Marine Diesel-Generatoren an Bord von Yachten. Das sollte man wissen!

Von Gerhard Hesse

Gerhard Hesse segelt seit mehr als 40 Jahren. Seine Routine und Erfahrungen konnte er bei vielen Yachtüberführungen in die Karibik und ins Mittelmeer unter Beweis stellen. Er leitet seit 2010 den Vertrieb „Hybrid- und elektrische Antriebssysteme“ bei der Fischer Panda GmbH.

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Bordstrom für die Segelyacht

Kaum ein Segler möchte heute an Bord seiner Yacht auf Strom verzichten. Wird der Hafen verlassen und der Stecker aus der Landstromsteckdose gezogen, stellt sich die Frage nach der Bordstromversorgung. Eine verlässliche Bordstromquelle bedeutet Komfort und Sicherheit. Der Autopilot, die Navigationsinstrumente, das Seefunkgerät, die Positionslampen oder der Kühlschrank benötigen eine kontinuierliche Energieversorgung. Diesen Strom liefert in der Regel die Batteriebank.

Die in der Batteriebank gespeicherte Energie ist endlich.

Die in der Batteriebank gespeicherte Energie ist jedoch endlich und von Zeit zu Zeit muss sie wieder aufgefüllt werden. Im Hafen übernimmt, wie angesprochen, diese Aufgabe ein Ladegerät, das über die Landstromleitung versorgt wird. Doch woher kommt die Energie unterwegs, außerhalb des Hafens, am Ankerplatz oder auf See?

Woher kommt die Energie unterwegs?

Die meisten Segelyachten verfügen über einen eingebauten Motor als Flautenschieber und zum sicheren Manövrieren im Hafen. Da liegt es nahe, dass unterwegs die Lichtmaschine auf dem Hauptmotor genutzt wird, um die Batteriebank zu laden, während der Motor läuft.

Die Lichtmaschine am Hauptmotor ist zum Laden nur bedingt geeignet.

Dieser Ansatz eignet sich jedoch nur bedingt, da die Hauptmaschine zum einen Lärm erzeugt und die Auslastung zum anderen durch die geringe Leistung der Lichtmaschine im Verhältnis zum Energieverbrauch des Motors sehr klein ist. Dadurch entstehen ein unnötiger Verschleiß des Motors und ein hoher Kraftstoffverbrauch. Abgasemissionen sind ein weiterer Faktor.

Allerdings kann diese Lademethode beispielsweise mit Solar- oder Windenergie erweitert werden. Damit können je nach Dimensionierung die Verbraucher ganz oder teilweise mit Strom versorgt werden. Das sind zweifelsohne gute Systeme, aber sie haben eben auch den Haken, dass sie nur wetterabhängig arbeiten. Für Solarenergie benötigen wir Tageslicht, für Windenergie wie der Name schon sagt – Wind!

Windgenerator und Solarmodule auf einer Fahrtenyacht

Es gibt auch Schleppgeneratoren. Sie wiederum arbeiten nur, wenn die Yacht fährt – am Ankerplatz sind sie nutzlos. Somit gibt es nicht das eine perfekte System, das alles abdeckt.

Der Generator als komfortable Alternative

Viele Segler wünschen sich an Bord den gleichen Komfort wie zu Hause, aber nicht selten reichen die vorhandenen Batteriebänke in der Dimensionierung dafür nicht aus. Insbesondere wenn sehr große Verbraucher, wie beispielsweise ein Gefrierfach, eine Klimaanlage, ein Herd mit Induktionsfeld, ein TV-Gerät, eine Waschmaschine oder eine Heizung zum Einsatz kommen, ist das eine Herausforderung. Dann wird eine sehr groß dimensionierte Batteriebank benötigt oder es muss eine andere zuverlässige Stromquelle gefunden werden, beispielsweise ein Diesel-Generator.

Marine Diesel-Generator an Bord einer Blauwasseryacht

Der Vorteil des Diesel-Generators ist, dass er nicht vom Wetter oder der Fahrt der Yacht abhängig ist, sondern im Bedarfsfall jederzeit schnell und unkompliziert gestartet werden kann und dann unverzüglich Strom liefert – sofern genug Treibstoff an Bord zur Verfügung steht. Und das zu einem sehr guten Verhältnis zwischen Energieverbrauch und Energiegewinn – ganz anders als die Effektivität der Lichtmaschine.

Einsatzgebiet und Zweck des Generators

Soll ein Generator an Bord installiert werden, müssen zuvor ein paar Parameter geklärt werden, um das passende Stromaggregat auszuwählen. Dabei spielen die Größe der Yacht und die Anzahl der elektrischen Verbraucher eine wichtige Rolle. Generell sollte der Gesamtverbrauch an Bord nicht unterschätzt werden. Schon kleinere Boote verfügen in der Regel über mehr als 50 verschiedene Schaltkreise.

Yachten verfügen über viele verschiedene Schaltkreise.

Für eine zielführende Beratung durch einen Fachmann ist es hilfreich, wenn die Crew zuvor eine Liste erstellt, in der alle Verbraucher an Bord mit ihrer Leistungsaufnahme und der täglichen Nutzungsdauer aufgeführt sind – eine sogenannte Energiebilanz. In der Energiebilanz wird auch für jeden Verbraucher festgehalten, mit welcher Spannung er versorgt werden muss. Auf Blauwasseryachten sind dies in der Regel 12 oder 24 Volt beziehungsweise 230 Volt und in Einzelfällen auch 48 oder 400 Volt.

Ein weiterer wichtiger Punkt sind die klimatischen Bedingungen. Ein Kühlschrank verbraucht bei norddeutschen Außentemperaturen wesentlich weniger Energie als in den Tropen, wo der Temperaturunterschied zwischen dem Inneren und der Umgebung des Kühlschranks deutlich höher ist. Dies hat also auch einen Einfluss auf den Energiebedarf. Zudem werden in den Tropen an Bord größerer Yachten gerne Klimaanlagen genutzt, die einen vergleichsweise sehr hohen Energiebedarf haben.

Hinweis: Klimaanlagen, Kompressoren und Pumpen haben sehr hohe Anlaufströme und sollten im Rahmen der Ermittlung des Energiebedarfs besonders geprüft werden.

Wer tagelang auf See ist, hat andere Anforderungen als ein Hafenlieger.

Und natürlich spielt auch der Zeitraum ohne Landstrom eine Rolle. Wer monatelang auf See und am Ankerplatz verbringt, weil keine Marina in der Nähe ist – etwa in der Südsee –, braucht ein System, das zu diesem Bordleben passt und entsprechend verlässlich ist.

Die Erstellung einer Energiebilanz bietet also die nötige Klarheit. Aus ihr ergibt sich dann die erforderliche Größe der Batteriebank und in der Folge auch die erforderliche Leistung des Generators. Eine Mustertabelle zur Erstellung einer Energiebilanz ist hier zu finden.

Welche Generatoren gibt es?

An Bord von Yachten kommen im Wesentlichen zwei Arten von Generatoren zum Einsatz – der Batterie-Lade-Generator (Gleichstrom) oder der Wechselstromgenerator. Die beiden Generator-Typen arbeiten unterschiedlich, haben aber beide den Vorteil, dass mit ihnen auch elektrisch gekocht werden kann, sodass ein Gaskocher an Bord nicht mehr benötigt wird.

Der Batterie-Lade-Generator

Sind nur wenige 230-Volt-Verbraucher an Bord oder werden diese nur von Zeit zu Zeit betrieben, ist der Batterie-Lade-Generator interessant. Dieser Generatortyp erzeugt je nach Spannung der Batteriebank 12, 24 oder 48 Volt und lädt damit die Batteriebank. Das System sollte so ausgelegt sein, dass die Batterien im Hafen alternativ auch über Landstromanschluss geladen werden können.

Beispiel für einen Batterie-Lade-Generator

Verbraucher, die 230 Volt benötigen, werden aus der Batteriebank über einen Wechselrichter (Inverter), der die Wechselspannung erzeugt, versorgt. Dabei können kurzfristig auch größere Verbraucher versorgt werden, wenn die Kapazität das zulässt. Der Batterielade-Generator wird in der Regel mit einem kleinen Dieselmotor angetrieben und kann die Batterie bis zu circa 93 Prozent der Kapazität aufladen.

Fällt die Spannung unter einen Grenzwert, sollte der Generator automatisch starten.

Ein guter Batterie-Lade-Generator erkennt, wenn die Spannung der Batteriebank einen bestimmten Wert unterschreitet und startet dann automatisch den Ladevorgang. Folglich kann sich die Crew bei einem solchen System darauf verlassen, dass sie immer genügend Energie an Bord hat und die Batterie vor einer Tiefentladung geschützt ist. Insbesondere bei kontinuierlich betriebenen Geräten wie einem Kühlschrank oder einem Autopilot.

Anschluss-Schema beim Einsatz eines Batterie-Lade-Generators

Der Batterie-Lade-Generator sollte den maximalen zur Batteriekapazität passenden Ladestrom erzeugen können, um lange Generatorlaufzeiten zu vermeiden. In der Regel reichen bei einem Batterie-Lade-Generator Ladezeiten von 40 bis 60 Minuten pro Tag aus.

Der Wechselstromgenerator

Der Wechselstromgenerator erzeugt 230 oder 400 Volt und beliefert große elektrische Verbraucher an Bord direkt mit Strom. Natürlich kann ein solcher Generator auch zum Laden der Batteriebank genutzt werden. Dazu wird das ohnehin an Bord befindliche Landstromladegerät einfach an den 230-Volt-Ausgang des Generators angeschlossen.

Dazu sei angemerkt, dass auf Langfahrtyachten in der Regel keine einfachen Batterieladegeräte mehr verbaut werden, sondern stattdessen moderne Kombi-Wechselrichter, die Inverter und Ladegerät in einer Einheit vereinen und so eine Power-Management-Funktion bilden. Sie kombinieren die Energie aus dem Generator, der Batteriebank und vom Landstromanschluss und stellen diese nach Bedarf zur Verfügung.

System aus Wechselstromgenerator und Kombi-Wechselrichter

In dem System bestehend aus Wechselstromgenerator und Kombi-Wechselrichter übernimmt der Generator unterwegs die kontinuierliche Energieversorgung für die größten 230-Volt-Verbraucher. Wird nur wenig Energie für einen 230-Volt-Verbraucher benötigt, kann dieser alternativ durch den Kombi-Wechselrichter mit Energie aus der Batteriebank versorgt werden. Müssen nur Gleichstrom-Verbraucher (12, 24 oder 48 Volt) versorgt werden, können sie diese Energie direkt aus der Batteriebank entnehmen. Wenn andersherum überschüssige Energie vom Generator vorhanden ist, kann diese dank der Kombi-Funktion zum Laden der Batteriebank genutzt werden.

Der Kombi-Wechselrichter kann im Hafen den Landstromanschluss nutzen und unterwegs den Generator anzapfen, um die Batteriebank zu laden. Es kann wahlweise manuell oder mit einem sogenannten Transferschalter zwischen den beiden Energiequellen umgeschaltet werden.

Im Hafen kann der Kombi-Wechselrichter den Landstromanschluss nutzen.

Kurzum: Wird der Wechselstromgenerator zusammen mit einem Kombi-Wechselrichter eingesetzt, wird der Generator folglich stets optimal ausgelastet.

Den Wechselstromgenerator gibt es in zwei verschiedenen Bauarten. Zum einen als Generator mit konstanter Drehzahl und zum anderen als sogenannten Inverter-Generator mit einer flexiblen Drehzahl, die während des Betriebs ständig an den Energiebedarf angepasst wird.

Wechselstromgenerator mit konstanter Drehzahl

Bis in die 2000er Jahre war der Wechselstromgenerator nur mit konstanter beziehungsweise geregelter Drehzahl erhältlich. Das bedeutet, dass er immer die gleiche Menge Energie abgegeben hat, unabhängig davon, was gerade benötigt wurde. Daher musste der Energieverbrauch an Bord vor der Anschaffung des Generators sehr genau kalkuliert werden, um das Aggregat optimal zu betreiben.

Beispiel für einen Wechselstromgenerator mit konstanter Drehzahl

Im Fachjargon spricht man diesbezüglich auch von der „Light Load Problematik“. Damit gemeint ist, dass es passieren kann, dass deutlich weniger Energie abgenommen wird, als der Generator produziert. Das kann mit einem Wasserhahn verglichen werden. Durch die feste Drehzahl des Generators kommt immer die gleiche Menge Wasser aus dem Hahn, unabhängig davon, was aus dem Eimer (Batteriebank), in den es hineinläuft, gerade herausgenommen wird. Ist das Verhältnis ungünstig, läuft der Eimer über oder leer. Ist der Strombedarf zu gering, muss dann eine Last (Dummy Load) zugeschaltet werden, die die überschüssige Energie verbraucht.

Bei Verbrauchern mit einem konstanten Leistungsbedarf ist das unproblematisch – etwa beim Betrieb des Autopiloten, des Kühlschranks, der Klimaanlage oder des Tauchkompressors. Schwierig wird es bei einem schwankenden Energiebedarf.

Wechselstromgenerator mit variabler Drehzahl

Wenn der Energiebedarf an Bord der Yacht stark schwankt, ist ein Generator mit variabler Drehzahl die bessere Lösung, weil die produzierte Energiemenge in Abhängigkeit von der Drehzahl variiert werden kann. Diese Generatoren werden Inverter-Generatoren genannt.

Beispiel für einen Wechselstromgenerator mit variabler Drehzahl

Im Vergleich zum herkömmlichen Generator mit fester Drehzahl bietet ein Inverter-Generator bemerkenswerte Kraftstoffeinsparungen. Über den Inverter wird die elektrische Last mit einer konstanten Ausgangsspannung versorgt; die Drehzahl des Diesel-Motors kann je nach Bedarf der eingeschalteten Verbraucher reguliert werden. Dadurch läuft der Motor immer im optimalen Leistungsbereich und braucht im Vergleich weniger Kraftstoff.

Je nach Last können Einsparungen von bis zu 30 Prozent erreicht werden, was auch der Umwelt zugutekommt. Dazu gehört auch, dass es keine Light Load-Problematik gibt, weil ja nur so viel Energie produziert wird, wie auch benötigt wird.

Wichtige Attribute eines Generators

Schalldämpfung

Zum Komfort an Bord gehört auch eine möglichst geringe Lärmbelastung. Das gilt auch für den Generator und das sollte bei der Anschaffung berücksichtigt werden. Als besonders leise gelten Generatoren, die in einer sogenannten Schalldämmkapsel untergebracht sind. Je nach Leistung ist diese aus GFK oder Edelstahl.

Verfügt der Generator zudem über eine Wasserkühlung, ist diese Kapsel hermetisch geschlossen. Bei einer Luftkühlung ist dies nicht möglich. Aggregate mit Schalldämmkapsel und Wasserkühlung sind somit besonders leise.

Generator mit Wasserkühlung und Schalldämmkapsel

Wasserkühlung

Beim Erwerb eines Wechselstromgenerators würde ich darauf achten, dass die elektrische Wicklung wassergekühlt ist. Werden Dieselmotor und Generator wassergekühlt, können die Aggregate deutlich kleiner gewählt werden, da sie keine Umgebungsluft zur Kühlung benötigen. Gerade auf Yachten ist der Raum meist begrenzt.

Außerdem wird durch die Wasserkühlung sichergestellt, dass die Temperaturen in der Schalldämmkapsel auch bei tropischen Bedingungen im Bereich akzeptabler Werte bleiben, wenn gleichzeitig eine bestmögliche Schalldämmung verlangt wird. Das zum Kühlen verwendete Wasser ist in der Regel kälter als die Umgebungsluft und hat einen höheren Wirkungsgrad.

Wichtig: Bei hohen Wassertemperaturen und einem hohen Salzgehalt des Seewassers steigt die Gefahr der Elektrolyse. Die Metallbauteile des Generators können dann durch galvanische Korrosion angegriffen werden. Dabei kann schon ein sehr geringer Strom eine vernichtende Zersetzung bewirken. Es ist daher ratsam, einen Generator mit einer galvanisch getrennten Zweikreiskühlung zu erwerben. Bei diesen Systemen werden Motor und Generator mit Frischwasser gekühlt, Seewasser hingegen kommt nur mit dem Wärmetauscher in Kontakt, der so gefertigt sein sollte, dass er für die Elektrolyse unanfällig ist.

Generator mit Zweikreiskühlung

Mit der Wasserkühlung wird auch erreicht, dass die entstehende Wärme direkt über das Kühlwassersystem abgeleitet wird. Die Raumtemperaturen am Installationsort des Generators – für gewöhnlich im Maschinenraum – bleiben konstant, und es besteht keine Gefahr, dass andere Geräte miterhitzt werden.

Die Qualität der Energie

Bei Wechselstromgeneratoren sollte auch beachtet werden, dass der Generator eine saubere Sinuswelle erzeugt – also einen qualitativ hochwertigen Strom. Ist die Welle der Wechselspannung nicht sinusförmig, können die angeschlossenen Verbraucher Schaden nehmen und ausfallen beziehungsweise kaputt gehen. Hier bietet die Inverter-Technologie einen weiteren Vorteil, da sie über eine sehr gute Spannungs- und Frequenzstabilität verfügt und damit auch besonders gut für empfindliche Elektronik geeignet ist.

Die praktische Umsetzung an Bord

Kombination der Energieversorgungssysteme

Ist ein Generator an Bord, spielt er normalerweise eine wichtige Rolle innerhalb der Energieversorgung, weil er in der Regel der größte Energielieferant an Bord ist. Ein Dauerbetrieb rund um die Uhr ist meistens nicht erforderlich – vor allem bei geringem Energiebedarf oder wenn auch Strom von anderen Energiequellen, wie der Lichtmaschine, Solarmodulen, Schlepp- oder Windgeneratoren, parallel erzeugt wird.

Eine solche Kombination der Energielieferanten stellt sicher, dass der Generator bei niedrigen Lasten nicht verwendet wird, und trägt zur Reduktion des Kraftstoffverbrauchs bei. Kommt es allerdings zu einer großen Energienachfrage oder zu einer Unterdeckung des Bedarfs durch die anderen Systeme an Bord, kann der Generator auf Knopfdruck schnell große Mengen Energie liefern. Das erhöht die Sicherheit und ist äußerst komfortabel – insbesondere auf Fahrtensegelyachten.

Parallel- und Mehrfachschaltungen von Generatoren

Je nach Hersteller ist es möglich, mehrere Generatoren miteinander zu kombinieren und parallel zu schalten, um die Ausgangsleistung zu erhöhen. Das erlaubt ein paar interessante Optionen. Zum Beispiel können so redundante Systeme geschaffen werden. Auch kann es gewichtstechnisch von Interesse sein, bei einer Mehrrumpfyacht das Gewicht auf die Rümpfe zu verteilen.

Beispiel für eine Mehrfachschaltung mit unterschiedlichen Inverter-Generatoren

In der Regel müssen die Wechselstromgeneratoren mit konstanter Drehzahl dabei die gleiche Leistung haben. Bei den Inverter-Generatoren ist es hingegen möglich, mithilfe spezieller Parallel-Inverter mehrere Generatoren unterschiedlicher Größe zu verbinden. Somit erzielt man höchste Sicherheit und Redundanz. So könnte beispielsweise ein System aufgesetzt werden, das aus zwei 20-Kilowatt-Generatoren und einem 5-Kilowatt-Generator besteht. Am Tage, wenn meistens viel Energie benötigt wird, laufen die beiden großen Generatoren und nachts der kleine. Somit ist jederzeit eine konstante Stromversorgung an Bord gewährleistet.

Elektrisches Antriebssystem an Bord

Nachhaltigkeit und Umweltbewusstsein sind für Segler wichtige Aspekte geworden, und Yachten mit Elektroantrieben nehmen langsam zu. Ist ein Elektroantrieb vorhanden, kann dieser während des Segelns als Generator betrieben werden und die Batteriebank aufladen. Voraussetzung dafür ist ein feststehender Propeller.

Elektro-Antrieb auf einer Segelyacht

Segelt die Yacht, dreht sich der Propeller im vorbeiströmenden Wasser und der ruhende Elektroantrieb kann „umgekehrt“ genutzt werden, um so Strom zu erzeugen. Dies funktioniert meistens jedoch nur, wenn mit einer Mindestgeschwindigkeit von 6 bis 7 Knoten gesegelt wird. Die Batterie kann dabei mit etwa 10 Prozent der tatsächlichen Leistung des Elektromotors geladen werden. Das ist ein schöner Nebeneffekt, aber auf Dauer in den meisten Fällen zu wenig.

Um die Batterie dauerhaft effizient und vollständig zu laden, sollte ein Diesel-Generator in das Antriebssystem integriert werden. Vor allem dann, wenn längere Segeltörns zum Bordalltag gehören und unterwegs kein Landstromanschluss zur Verfügung steht.

Klassische Installation auf einer Yacht mit Elektroantrieb

Eine solche Lösung verfügt über ein einziges elektrisches System, das sowohl den Antrieb als auch die elektrischen Verbraucher an Bord mit Energie versorgen kann. Die Batteriebank und der Generator werden dabei zur zentralen Stromquelle für beide Systeme. Liegt der Fokus darauf, primär die elektrischen Geräte an Bord zu versorgen, ist im Allgemeinen ein Wechselstromgenerator die bessere Lösung (siehe vorstehende Skizze).

Anzeige eines Elektroantriebs. Hier reicht die Energie noch für etwa vier Stunden.

Wenn der Fokus hingegen auf dem Fahren liegt, empfiehlt sich ein Batterie-Lade-Generator. Kommt es bei langsamer Bootsgeschwindigkeit zu einer Unterdeckung in der Energieversorgung der Verbraucher an Bord, kann der Batterie-Lade-Generator vorübergehend verwendet werden, um diese Lücke zu schließen. Wird kein Strom für die Verbraucher an Bord benötigt, steht der Generator vollumfänglich für das Laden der Batteriebank zur Verfügung.

Lithium-Batteriebank für den Elektroantrieb auf einer Blauwasseryacht

Soll an Bord nicht auf die Hauptmaschine verzichtet werden, besteht natürlich auch die Möglichkeit, das elektrische Antriebssystem parallel zu installieren. Wenn die Hauptmaschine läuft, kann der elektrische Parallelantrieb „umgekehrt“ laufen und zum Laden der Batteriebank beitragen. Umgekehrt kann beim Manövrieren im Hafen oder zum langsamen Cruisen der Elektroantrieb verwendet werden.

In jedem Fall sollte bei der Anschaffung eines kombinierten Systems für Verbraucher und Antrieb auf einen Lieferanten zurückgegriffen werden, der alle Hauptkomponenten des Systems aufeinander abstimmt und aus „einer Hand“ liefern kann.

Fazit

Je nach Fahrtgebiet, Fahrtdauer und Energiebedarf sind Generatoren an Bord eine wichtige Ergänzung, da sie auf Knopfdruck unkompliziert größere Mengen Energie liefern – wahlweise als Wechselstromgenerator oder als Batterie-Lade-Generator.

Hauptmaschine und Generator nebeneinander im Motorraum einer Yacht

Wird ein qualitativ hochwertiges System erworben, bietet der Generator eine zuverlässige Lösung und ist auch für den Einsatz in Gebieten mit hohen Umgebungstemperaturen sehr gut geeignet. Systeme mit Wasserkühlung und Schalldämmung haben den Vorteil, dass sie besonders klein, leicht und leise sind.

In jeden Fall sollte vor der Anschaffung eine gründliche Beratung durch einen Fachmann erfolgen. Eine zuvor erstellte Energiebilanz hilft, in einem solchen Beratungsgespräch eine solide maßgeschneiderte Lösung zu entwickeln.

Weitere Infos zum Thema gibt es unter: www.fischerpanda.de

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