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Noch vor nicht allzu langer Zeit war die Vorstellung von elektrisch betriebenen Katamaranen auf Skizzen beschränkt, da die Glaubwürdigkeit der Hersteller von Schiffsakkus fehlte. Segler fürchteten, aufgrund der begrenzten Reichweite und des starken Verschleißes der Elektrobootbatterien im Offshore-Bereich stecken zu bleiben. Technologische Fortschritte bei dem zugrunde liegenden Konzept der Elektrobootbatterien haben jedoch die Zukunft des nachhaltigen Jachtens für immer verändert.

Der Mechanismus elektrisch betriebener Katamarane

Durch Einbeziehung der Physik bestimmt die Beziehung zwischen Energie und Leistung, wie viel von jedem benötigt wird, um das Gewicht eines elektrisch betriebenen Katamarans gegen die Kraft und den Widerstand des Wassers zu bewegen. Dies steuert wiederum die Geschwindigkeit und die zurückgelegte Entfernung an Bord.

Die in Elektrobootbatterien gespeicherte Energie wird in mechanische Energie umgewandelt, um die Propeller zu bewegen, die dann eine Kraft gegen das Wasser ausüben, um den elektrisch betriebenen Katamaran zu bewegen. Sunreef Yachts setzt derzeit 700V Elektrobootbatterien für alle seine Segel- und Motormodelle ein.

Arten von Elektrobootbatterien

The emphasizes on e-mobility in the nautical industry led to the development in energy-storage technology. While several variants may exist, there are three primary types of electric boat batteries on the market:

  • AGM

Absorbent Glass Mat (AGM) Batterien sind zweifellos die am häufigsten verwendeten Typen von Blei-Säure-Batterien, die als sichere Wahl für Elektrobootbatterien gelten. Sie bestehen aus sauberen Zellen, ohne die Elektronik zur Überwachung, und bieten ein robustes System, um abzuschätzen, wie lange die Batterien je nach Nutzung halten sollten. Typischerweise müssen AGM-Batterien jedoch alle sechs bis zehn Jahre ausgetauscht werden.

Ein wesentlicher Vorteil dieser Art von Bleibatterien war die einfache Technologie und der deutlich niedrigere Anschaffungspreis. Trotz dessen haben die technologisch fortschrittlichen Lithium-Ionen-Elektrobootbatterien die AGM-Batterien schnell vom Markt verdrängt, da sie längere Ladezeiten benötigen, bei hoher Leistungsabgabe eine schlechtere Laufzeit bieten und erheblich schwerer sind.

  • Blei-Kohlenstoff

Ähnlich wie AGM sind dies eine weitere Form von Bleibatterien, die aus reinen Zellen bestehen. Sie bieten jedoch eine bessere Leistung als AGM bei Teilaufladung mit höherer Effizienz, mehr Zyklen und reduzierter Sulfatbildung. Bei niedrigerer Ladespannung erfahren die positiven Platten der Blei-Kohlenstoff-Batterien weniger Korrosion mit größerer Effizienz, was zu einer verbesserten Lebensdauer führt.

Dennoch sind Blei-Kohlenstoff-Batterien in letzter Zeit aus der Mode gekommen, da ihnen die Schaltkreise fehlen, die die neueste Lithium-Batterie-Technologie umfasst, um über die Jahre hinweg Sicherheit zu gewährleisten.

  • Lithium

Lithium-Bootsbatterien haben sich in der heutigen Zeit einen festen Platz auf dem maritimen Markt gesichert, dank ihrer herausragenden Leistung neben Verbrennungsmotoren. Dies sind die beliebtesten wiederaufladbaren Elektrobootbatterien, die Lithium-Ionen als zentrales Element nutzen. Während einige argumentieren mögen, dass diese Batterien teurer sind, ist bemerkenswert, dass sie einfacher zu platzieren und zu installieren sind, dreimal leichter bei gleicher Energiemenge wiegen und nahezu unzerstörbar sind.

Während Bleibatterien länger Teil der maritimen Welt waren, wurden Lithium-Ionen-Batterien als vorteilhafter angesehen, da sie weniger umweltbelastend und wirtschaftlicher sind. Abgesehen von ihrer überlegenen Kapazität haben Lithium-Batterien auch eine Effizienz von 98 Prozent im Vergleich zu 80 Prozent bei Bleibatterien. Ebenso ist die Lebensdauer von Lithium-Batterien viermal länger als die ihrer Konkurrenten bei identischer Nutzung.

Die Kapazität und Leistung von Lithium-Batterien haben sich als der entscheidende Faktor für die Zukunft der nachhaltigen Technologie herausgestellt. Zu guter Letzt wirken sich Lithium-Batterien weniger negativ auf die Umwelt aus, da das Alkalimetall (das das Lithium bildet) bei direkter Exposition viel weniger reaktiv auf Lebewesen im Wasser wirkt als Säure.

Faktoren, die eine erfolgreiche Implementierung bestimmen

Choosing the correct electric boat batteries is vital as it is a critical and costly component that effects the electric powered catamaran’s performance. It is of utmost importance that the electric boat batteries of choice are deemed compatible with the electric motors enabling full adaptation to a boater’s needs. Additionally, it must live up to a rational number of cycles at nearly 80 percent depth of discharge, without decreasing the performance (i.e., the condition of the batter when used in extreme temperature environments).

Ein weiteres wichtiges Kriterium für den Erfolg von Elektrobootbatterien ist ihre Leistungsdichte (Gewicht-Energie-Verhältnis). Da ein deutlich reduziertes Batteriegewicht für weniger Widerstand sorgt, wird bei der Fortbewegung weniger Energie verbraucht. Im Gegensatz zu Blei-Säure-Batterien sind Lithium-Ionen-Batterien relativ klein, bieten eine hohe Energieeffizienz und haben fast die Hälfte der Masse. In einem realen Szenario benötigt ein elektrisch betriebener Katamaran mit zwei 280-Kilowatt-Hauptmotoren Elektrobootbatterien von mindestens 380 Kilowatt, um die Batterien nicht zu überlasten.

Heute stehen Lithium-Ionen-Batterien im Mittelpunkt des Übergangs zu sauberer Energie. Die Bestimmung der Effizienz von Elektrobootbatterien hängt jedoch stark von ihrer chemischen Zusammensetzung ab. Typischerweise besteht die Anode von Lithium-Ionen-Batterien aus Graphit, während die Kathode Lithium sowie Mineralien enthält, die die Leistung, Sicherheit, Kosten, Kapazität und Lebensdauer der Batterie maßgeblich regulieren. Da sich die mineralische Zusammensetzung der Kathode ändert, unterscheiden sich auch die Batterien in ihrer Chemie. Derzeit gibt es sechs Haupttechnologien von Lithium-Ionen-Batterien.

1.    NMC-Batterien

Der Hauptgrund, warum Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid (LiNiMnCoO2)-Batterien in letzter Zeit an Popularität gewonnen haben, ist, dass sie eine hohe spezifische Energie aufweisen, also den Energiegehalt pro Masseneinheit der Batterie nach Gewicht. Darüber hinaus bieten sie in kalten Klimazonen eine schnellere Ladeleistung und ermöglichen längere Reichweiten.

In der Regel besitzen NMC-Batterien eine Kombination von 33 Prozent Nickel, Mangan und Kobalt an der Kathode. Unterschiedliche Hersteller von NMC-Batterien können jedoch unterschiedliche Rezepturen für die Anteile der drei Elemente haben, was dazu führt, dass entweder die spezifische Leistung (d. h. die Fähigkeit, bei Bedarf hohe Energie oder Leistung zu liefern) steigt, aber die spezifische Energie sinkt, und umgekehrt.

A six points system for lithium batteries rating the aspects of NMC batteries.

Ebenso führt die Beimischung von mehr Nickel zu einer leicht reduzierten Spannung, garantiert jedoch niedrigere Kosten, eine längere Lebensdauer und eine höhere Energiedichte. In den meisten Fällen wird der Einsatz von Kobalt aufgrund der Kosten und der wachsenden Bedenken hinsichtlich des ethischen Abbaus oft eingeschränkt. Ein hoher Nickelgehalt kann jedoch potenziell die Batterie instabil machen, daher werden Kobalt und Mangan in die Mischung eingeführt, um die thermische Sicherheit und Stabilität zu verbessern.

2.    NCA-Batterien

Da Nickel ein gemeinsames Mineral ist, teilen Lithium-Nickel-Kobalt-Aluminium-Oxid-Batterien die Vorteile einer hohen Energiedichte und spezifischen Leistung mit NMC-Batterien. Anstelle von Mangan wird jedoch Aluminium als primäres Mineral zur Erhöhung der Stabilität verwendet. Forschungen haben jedoch ergeben, dass NCA-Kathoden weitaus teurer und relativ weniger sicher sind als andere Lithium-Ionen-Technologien auf dem Markt.

3.    LMO-Batterien

Die Lithium-Mangan-Oxid (LMO) Batterien (auch als Mangan-Spinell-Batterien bekannt) bieten verbesserte Sicherheit sowie schnelle Lade- und Entladefähigkeiten. Aus diesem Grund werden die LMO-Kathodenmaterialien oft mit NMC gemischt, was sowohl eine hohe Stromstärke bei Beschleunigung als auch längere Reichweiten ermöglicht.

4.    LCO-Batterien

Während Lithium-Kobalt-Oxid (LCO) Batterien eine höhere Energiedichte aufweisen, besitzen sie eine begrenzte spezifische Leistung, geringe thermische Stabilität und eine kurze Lebensdauer. Aus diesem Grund sind LCO-Batterien eine beliebte Wahl für Anwendungen mit geringer Belastung, bei denen kleine Energiestöße über längere Zeiträume hinweg geliefert werden müssen. Diese Art von Elektro-Batterie wird jedoch nicht in der Schifffahrtsindustrie eingesetzt.

5.    LTO-Batterien

Im Gegensatz zu den anderen genannten Batterietypen haben die Lithium-Titanat (LTO) Batterien eine einzigartige Anodenoberfläche, die aus Lithium- und Titanoxiden besteht. Bei der Kathodenchemie kann eine ähnliche wie bei LMO- oder NMC-Batterien verwendet werden. LTO-Batterien funktionieren nahtlos bei extremen Wetterbedingungen und bieten hervorragende Sicherheit; jedoch haben sie eine geringe Kapazität und sind etwas teurer, was ihre Nutzung auf dem Markt in großem Maßstab einschränkt. Sie werden jedoch häufig auf Fähren eingesetzt, wo ihr Gewicht kein Problem darstellt.

6.    LFP-Batterien

Im Gegensatz zu den anderen genannten Batterietypen haben die Lithium-Titanat (LTO) Batterien eine einzigartige Anodenoberfläche, die aus Lithium- und Titanoxiden besteht. Bei der Kathodenchemie kann eine ähnliche wie bei LMO- oder NMC-Batterien verwendet werden. LTO-Batterien funktionieren nahtlos bei extremen Wetterbedingungen und bieten hervorragende Sicherheit. Allerdings haben sie eine geringe Kapazität und sind etwas teurer, was ihre Nutzung auf dem Markt in großem Maßstab einschränkt. Sie werden jedoch häufig auf Fähren eingesetzt, wo ihr Gewicht kein Problem darstellt.

The composition of a lithium iron phosphate battery.

Die primären Elemente in Lithium-Eisen-Phosphat-Batterien, d.h. Lithium, Eisen und Phosphat, werden als Kathodenmaterial eingesetzt. Daneben wird eine Graphit-Kohlenstoffelektrode mit einer metallischen Rückseite als Anode verwendet. Ähnlich wie bei anderen Batterien funktionieren auch diese durch die Bewegung von positiven und negativen Elektroden zum Laden und Entladen, aber da Phosphat ein ungiftiges Material ist, sind LFP-Batterien in der Lage, bei einem höheren Ladezyklus eine konstante Spannung zu liefern.

Weitere Vorteile von LFP-Batterien sind ihre längere Lebensdauer, Sicherheitsaspekte, keine aktive Wartung, verbesserte Entladung, erhöhte Ladeeffizienz und Leichtgewichtigkeit. Während diese Batterien im Automobilsektor häufig eingesetzt werden, machen die hohe Energiedichte und das deutlich geringere Gewicht der NMC-Batterien diese für den Einsatz im nautischen Sektor günstiger. Höhere Energiedichten führen zu einer verbesserten Beschleunigungsleistung, da mehr Energie in einem leichteren Paket gespeichert wird.

Sunreef Yachts Eco verwendet Marinebatterien, die Lithium-Ionen als primäres Element ihrer Elektrochemie nutzen. Die beste Wahl für Sunreefs elektrisch betriebene Katamarane hat sich als Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid (NMC) Elektrobatterien erwiesen.

Was kommt als Nächstes?

Um die Erfahrung der Verbraucher weiter zu verbessern, arbeitet Sunreef Yachts Eco gemeinsam mit seinen Herstellern an der Umstellung auf Festkörperbatterien, die eine umweltfreundlichere und wirtschaftlichere Batterie mit einer dreimal längeren Lebensdauer darstellen. Tatsächlich ist es möglich, einen Lebenszyklus von mehr als 10.000 Zyklen bei herausragender Sicherheit zu erreichen.

Obwohl die Grundchemie weiterhin auf Lithium-Ionen basiert, werden die Festkörperbatterien für Elektrokatamarane sicher eine bedeutendere Kapitalrendite für Yachting-Enthusiasten bieten. Am wichtigsten ist jedoch, dass die Batterie selbst in Fällen, in denen sie durch ein Projektil durchbohrt, auf extreme Werte erhitzt oder überladen wurde, keine negativen Auswirkungen hat. Sie kann auch in einem breiteren Temperaturbereich, d.h. von 0 bis 35°C, ohne Kühlung funktionieren.

Angebot und Nachfrage nach Batterien für Elektroboote

Ein Experiment ergab, dass elektrisch betriebene Katamarane (mit sowohl Marinebatterien als auch Generatoren) nur ein Viertel des Kraftstoffs verbrauchen, den Dieselmotor-Katamarane benötigen. Laut dem Experiment reduziert die Kombination von zwei Energieerzeugungsmodi nicht nur den Dieselverbrauch von 800 Litern auf 200 Liter für eine Woche Reisen, sondern ermöglicht auch längere Zeiten von geräuschlosen, vibrationsfreien und nahezu emissionsfreien Fahrten.

Es ist jedoch möglich, die Notwendigkeit eines Generators an Bord vollständig zu eliminieren, indem alternative Methoden zur Aufladung der Batteriebänke genutzt werden. Die elektrisch betriebenen Katamarane von Sunreef Yachts Eco sind mit fortschrittlichen Antriebssystemen ausgestattet, die die Energieerzeugung aus erneuerbaren Energiequellen fördern.

Sunreef Yachts Eco hat die Möglichkeit aufgezeigt, Energie aus der Drehung der Propeller zu gewinnen, während der Katamaran unter Segel fährt. Ebenso fördern die Windturbinen, die auf dem Bimini von Sunreefs Motorkatamaranen montiert sind, den Wind, die propellerartigen Blätter um einen Rotor zu drehen, der wiederum den Generator dreht, um Strom zu erzeugen.

Die Integration der hausintern entwickelten Solarpaneele hat sich ebenfalls als eine tragfähige Methode zur Energieerzeugung für Sunreef Yachts Eco sowohl bei Motor- als auch Segelkatamaranen erwiesen. Dabei handelt es sich um ultradünne, flexible Solarpaneele, die vollständig in die Verbundstruktur des elektrisch betriebenen Katamarans integriert werden können und sowohl in Bezug auf Gewicht als auch Leistung die Leistung eines Dieselgenerators übertreffen. Der neueste Solarkatamaran von Sunreef Yachts Eco, die 80 Sunreef Power, verfügt über 200 Quadratmeter Solarpaneele mit einem Gewicht von 360 Kilogramm, die 40 Kilowatt pro Stunde liefern. Diese Anlage produziert genug Energie, um zwei Dieselgeneratoren mit einem Gewicht von 800 Kilogramm zu ersetzen.

Ein Bild einer Sunreef Yachts Katamaran auf dem Wasser bei Dämmerung, das die Solarenergieproduktion hervorhebt, mit Prozentangaben verteilt auf die Rümpfe (51%), das Bimini & Flybridge (31%) und den Mast (18%).

Die Klassifizierung von Batterien für Elektroboote

Die elektrisch betriebenen Katamarane, die von Sunreef Yachts Eco entworfen und hergestellt werden, sind mit maritimen Lithium-Ionen-Batterien ausgestattet, die 30 Prozent leichter sind als das durchschnittliche System, das in der Yachting-Industrie eingesetzt wird. Diese fortschrittlichen, sicheren NMC-Batterien sind für jedes Yachtmodell maßgefertigt.

Der erste elektrisch betriebene Katamaran, ein Sunreef 50, verfügte über ein intelligentes Lithium-Ionen-Batteriepaket mit einem Gewicht von 7 kg pro kWh. Fortschritte in diesem Bereich haben jedoch ermöglicht, dass elektrische Bootsakkus mit einer Dichte von weniger als 5,2 kg pro kWh integriert werden können. Jede Stromquelle von Sunreef Yachts Eco wird maßgefertigt, um das Verhältnis von Stromproduktion zu -verbrauch für die nachfolgenden Modelle innerhalb der Reihe optimal anzupassen.

Die in den elektrischen Bootsakkus gespeicherte Energie erfüllt ähnliche Aufgaben wie ein Motor, d.h. sie treibt die elektrische Antriebstechnik, die Klimaanlage und die Haushaltsgeräte an Bord an. In dem Bestreben, höhere Nachhaltigkeitsniveaus zu erreichen, fördert die Yachting-Industrie das Aufladen dieser Batterien über erneuerbare Energiequellen statt über herkömmliche Generatoren oder Stromversorgung an Land. Daher sind Hydroerzeugungssysteme, Solarpaneele und Windturbinen oft an Bord der elektrisch betriebenen Katamarane von Sunreef Yachts Eco zu finden.

Logo von Sunreef Yachts Eco auf einer Oberfläche mit sichtbaren Schrauben und umgeben von verschwommenen Elementen.

Die Lebensdauer von Batterien für Elektroboote

Was eine friedliche, langfristige Eigentümerschaft eines elektrisch betriebenen Katamarans garantiert, ist die Batterielebensdauer. Sunreef Yacht Eco verwendet Bootsbatterien mit einer Lebensdauer von bis zu 10 Jahren. In den meisten Fällen behalten diese Lithium-Ionen-Batterien nach 10 Jahren im Einsatz 80 Prozent ihrer ursprünglichen Kapazität, wodurch diese Batterien in anderen Bereichen weiterverwendet werden können. Dennoch werden aus Sicherheitsgründen die Batteriesysteme an Bord der Katamarane von Sunreef Yachts Eco immer doppelt ausgelegt.

Noch wichtiger ist, dass die Lebensdauer von Bootsbatterien von den Lagerungsbedingungen abhängt. Während die Temperatur generell 35 Grad nicht überschreiten sollte, wird allgemein empfohlen, sie auf 25 Grad zu begrenzen, um die Lebensdauer der Batterie zu verlängern. Zusätzlich wird empfohlen, den Ladeprozess der Bootsbatterien nicht durch „Super-Schnellladen“ zu beschleunigen.

Häufig gestellte Fragen (FAQ)

Wie finde ich die richtige Batteriegröße für mein Boot heraus?

Laut Experten sollte das Batteriepack groß genug sein, um die Leistung eines Motors bei voller Leistung für eine Stunde zu gewährleisten. Sunreef Yachts verwendet fortschrittliche, sichere NMC-Chemie-Batterien, die für jedes Modell der elektrisch betriebenen Katamarane maßgefertigt werden.

Wie lange halten Batterien für Elektroboote?

Unter günstigen Lagerbedingungen können NMC-Batterien für Elektroboote bis zu 10 Jahre halten. Die Lagerung der Batterien bei 25 Grad verhindert eine Überlastung der Batterie und ermöglicht so bis zu 3000 bis 4000 vollständige Ladezyklen. Trotz dieser Nutzung behalten sie nahe 80 Prozent ihrer ursprünglichen Kapazität.

Welche Batterien sind am besten für Boote geeignet?

Die meisten Yachtbauer sind heute von den früheren Bleibatterien auf Lithium-Ionen-Batterien umgestiegen, da diese leichter sind. Sunreef Yachts verwendet fortschrittliche, sichere NMC-Chemie-Batterien, die für jedes Modell der elektrisch betriebenen Katamarane maßgefertigt werden.

Welche Spannung haben Batterien für Elektroboote?

Spannung, angegeben als V, ist die Einheit zur Messung elektrischer Energie und berechnet den Energiebedarf, um den elektrisch betriebenen Katamaran von einem Punkt zum anderen zu bewegen. Sunreef Yachts verwendet 700V-Batterien für alle seine Segel- und Motormodelle.

Machen Lithium-Batterien mein Boot schneller?

Sunreef Yachts Eco hat sorgfältig seine Batterien für Elektroboote ausgewählt, um eine konsistente und zuverlässige Leistung zu gewährleisten. Die Lithium-Batterien vom Typ NMC haben eine hohe spezifische Energie (d.h. die Menge an Energie, die pro Gewicht gespeichert wird) und sorgen dafür, dass alle Bootsausflüge reibungslos und angenehm verlaufen.

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