→ Катамаран на солнечных батареях. Первый российский катамаран на солнечных батареях прибыл в чебоксары. Предварительная обработка поверхности

Катамаран на солнечных батареях. Первый российский катамаран на солнечных батареях прибыл в чебоксары. Предварительная обработка поверхности

Похоже, что наступил «золотой век» для любителей водных путешествий. Да и вообще для всех тех, кто любит проводить свой отпуск или просто свободное время на воде. И наступило это время благодаря такой бурно развивающейся отрасли, как гелиоэнергетика. Новые технологии позволили получить высокопроизводительные фотопреобразователи, небольшие, но мощные электродвигатели, компактные, но обладающие большой емкостью аккумуляторы. И вот появились лодки, катера, яхты, работающие на электричестве, которое дают солнечные батареи.

Одной из первых на воду была спущена яхта на солнечных батареях, которую ее создатели – итальянские студенты Марко Феррари и Альберто Франчи ─ назвали «Helios». У этой яхты были паруса, сделанные из 2500 гибких поликристаллических кремниевых батарей. Общая площадь этих батарей немногим больше 2000 квадратных метров. И они генерируют мощность более 350 киловатт.

В машинном отделении находится аккумуляторная группа, заряжаемая от этих солнечных батарей. От аккумуляторов работает малошумный маршевый электродвигатель, который и вращает винт. Поскольку из-за непогоды паруса с солнечными батареями могут быть в течение длительного времени сложены и не будут заряжать аккумуляторы, на яхте имеется дизель-генератор, который используется в пасмурную и ненастную погоду.

Появление солнечной яхты «Helios» стимулировало создание новых судов. А появление новых легких и прочных материалов дало простор фантазии дизайнеров и судостроителей. На воду были спущены не только большие яхты с солнечной энергетикой, но и небольшие прогулочные катера, лодки индивидуального пользования. И весь этот флот можно с полным правом назвать «солнечным», потому что именно солнце давало ту энергию, которая вращала винты этих судов.

Яхта MS Turanor PlanetSolar

Основанная в 2008 году швейцарская фирма PlanetSolar SA, желая продемонстрировать всему миру возможности солнечной энергетики, спроектировала яхту на солнечных батареях. На верфи в Киле немецкая фирма Knierim Yachtbau по швейцарскому проекту построила эту яхту, которую назвали «Turanor PlanetSolar». По задумке создателей судно должно было совершить кругосветное путешествие, используя только и исключительно солнечную энергию.


Яхта «Turanor PlanetSolar» отправилась в кругосветное путешествие.

Яхта представляла собой катамаран, между поплавками которого располагался основной корпус яхты. Верхняя палуба была покрыта панелями солнечных батарей, причем дополнительно к панелям, закрепленным на палубе, добавлялись блоки раздвижных панелей, которые выдвигались по левому и правому бортам.

Общая площадь гелиевых панелей составляет 537 квадратных метров. Панели имеют общую мощность чуть меньше 120 киловатт и заряжают литий-ионные аккумуляторы. Емкость аккумуляторов такова, что обеспечивается движение судна в течение пяти суток без подзарядки. От этих аккумуляторов, расположенных в боковых поплавках, питаются четыре маршевых электродвигателя.


В открытом море

Длина яхты ─ 31 метр, ширина ─ 15 метров. Высота ─ 7.5 метров. Водоизмещение ─ около 60 тонн. Вместимость – до 50 пассажиров. Максимальная скорость ─ до 15 узлов (примерно 25 км/час). Такую скорость яхта развивает благодаря двум винтам, выполненным из углеродных композитных материалов.


Рубка. Пульт управления

Еще одно интересное инженерное решение – диаметр каждого винта равен двум метрам. Это значительно больше, чем у винтов, устанавливаемых на кораблях такого класса. Но такой большой диаметр винтов позволил погрузить их всего лишь наполовину. Тем самым была решена двоякая задача – обеспечение поступательного движения и быстрое маневрирование катамарана без обычного руля.


У берегов Франции. Хорошо видны винты яхты.

В кругосветное путешествие был набран экипаж из пяти человек, который возглавил Рафаэль Домьян. 27 сентября 2010 года стартовав в Монако и пройдя более 60000 километров, совершив заходы в порты 28 стран, 6 мая 2012 года, через 585 дней яхта MS Turanor PlanetSolar вернулась в точку старта – в порт Эркюль Монако.


В настоящее время солнечный катамаран используется в качестве научного судна, хотя с успехом может быть переоборудован в прекрасную круизную яхту.

Другая швейцарская компания Solarwave, не желая отставать от PlanetSolar SA, решила создать собственную «зеленую» яхту. Причем этот корабль по замыслу разработчиков должен будет выпускаться серийно и предназначаться для круизных путешествий. В качестве партнера была выбрана Nedship – турецкая судостроительная верфь. И в 2015 году пилотный экземпляр круизной яхты был спущен на воду. Назвали ее «Solarwave 62» («Солнечная волна 62»).


Судно представляет собой катамаран, длина которого равна 18.6 метра. Корпус выполнен из композитного углеродного материала. Средняя часть крыши, состоящей из солнечных панелей, выполненных на базе монокристаллического кремния, может подниматься, пропуская солнечные лучи на палубу. Общая мощность этих батарей равна 15 киловаттам. Но при желании заказчика площадь крыши может быть увеличена, а соответственно будет увеличена и мощность солнечных батарей, которые заряжают блок аккумуляторов общей емкостью 100 киловатт-часов.


Яхта у берега. Крыша сложена.

Винты приводятся в движение двумя электродвигателями, имеющими пиковую мощность 62 кВт. Эти двигатели могут разогнать яхту до максимальной скорости в 13 узлов. При такой нагрузке аккумуляторы могут быстро разрядиться, поэтому такой режим работы рекомендуется применять только в экстренных случаях.


В открытом море

В обычной обстановке корабль двигается с крейсерской скоростью 7 узлов, что гарантирует максимальную дальность хода без подзарядки. Скорость, конечно, невелика, но и яхта эта не гоночная, а круизная.


Салон и пост управления яхтой

На судне имеется шестиметровый эллинг для небольших водных скутеров, лодок, солнечные террасы на носу и на корме, кают-компания с изящной обстановкой, камбуз, апартаменты владельца яхты, а также от трех до шести кают для гостей и экипажа. Стоимость такой яхты ─ 2.0 – 2.5 миллиона евро.

Катер «Aqua Watt 500 Solar»

Немецкая фирма Aqua Watt GmbH известна тем, что выпускает катера, яхты, лодки на электрическом ходу. Последней новинкой, которую фирма представила на рынок, стал катер на солнечных батареях. Этот катер был назван «Aqua Watt 500 Solar». В отличие от всех предыдущих судов фирмы этот катер работает полностью от солнечной энергии. Первоначально он предназначался для смотрителей и егерей заповедников, в которых очень строго следят за экологией, и где запрещено использование любых транспортных средств с вредными выбросами.


Катер «Aqua Watt 500 Solar»

Этот катер не нуждается в специально оборудованных причалах и местах швартовки. Малая осадка позволяет вытащить его на берег, а если это невозможно, то достаточно бросить якорь или пришвартовать к бую. Катер выпускается в двух модификациях – с двигателем в 1600 ватт и с двигателем в 800 ватт. С двигателем 1600 ватт катер может развивать скорость до 6 узлов.

С двигателем 800 ватт на полной мощности катер развивает скорость 4.7 узла, на половинной мощности – 4 узла. При постоянном солнечном освещении на скорости 5.5 узлов запас хода составляет 6 часов. При скорости 4 узла это время увеличивается до 10 часов. В ночное время запаса аккумуляторов хватает на 4 часа при скорости 5 узлов и на 6 часов при скорости 4 часа. На скорости 2 – 2.5 узла время движения не ограничено.


Корпус катера изготовлен из полиэфирного трехслойного стеклопластика. Солнечные батареи мощностью 1600 ватт выполнены на базе монокристаллического кремния. Литий-ионные аккумуляторы емкостью 210 амперчасов. Подводный двигатель с бесступенчатым электронным управлением, мощностью 1600/800 ватт. Длина катера ─ 5.5 метра, ширина ─ 1.84 метра. Осадка ─ 0.4 метра. Вес ─ 480 – 550 килограммов. Вместимость – 4 человека.

Сейчас на водной глади озер, рек, морей можно увидеть множество изящных, с фантастическими обводами лодок, яхт, катеров, поблескивающих голубыми солнечными батареями. Нет шума моторов, нет выхлопных газов. А это очень важно для минимизации техногенного воздействия человека на природу.

Катамаран «Turanor PlanetSolar» («Солнечная планета») является крупнейшим в мире судном на солнечных батареях. Судно обязано своим существованием швейцарцу Рафаэлю Домяну, который задумал этот проект и начал его осуществлять еще весной 2004 года. По задумке катамаран должен был показать возможность использования альтернативных источников энергии и призвать к уменьшению сжигания углеводородов.
Катамаран «Turanor PlanetSolar» был спроектирован компанией LOMOcean Design, строился на верфи Knierim Yachtbau в г. Киле (Германия) и успешно спущен на воду 31 марта 2010 года. Стоимость проекта обошлось в 26 млн. долларов.


Судно «Turanor PlanetSolar», длинной 31 метров и шириной 15 метров для того чтобы обеспечивать энергией свои двигатели используют 537 квадратных метров солнечных батарей, которые заряжают батареи литий-ионных аккумуляторов. Коэффициент преобразования энергии фотогальванических ячеек - 18,8 процента. В пасмурную погоду площадь солнечных батарей увеличивается выдвижными модулями. Работая на солнечных батареях «Turanor PlanetSolar» является экологически чистым и бесшумным.
В сентябре 2010 года крупнейшее в мире судно на солнечных батареях начала свое кругосветное путешествие из Монако и завершило его здесь же, в порту «Эркюль».

Энергии, получаемой экологически чистым способом, хватило для того, чтобы переплыть весь земной шар. Судно побывала в таких городах как Майами, Канкун, Брисбен, Сингапур, Гонконг и Абу-Даби.
На всем пути следования судно управлялось командой из 4 человек, однако с легкостью может вместить до 40 человек. При прохождении Аденского залива команда была усилена военным подразделением для защиты от пиратского нападения.
Плавание было завершено через 584 дня после отплытия. Путешествие стало уникальным в ряду того, что еще никому не удавалось совершить кругосветное плавание на судне, использующем лишь солнечную энергию.


Основные характеристики «Turanor PlanetSolar»:
Водоизмещение, т: 89;
Габаритные размеры, м: длина - 31; ширина - 15; высота - 6,30; осадка - 1,55;
Площадь солнечных модулей, м2: 537;
КПД панелей, %: 18,8;
Установленная мощность панелей, кВт: 93,5 (127,0 л. с.);
Максимальная мощность двигателя, кВт: 120;
Средний расход двигателя, кВт: 20 (26,8 л. с.);
Средняя скорость: 5 узлов (9,25 км/ч)
Скорость, узлов: максимальная – 14 (26 км/ч), крейсерская - 7,5 (13,9 км/ч);
Автономность плавания: в ясную солнечную погоду неограниченно
Экипаж, чел.: 4;
Вместимость, чел.: 40

Немецкие инженеры построили самый большой в мире корабль под названием Planet Solar Türanor , который работает на солнечных батареях и является экологически чистым и бесшумным .

Через 14 месяцев и 68 000 рабочих часов после закладки судна в начале 2009 года на кильской верфи Книерим состоялся спуск на воду PlanetSolar Turanor, . 31 марта 2010 года был завершен самый эффектный и инновационный проект в истории судостроения. Гиганский катамаран «Tûranor PlanetSolar» после освящения был выпущен в кильские фьорды. Совершив несколько испытательных походов, «Tûranor PlanetSolar» в начале мая 2010 был представлен широкой общественности в связи с 821-летием порта Гамбург.

К этому моменту еще отсутствовали крылья с дополнительными фотогальваническими моделями, в заключение они были установлены и прошли испытания в ходе плавания из Северного в Средиземное море до порта Монако. Оттуда Tûranor PlanetSolar стартовал 27 сентября 2010 года в кругосветное плавание. Международный экипаж катамарана состоит из шести человек, среди них швейцарский проектировщик Рафаэль Домьян.

Совершая кругосветное плавание, которое закончилось чуть более года назад, морское судно PlanetSolar Turanor, передвигающееся исключительно за счет солнечной энергии, установило несколько мировых рекордов. К этим рекордам относится рекорд дальности плавания и рекорд по скорости пересечения Атлантического океана судном на солнечной энергии. Теперь же, судно PlanetSolar, которое, кстати, является самым большим в мире судном на солнечной энергии, установило новый рекорд, побив один их своих собственных рекордов, установленный еще в 2010 году.

Катамаран PlanetSolar вышел в море 25 апреля 2013 года из порта Лас-Пальмас, Испания, принимая участие в научной океанографической экспедиции. Спустя 22 дня, 12 часов и 32 минуты, судной, пройдя в общей сложности путь в 5310 километров, 18 мая 2013 года достигло острова Святого Мартина во Французской Вест-Индии.

Два электродвигателя, получающие энергию от фотогальванических элементов, общей площадью 537 квадратных метров, позволяли судну, длиной 31 метр и шириной 15 метров, двигаться со средней скоростью 5.3 узла, хотя максимальная скорость, которую может развить судно PlanetSolar Turanor, составляет около 14 узлов.

Следует заметить, что в идеальном случае судно могло пересечь Атлантический океан еще быстрее, но команда вела судно не по самому короткому и прямому маршруту, будучи вынужденной менять курс, избегая областей с сильными ветрами, большим волнением поверхности океана и другими неблагоприятными метеорологическими условиями. Из-за вынужденных изменений курса движения судна PlanetSolar общее пройденное расстояние увеличилось приблизительно на семь процентов.

Несмотря на все трудности и неприятности судну PlanetSolar Turanor удалось побить свой собственный официальный мировой рекорд, сократив время пересечения Атлантического океана на 4 дня, 6 часов и 39 минут. «Трудно и не очень корректно сравнивать оба случая пересечения судном PlanetSolar Атлантического океана, ведь они проводились в разное время года при различных условиях окружающей морской среды» — рассказывает капитан Жерар д’Абовиль (Gerard d’Aboville), — «Но уроки, полученные во время кругосветного плавания, не прошли бесследно. Они позволили нам произвести модернизацию всех основных узлов судна, в частности двигательной установки, что сильно увеличило возможности судна и его характеристики».

Ультрасовременное транспортное средство – судно, корпус которого состоит целиком из пластмасс, армированных углеродным волокном, было построено фирмой Knierim Yachtbau GmbH в Киле. Подразделение Knierim Tooling изготовило пресс-форму для корпуса судна с помощью пятиосной фрезеровальной установки с точностью до десятой доли миллиметра. Огромный катамаран длиной 31 метр, шириной 15 метров и высотой 6,1 метров на сегодняшний день является крупнейшим в мире, когда-либо построенным судном на солнечной энергии.

Конструктор судна, новозеландец Крэг Лумес с фирмы Lomocean Design, создал модель катамарана по принципу Wavepiercer («протыкатель» волн). Это означает, что оба поплавка катамарана при волнении на море разрезают волны, а не всходят на них. Испытатели из компании Germanische Lloyd (GL) дали на это свое разрешение. Главный корпус катамарана лежит над поверхностью воды, что придает судну Tûranor PlanetSolar вид тримарана. Чтобы придать «протыкателю волн» необходимую жесткость, прочность и уменьшить его вес, что важно для экономного режима работы привода, при выборе материалов конструктор не пошел на компромисс. Все детали конструкции 95-тонного судна состоят из композиционного материала – пластика, армированного углеродным волокном.

«Было израсходовано 20,6 тонн углеродного волокна, 11,5 тонн пенопласта и 23 тонны эпоксидной смолы и отвердителя. Это даже для наших сотрудников непростая задача», – говорит управляющий фирмы Knierim Штеффен Мюллер. Оболочка главного корпуса представляет собой сэндвич с покровным слоем из углеродных волокон толщиной 4 мм (двухосно и однонаправленно), и сердечником из 50 мм ПВХ-пенопласта Airex C70.130 высокой плотности. Такое соотношение толщины покровного и внутреннего слоев вместе с высокопрочным сердечником придает деталям конструкции необходимую прочность и легкость.

Инициатором и спонсором проекта стоимостью 14 миллионов евро стал предприниматель Иммо Штрёер из Дармштеттера, которому принадлежит швейцарская инвестиционная компания Rivendell, которая вкладывает средства главным образом в проекты, связанные с возобновляемыми видами энергии и экологически чистыми технологиями. В том числе в берлинское предприятие по производству солнечных батарей Solon AG. Эта фирма и поставила солнечные коллекторы для катамарана Tûranor PlanetSolar. Около 537 квадратных метров поверхности судна покрыто 825 модулями, содержащими около 38 000 солнечных батарей. Достаточно для максимальной мощности 127 л.с. в пересчете на лошадиные силы.

Чтобы корабль мог соответствовать поставленным высоким требованиям и прославить своих разработчиков как пионеров в освоении солнечной энергии, были использованы инновации как в области конструкции, так и материалов. Tûranor PlanetSolar снабжен высокоэффективными литиево-ионными батареями фирмы Gaia Akkumulatorenwerke GmbH из Нордхаузена, которые еще никогда не производились таких размеров. Шесть накопительных блоков накапливают энергию 1,1 мегаватт-час и весят целых 11 тонн. Автомобильные батареи такой же емкости весили бы около 77 тонн.

Аккумуляторы питают четыре электродвигателя – по два на каждый приводной вал. Последние развивают максимальную мощность 2 х 10 и 2 х 60 кВт, достаточную для скорости хода около 7 узлов (примерно 13 км/ч при номинальной мощности 20 кВт). Здесь следует отметить выдающийся выход мощности: КПД составляет 92 процента. Два пропеллера из углеродных волокон, изготовленные фирмой Voith Turbo Advanced Propeller Technologies GmbH & Co. KG из Ростока, наполовину выступают из воды, они в два раза больше обычных гребных винтов и вращаются очень медленно. Руль в открытом море не нужен, так как судно управляется регулируемыми пропеллерами и скоростью вращения двух винтов.

Для укрепления солнечных элементов на поверхности 537 м² был применен особый метод. Так как корпус судна должен быть гибким, чтобы иметь возможность прогибаться в зависимости от нагрузки, например, при волнении на море, фотогальванические панели должны быть установлены так, чтобы эта способность корпуса сохранилась, и панели не повредились. Поэтому фотогальванические модули еще в процессе производства на заводе производителя были наклеены на ламинированные с обеих сторон ПВХ-сэндвичпатени.

Для установки ФГ-модулей решили использовать клей фирмы Sika, фирма Knierim имеет большой опыт работы с ним.

Поверхности подвергли предварительной обработке. Прочность клеевого соединения была испытана в техническом отделе подразделения K&D Industry фирмы Sika.

Предварительная обработка поверхности

  • Подшлифовка абразивной шкуркой Scotch Brite veryfine/ K 100;
  • Очистка и активация покрытой 2-компонентным акриловым лаком поверхности активатором фирмы Sika;
  • По результатам клеевого теста от дополнительного нанесения праймера можно отказаться.

По истечении времени для испарения растворителя на палубу направленными валиками нанесли белый однокомпонентный полиуретановый клей Sikaflex-292 для приклеивания укрепленных на сэндвич-панелях фотогальванических модулей.

На поверхность 537м² потребовалось полтонны ПУ-клея. Sikaflex-292, разработанный специально для кораблестроения, отверждается во влажных условиях, обладает отличными адгезионными свойствами, способностью выдерживать большие механические нагрузки и отвечает всем требованиям Международной морской организации (IMO).

Остекление кабины фирмой GL Yachtverglasung, Хальстенбек производилось также посредством полиуретановой системы фирмы Sika. Установка изогнутых стеклопакетов из минерального стекла потребовала особой тщательности. Стекло должно соответствовать всем предписаниям и нормам Международной морской организации (IMO) и классификационных комиссий в отношении его области применения. Клеевой слой на поверхности сцепления стекла должен быть защищен от УФ-излучения. Это обеспечивает кромка с трафаретной печатью. Поверхность стекла была предварительно обработана, как описано выше, затем была нанесена грунтовка Sika Primer-206 G+P.

Разработанный для применения на море клей Sikaflex-296 – это эластичный, допускающий большую нагрузку, выравнивающий отклонения от допуска 1-К-клей на ПУ-основе, высыхающий на влажном воздухе. Он отвечает всем требованиям Международной морской организации (IMO). Sikaflex-296 пригоден для первичного остекления и ремонтных работ всех типов минерального стекла в кораблестроении.

Пресс-конференция и презентация инновационного для российских вод судна состоялась в Санкт-Петербурге 11 мая, в ходе чего участникам мероприятия не только рассказали подробности о новейшем катамаране, но и позволили проплыть под солнечными панелями.

Надо сказать, использование возобновляемых источников энергии, таких как солнце и ветер, в России только начинается, что связано с особенностями ресурсной базы страны. Однако участники конференции отметили важность проекта для дальнейшего инновационного развития судостроения и судоходства, ведь во многих странах мира альтернативная энергия используется довольно активно. Это связано не только с экологическим аспектом, но и с важностью повышения показателей энергоэффективности.


По словам Евгения Казанова, судов на солнечных батареях подобных размерений в России еще не строили, что делает катамаран "Эковолна" более уникальным.





Судно способно развивать скорость до 13 км/час. Оно является морским и держит волну до 2-х метров.





Проект разработан аспирантами и студентами Калининградского университета, Московского государственного университета и Санкт-Петербургского Политехнического университета Петра Великого, при поддержке МГИМО и Государственного университета морского и речного флота имени Макарова.

Стоимость постройки катамарана составила 13 млн рублей. 8 млн из них являются государственными, а 5 млн - вложения частных инвесторов.


Судно начали строить летом прошлого года, на верфи яхт-клуба "Балтиец". Постройку осуществляла компания из Петербурга Marinelab.



Интересно, что 90% комплектующих на судне - российского производства: солнечные панели произведены компанией Hevel (Новочебоксарск), аккумуляторы - компанией "Лиотех" (Новосибирск), автоматика - "Валком" (Санкт-Петербург).

Солнечные батареи разработаны в Физико-техническом институте имени Иоффе, и, по словам представителя Marinelab, являются лучшими в России, а также соответствуют мировому уровню.



Аккумуляторы позволяют судну идти порядка 8 часов без подзарядки. В целях безопасности катамаран оборудован дизельным двигателем, который, по словам Евгения Казанова, будет использоваться только в самом крайнем случае.

 

 

Это интересно: