MultiPlus с мощ­ност 5 kV·A.

Соларните зарядни кон­тро­лери пони­жа­ват напре­же­ни­ето, гене­ри­рано от фото­вол­та­ич­ните панели, до нивото, необ­хо­димо за заре­ждане на бате­ри­ите, като про­пор­цио­нално пови­ша­ват тока. По съще­ство те са пони­жа­ващи DC-DC пре­об­ра­зу­ва­тели с функ­ция MPPT (maximum power point tracking).

Двупосоч­ният инвер­тор MultiPlus има вгра­дено зарядно устрой­ство, така че не само пре­об­ра­зува посто­ян­ния ток от аку­му­ла­то­рите и солар­ните модули в про­мен­лив с напре­же­ние 230 V, но също така може да заре­жда бате­ри­ите от бре­гово захран­ване или гене­ра­тор.

В лявата долна част на фото­гра­фи­ята се вижда раз­де­ли­те­лен транс­фор­ма­тор, който е необ­хо­дим за оси­гу­ря­ване на елек­тро­без­опас­ност на борда и за защита срещу гал­ва­нична коро­зия при свър­зване на пла­ва­тел­ния съд към бре­гово захран­ване. Victron Energy про­из­вежда изо­ли­ращи транс­фор­ма­тори и гал­ва­нични изо­ла­тори за морски при­ло­же­ния, но в нашия случай транс­фор­ма­торът беше доста­вен и инста­ли­ран от подиз­пъл­ни­тел, отго­во­рен за основ­ната система за елек­тро­за­хран­ване на ката­ма­рана.

Съгласно изис­ква­ни­ята на Българ­ския Корабен Регистър (БКР), аку­му­ла­тор­ните бате­рии не трябва да се инста­ли­рат в едно поме­ще­ние с кому­та­ци­он­ните устрой­ства поради въз­мож­но­стта за искро­об­ра­зу­ване. За тях е пред­ви­ден отде­лен вен­ти­ли­ран отсек зад сте­ната. Въпреки раз­сто­я­ни­ето от няколко сан­ти­метра между бате­ри­ите и дру­гото обо­рудване, нямахме право да нару­ша­ваме хер­ме­тич­но­стта на тази стена, затова кабе­лите (както сило­вите със сече­ние 95 mm², така и тън­ките, използвани за балан­си­ране и за кон­трол на напре­же­ни­ето и тем­пе­ра­ту­рата на бате­ри­ите) изми­наха дълъг път през капи­тан­ския мостик над тех­ни­че­ското поме­ще­ние.

Обикно­вено в нашите про­екти използ­ваме дъл­го­трайни, без­опасни и ефек­тивни лити­ево-желязо-фос­фатни (LiFePO₄ или LFP) аку­му­ла­тори, но в този случай, поради огра­ни­чен бюджет, избрахме оловно-кисе­линни бате­рии Victron от тип AGM (absorbent glass mat). Инстали­рахме шест 12-вол­тови бате­рии с капа­ци­тет oт 240 A·h всяка, групи­райки ги в 3 стринга по 2 бате­рии за полу­ча­ване на номи­нално напре­же­ние от 24 V. Общият запас на енер­гия в бате­ри­ите е 17.3 kW·h, което при пре­поръ­чи­телна дъл­бо­чина на разряд от 50% за този тип бате­рии озна­чава около 8.6 kW·h полезна енер­гия. Срокът на служба на AGM бате­ри­ите обик­но­вено е от 2 до 4 години, в зави­си­мост от усло­ви­ята на екс­пло­ата­ция, след което те могат да бъдат заме­нени с подобни или с по-дъл­го­трайни LFP аку­му­ла­тори.

На листа алу­ми­ний вляво от аку­му­ла­то­рите се вижда индекс на сплавта, от която е напра­вен съдът: EN AW-5083-H111. Благода­ре­ние на много висо­ката си коро­зи­онна устой­чи­вост, тази сплав се използва пре­димно в кора­бо­стро­е­нето и хими­че­с­ката про­миш­ле­ност. Дори при продъ­л­жи­телно въз­дей­ствие на солена вода, меха­нич­ните свой­ства на алу­ми­ний 5083-H111 не се вло­ша­ват. Сплавта запазва изклю­чи­тел­ната си здра­вина след зава­ря­ване.

За пре­об­ра­зу­ване на слън­че­вата енер­гия в елек­три­ческа използ­вахме десет фото­вол­та­ични модула Longi от стан­дар­тен размер, с мощ­ност по 370 Wp, като ги инста­ли­рахме на фрон­тал­ната част (3), арката (3) и от стра­ните на капи­тан­ския мостик (2+2). На кри­лата и над капи­тан­ския мостик също инста­ли­рахме четири ком­пактни модула Victron Energy по 175 Wp. Така общата пико­вата мощ­ност на слън­че­вите панели достигна 4.4 kWp.

С оглед на въз­мож­ните дина­мични нато­вар­ва­ния, уве­ли­чихме броя на точ­ките за закреп­ване: вместо четири за всеки модул използ­вахме 16 за стан­дарт­ните и 12 за ком­пакт­ните модули.

Соларните модули от масово про­из­вод­ство имат площ около 2 m², което поня­кога е про­блем за нестан­дартни инста­ла­ции. Виктрон пред­лага повече от 10 раз­лични раз­мера на PV модули (започ­вайки от съвсем мини­а­тюрни 20-ватови 44 × 35 cm), давайки въз­мож­ност да се избере опти­ма­лен вари­ант за всяка яхта, лодка, кемпер или кара­вана.

Модули Victron Energy 175 Wp

Victron Energy също про­из­вежда инвер­тори и кон­тро­лери на заряда с раз­лична мощ­ност, което поз­во­лява изграж­да­нето както на мини-системи, напри­мер за пъте­ше­ствия, теле­ко­му­ни­ка­ции или улично освет­ле­ние, така и на мощни тър­гов­ски системи за оси­гу­ря­ване на енер­гия за про­из­вод­ствени пред­при­я­тия, офиси или селско сто­пан­ство.

И така, ката­ма­ранът е бояди­сан и готов за спус­кане на вода за завър­шване на мон­таж­ните работи и тестване на всички системи. Алумини­е­вият корпус и брон­зо­вите гребни вин­тове са допъл­ни­телно защи­тени от гал­ва­нична коро­зия с помо­щта на цин­кови жерт­вени аноди (вдясно на сним­ката):

Спускане на вода

Започна сложна опе­ра­ция по транс­пор­ти­ране на кораба до морето, в при­дру­же­ние на пътна поли­ция и слу­жи­тели на мрежов опе­ра­тор, които кон­тро­ли­раха изклю­ч­ва­нето на дале­ко­про­вод­ните линии по марш­рута.

«Крилата» над капи­тан­ския мостик тряб­ваше вре­менно да бъдат демон­ти­рани, за да пре­ми­нем под висо­ко­вол­то­вите про­вод­ници. Изискваше се юве­лирна точ­ност за пре­ми­на­ва­нето през тесния мост над реката.

Накрая, два мощни подемни крана плавно спус­наха ката­ма­рана на повърх­но­стта на Черно море.

© Sky Pictures Bulgaria

След спус­ка­нето на вода мон­таж­ните работи и настрой­ките на раз­лич­ните системи на ката­ма­рана продъ­л­жиха още няколко дни.

Отново инста­ли­рахме солар­ните модули над капи­тан­ския мостик, както и на арката в зад­ната част на пла­ва­тел­ния съд.

Важно е да се отбе­лежи, че ката­ма­ранът е напълно про­ек­ти­ран и построен от бъл­гар­ски спе­ци­а­ли­сти — слу­жи­тели на вар­нен­ската кора­бо­стро­и­телна ком­па­ния «Галера 07» и мно­го­бройни ком­па­нии-подиз­пъл­ни­тели. Мениджър на про­екта е капи­тан Андрей Станев:

Андрей Станев на капи­тан­ския мостик

В про­екта също участваха спе­ци­а­ли­сти от вар­нен­ския «Техниче­ски уни­вер­си­тет» и бъл­гар­ския научен «Център по хидро- и аеро­ди­на­мика», раз­по­ло­жен във Варна.

Така че, в България като цяло и по-спе­ци­ално в град Варна, има целия необ­хо­дим тех­ни­че­ски и човешки потен­циал за про­ек­ти­ране и изграж­дане на кораби, вклю­чи­телно с хибридно задвиж­ване и напълно елек­три­че­ски.

Нашият екип е вдъх­но­вен от това, че на ком­па­ни­ята НЕНКОМ ООД беше дове­рено про­ек­ти­ра­нето и изграж­да­нето на систе­мата за ава­рийно захран­ване с фото­вол­та­ични модули за ката­ма­рана. За нас това е голяма отго­вор­ност и уни­ка­лен опит.

Стойно­стта на тази «пла­ваща соларна елект­ро­цен­трала» през 2021 година беше 29 870 лв (15 270 €), вклю­чи­телно про­ек­ти­ране, доставка, монтаж, въвеж­дане в екс­пло­ата­ция и ДДС.

Изпита­ния

Процесът на стро­и­тел­ство и изпи­та­ния на ката­ма­рана се про­веж­даше под над­зора на Българ­ския кора­бен реги­стър. Съдът потвърди про­ект­ната ско­рост от 13 kn (възела), а фак­ти­че­с­ката мак­си­мална ско­рост е 14 kn (26 km/h):

© Sky Pictures Bulgaria

Всички системи по време на изпи­та­ни­ята рабо­теха изправно, кора­бът беше одоб­рен от при­е­ма­тел­ната коми­сия, сер­ти­фи­ци­ран и вписан в реги­стъра под името «Burgus».

© Sky Pictures Bulgaria

Пътят към вкъщи

На 28 август 2021 година нашият «сола­рен» ката­ма­ран тръгна на пър­вото си пла­ване от Варна до Бургас, където ще бъде бази­ран. Следяхме дви­же­ни­ето му чрез Marine Traffic (MMSI 207836540).

© Sky Pictures Bulgaria

Денят беше слън­чев и през цялото пла­ване фото­вол­та­ич­ната система про­из­веж­даше мощ­ност над 3 kW, което с голям запас покри­ваше потреб­ле­ни­ето на всички кри­тични товари.

© Sky Pictures Bulgaria

С цел отда­ле­чен мони­то­ринг и управ­ле­ние на нашата система, инста­ли­рахме на борда кому­ни­ка­ци­о­нен център Cerbo GX, а за лока­лен кон­трол на всички пара­метри — инте­гри­рахме в таб­лото за управ­ле­ние на капи­тан­ския мостик дис­плей GX Touch:

Системата за мони­то­ринг поз­во­лява отделно наблю­да­ване на про­из­во­ди­тел­но­стта на всяка от петте групи слън­чеви модули и състо­я­ни­ето на бате­ри­ите:

Контролът на оловно-кисе­лин­ните аку­му­ла­тори е въз­мо­жен бла­го­да­ре­ние на бате­риен мони­тор, който е свър­зан с Cerbo GX и пре­дава данни на пор­тала.

Тъй като част от кри­тич­ните товари се захран­ват с посто­я­нен ток директно от аку­му­ла­то­рите, инста­ли­рахме BatteryProtect за предот­вра­тя­ване на дълбок разряд.

© Община Бургас

След 6 часа пла­ване «солар­ният» ката­ма­ран тър­же­ствено при­стигна в порт Бургас, където още няколко дни беше в центъра на вни­ма­ни­ето на жур­на­ли­стите и обще­ството.

Тайнстве­ният остров

Катама­ранът «Burgus» извър­шва редовни рей­сове от порт Бургас до остров Света Анаста­сия. Възник­нал от древни вул­ка­нични скали, този остров съхра­нява мно­же­ство исто­рии и загадки.

© Община Бургас

Тук се намира сред­но­ве­ко­вен мана­стир, който е пре­жи­вял не само пират­ски набези и пожари, но и е бил пре­об­ра­зу­ван в затвор за 43 поли­ти­че­ски затвор­ници в нача­лото на XX век. За тях­ното бяг­ство в Съветския съюз режисьорът Рангел Вълчанов е заснел филма «На малкия остров» (1958).

Още една ярка глава в кино­и­сто­ри­ята на ост­рова е сни­ма­нето на филма «Остров» (2011) от режисьора Камен Калев, с Летисия Каста и Туре Линдхардт в глав­ните роли.

В роман­тич­ната драма, пред­ста­вена на Канския кино­фе­сти­вал, двой­ката се сблъ­сква с неоча­к­вани изпи­та­ния на любо­вта си на загадъч­ния бъл­гар­ски остров, което при­дава осо­бена атмо­сфера на това мистично място.

© Община Бургас

Днес ост­ро­вът е уютно про­стран­ство, където можете да посе­тите музей, да при­съствате на кон­церт, да се насла­дите на ястия от мест­ната кухня и дори да пре­но­щу­вате. Пътува­нето до ост­рова с ката­ма­ран отнема 25 минути.

Видеокли­пове

Предла­гаме на вашето вни­ма­ние няколко инте­ресни видеа с нашия «сола­рен» ката­ма­ран. Първо, музи­ка­лен клип на братя Аргирови и Тони Димитрова «Името ти е жена», заснет на ката­ма­рана Бургус и ост­рова Света Анаста­сия:

Второ, увле­ка­телно видео с еле­менти на тайм­лапс, заснето и мон­ти­рано от нашия при­я­тел Петър Петров от «Sky Pictures Bulgaria», в което целият процес на про­ек­ти­ране, стро­и­тел­ство и тестване на ката­ма­рана е събран в 14 минути:

Трето, позна­ва­те­лен сюжет на Maritime Global за ката­ма­рана Бургус с инфор­ма­ция за него­вите харак­те­ри­стики:

След три години

Изминало е достатъчно време, за да можем с уве­ре­ност да кажем, че нашата система не само оправда оча­к­ва­ни­ята, но и ги над­мина. Изпълня­вайки по съще­ство функ­ци­ята на резервно захран­ване, фото­вол­та­ич­ната инста­ла­ция всъщ­ност се оказа осно­вен източ­ник на елек­три­ческа енер­гия на борда.

За три години екс­пло­ата­ция общото потреб­ле­ние на кри­тич­ните товари на ката­ма­рана въз­лезе на 11.2 MW·h, от които само 2.2 MW·h (20%) е било оси­гу­рено от гене­ра­тора и бре­го­вото захран­ване.

На скрийн­шота по-долу, напра­вен на 28 август 2024 година, може да се види раз­пре­де­ле­ни­ето на източ­ни­ците на енер­гия за послед­ните 24 часа, 7 дни, 30 дни и 365 дни:

Диагра­мата показва, че през послед­ните 365 дни потреб­ле­ни­ето от гене­ра­тора и бре­го­вата мрежа остава същите 20%, както и през послед­ните 3 години. Ние не открихме ника­кви забе­ле­жими при­з­наци на дегра­да­ция на систе­мата през този период, а послед­ният визуа­лен прег­лед на обо­рудва­нето на място също потвърди, че всички ком­по­ненти са в отлично състо­я­ние.

В слън­чево време систе­мата е напълно авто­номна, тъй като про­из­вод­ството на енер­гия от PV моду­лите изцяло покрива теку­щото потреб­ле­ние, а бате­ри­ите не се раз­ре­ждат. Само в облачно време недо­сти­гът на PV гене­ра­ци­ята се ком­пен­сира от енер­гий­ните запаси в бате­ри­ите, които обаче успя­ват да се въз­ста­но­вят по време на пре­стоя на ката­ма­рана между рей­со­вете.

Всъщност нашата система може да бъде напълно авто­номна цело­го­дишно, а мал­кото потреб­ле­ние от бре­го­вото захран­ване и гене­ра­тора се дължи на необ­хо­ди­мо­стта да се поддъ­ржа опре­де­лен резерв от енер­гия в бате­ри­ите (около 80%) за случай на повреда на гене­ра­тора. Нашите настройки поз­во­ля­ват по-дълбок разряд на бате­ри­ите само при липса на външно захран­ване.

Освен това раз­ме­рите на бате­рий­ния отсек на ката­ма­рана поз­во­ля­ват инста­ли­ра­нето на LFP аку­му­ла­тори с много по-голям капа­ци­тет. Това може зна­чи­телно да уве­личи авто­ном­но­стта на елек­три­че­ското захран­ване на кораба не само пряко (чрез уве­ли­ча­ване на запаса от енер­гия в бате­ри­ите), но и кос­вено (поради по-висо­ката ефек­тив­ност на LFP тех­но­ло­гията).