Odnawialne źródła energii na jachcie – generatory wiatrowe
Pod względem popularności turbiny wiatrowe plasują się na drugim miejscu wśród odnawialnych źródeł energii na jachtach. Tuż za solarami. W tym artykule przyjrzę się najpopularniejszym modelom jakie widuję (i słucham) na kotwicowiskach. Wszystkie mają średnicę śmigieł w granicach 1,1 – 1,2 metra. Opiszę podstawowe wady i zalety wiatraków. Podpowiem też na jakie parametry zwrócić uwagę przy zakupie turbiny wiatrowej.
Od 10 lat mieszkam na jachcie z generatorem wiatrowym, więc mam sporo swoich obserwacji i przemyśleń. Na Crystalu mamy brytyjski wiatrak D400, który obok niemieckiego Superwind jest zdecydowanie najwydajniejszy na rynku.
Ograniczenia wiatraków
Przymierzając się do kupna i instalacji wiatraka trzeba zdawać sobie sprawę z ich ograniczeń:
- Wiatraki nie lubią kiwania i o ile bardzo dobrze sprawdzają się w żegludze na wiatr, to o tyle w baksztagu jest naprawdę kiepsko. W przypadku większej bocznej fali, jacht mocno kiwa się na boki. Powoduje to, że nasz generator nie patrzy się na wiatr tylko ustawia się do niego raz jednym, raz drugim bokiem. Pamiętam jak raz na oceanicznym przelocie, gdzie kierunek wiatru za bardzo się nie zmieniał, zablokowaliśmy nasz wiatrak srebrną taśmą, aby uniemożliwić mu ruchy na boki. Z moich obserwacji wynika, że jeśli zafalowanie jest spore, to w baksztagu przy wietrze pozornym mniejszym niż 15 węzłów, wiatrak nie daje praktycznie NIC. A to ponad ok. 20 węzłów rzeczywistego!
- Wiatraki do dobrej pracy potrzebują stabilnego wiatru, bez turbulencji. Czysty wiatr mamy na otwartym morzu, a tam kiwa, więc patrz punkt powyżej. Z kolei na postoje wybieramy raczej kotwicowiska osłonięte od wiatru, często z wysokimi brzegami. Czyli nie kiwa, ale wiatr kapryśny więc z wiatraka pożytku nie będzie za dużo. Wyjątek to atole koralowe, gdzie wiatr nie ma przeszkód w postaci lądu, więc tu generatory wiatrowe sprawdzą się dobrze.
- Wiatraki zaczynają produkować prąd przy wietrze powyżej 10 węzłów. Na wykresie mocy generatora wygląda to nawet nieźle: 50 W przy wietrze około 10 węzłów. Może w laboratorium udało się osiągnąć taki wynik. Niestety, nie za bardzo ma to odzwierciedlenie w praktyce. W realu mój D400 daje ok. 10-20 W przy 10 węzłach i ok. 30-40 W przy 12 węzłach. Poniżej 10 węzłów fajnie się kręci, ale prądu nie daje NIC. Tak naprawdę odczuwalne liczby zaczynają się dopiero od wiatru 15 węzłów w górę. Wiatraki z trzema śmigłami wchodzą do gry jeszcze chwilę później.
- Niektóre wiatraki są głośne i wpadają w wibracje. Z moich obserwacji wynika, że wiatraki z trzema śmigłami są dużo głośniejsze niż te z pięcioma lub sześcioma. Te z większą ilością łopatek bardziej szumią, a te z mniejszą bardziej świszczą. Czasami te tańsze trzypłatowe wersje potrafią zagłuszyć nasz wiatrak z odległości kilkuset metrów. Oczywiście pomiar głośności jest w naszym kokpicie. W przypadku naszego D400 zdarza się, że powyżej 20 węzłów metalowa rura na której jest osadzony wpada w kilkusekundowe wibracje.
- Trzeba zbudować mocną wieżę. Montaż wiatraka na jachcie nie jest wcale taki prosty. Trzaba go zamontować na tyle wysoko, aby nikomu nie uciął ręki, czy głowy, a wszystko musi być bardzo mocne. W instrukcji do D400 jest napisane że konstrukcja musi wytrzymać napór na wiatrak o sile 70 kg! Oczywiście sile zwróconej poziomo. To całkiem sporo przy ramieniu ponad 2 metry.
- Wiatraki rzucają cień! Jeśli chcemy używać wiatraka w połączeniu z panelami słonecznymi, to trzeba mieć to również na względzie. Kiedy jest on zamontowany z boku ramy z panelami, to przy bezwietrznej pogodzie wkład takiej turbiny może być ujemny. Nie kręci się, a ogranicza prąd generowany przez panele.
Na co zwracać uwagę przy wyborze turbiny wiatrowej?
Może niektórych zaskoczę, ale maksymalna moc nie jest najważniejszym parametrem na jaki warto zwrócić uwagę.
Uzyskiwana moc przy wiatrach 10-15 węzłów
Najważniejszym parametrem jest generowana moc w przedziale 10-15 węzłów, bo takie wiatry stanowią żeglarską codzienność. Powyżej 20 węzłów wszystkie turbiny daja satysfakcjonujące liczby, a takie warunki zdarzają się rzadziej. Dlatego odrzućmy górne wartości i skupmy się na tych dolnych.
Głośność pracy
Zakładam, że wiatrak kupuje ktoś, kto chce spędzać na jachcie dużo czasu. Natężenie dźwięku, jakie wydaje generator musi być akceptowalne. Generalnie turbiny z pięcioma łopatkami są bardziej ciche niż te z trzema.
Niech Was nie zmyli wstawka “silent” do nazwy. Zwykle robią tak producenci najgłośniejszych wiatraków. Chcą wmówić kupującemu, że jest inaczej. Turbina Air X poprzedniej generacji zasłynęła na całym świecie z koszmarnie głośnej pracy. Można by rzec, że jachty z Air X’ami terroryzowały kotwicowiska. Odgłos ze starych Air X to skrzyżowanie świstu z wysokim wyciem. Obecnie wiatraki te noszą nazwę Air Silent X…
Pod tym względem D400 jest naprawdę przyjemny. Nigdy też nie słyszałem, żeby hałasował Superwind. Z kolei Silentwind jest zdecydowanie cichszy niż Air Silent X, ale głośniejszy niż D400 i Superwind.
Masa
Turbina wiatrowa to całkiem sporo kilogramów zamontowanych nad pokładem. Najcięższy D400 waży aż 17 kg. Air X tylko 5,9 kg. To ogromna różnica i na mniejszych jachtach preferowany może być lżejszy wiatrak.
Regulacja napięcia
Regulacja napięcia w turbinach wiatrowych jest bardziej skomplikowana niż np. w solarach. Wynika to z tego, że pracujący generator musi być cały czas pod obciążeniem. Kręcącej się turbiny nie można po prostu odłączyć, jak to się dzieje w przypadku solarów. Są tutaj dwie opcje regulacji.
Kiedy regulator stwierdza, że akumulatory są pełne to:
- Śmigła kręcą się dalej tak samo, a prąd z generatora jest przekierowywany na opornik, który się grzeje i wytraca generowaną moc. Czyli prąd z turbiny płynie przez zewnętrzny regulator, który decyduje czy skierować go do akumulatora, czy na opornik. Tak sprawa jest rozwiązana w D400 i Superwind.
- Śmigła zwalniają i generator przestaje produkować prąd. W Air X regulator jest wbudowany w wiatrak. Kiedy chce ograniczyć napięcie zwiera PLUS i MINUS turbiny, któta się zatrzymuje. Jest to rozwiązanie najtańsze i najprostsze. Z wiatraka wystają tylko dwa kabelki, które podpinamy bezpośrednio do akumulatora i po problemie.
W Siletntwind czy Rutlandzie regulator jest na zewnątrz, ale jego działanie jest takie samo jak w Air X. Jeśli akumulator jest pełny albo wiatr zbyt mocny, to turbina zatrzymuje się lub bardzo mocno zwalnia. Na pewno wewnętrzny regulator w Air X jest bardzo awaryjny.
Spowolnienie turbiny jest uzyskiwane przez wewnętrzne zwarcie plusa i minusa w turbinie. Przy mocnym wietrze alternator bardzo mocno się grzeje. W instrukcji do D400 jest napisane, że można w ten sposób spowolnić sobie wiatrak w celu unieruchomienia go mechanicznie (np. krawatem), ale nie należy go w tym stanie (wewnętrznego zwarcia) pozostawiać na dłużej.
Regulacja stosowana przez D400 i Superwind jest bardziej niezawodna, ale zewnętrzny regulator i rezystory zajmują najwięcej miejsca. Do tego podłączenie tego wszystkiego jest najbardziej czasochłonne. Zaoszczędzamy jednak czas na ew. późniejsze naprawy 😉
Zabezpieczenie przed zbyt mocnym wiatrem
To, jak jest realizowane zabezpieczenie przed zbyt silnym wiatrem, decyduje w dużym stopniu na ile turbina wiatrowa będzie bezawaryjna i bezobsługowa. Decyduje także czy w górnych zakresach akceptowalnego wiatru (25-30w) będzie ona pracować z pełną mocą czy nie będzie pracować wcale.
Większość generatorów (np. Silentwind i Air X) wiatrowych zwalnia, kiedy wiatr przekroczy ok. 30 węzłów. Z jednej strony to oczywiście dobrze, bo się nie rozpędzą za bardzo, a co za tym idzie nie rozpadną. Z drugiej jednak strony przez to spowolnienie spada ich moc. Co tam spada. Wiatrak po prostu się wyłącza i to wcele nie przy huraganowym wietrze.
Czytałem raport użytkownika turbiny Silentwind. Facet pisał, że wszystko jest wspaniale do wiatru 25 węzłów. Jeśli wieje 25 węzłów, a w porywach do 30, to wiatrak co chwilę się zatrzymuje i przestaje robić prąd. Po chwili, kiedy wiatr spada odpala znowu, ale przy kolejnym szkwale znowu staje. I tak w kółko. Jest to wyjątkowo kiepskie zjawisko, ponieważ w tych warunkach turbina powinna pracować ze swoją nominalną mocą, a staje się bezużyteczna.
W kwesti zabezpieczenia przed zbyt silnym wiatrem najlepszy na rynku zdecydowanie jest Superwind. Jego śmigła są tak skonstruowane, że po przekroczeniu 25 węzłów zaczynają zmieniać swoją geometrię i stają się coraz mniej efektywne. Kiedy wiatr słabnie wydajność zaczyna rosnąć. Dzięki temu od 25 węzłów w górę wiatrak kręci się ze stałą prędkością i pracuje z pełną mocą.
Mam informacje z pierwszej ręki, że to działa i generator pracuje stabilnie nawet przy huraganowym wietrze. Więc jeśli zamierzacie dużo pływać w okolicy Przylądka Horn i w Cieśninie Drake’a, to jest to najlepszy sprzęt na tamte okolice.
Z kolei D400 nie ma żadnego zabezpieczenia przed zbyt silnym wiatrem. Producent nie podaje maksymalnego, bezpiecznego wiatru. Wraz ze wzrostem siły wiatru rośnie wydajność wiatraka. Teoretycznie w nieskończoność. Tylko co z tego, że po osiągnięciu np. mocy 1000 W za chwilę się rozpadnie….
Najmocniejszy wiatr przy jakim pracował mój D400 to ponad 50 węzłów. Wiatr przyszedł dość nagle i trwało około 10 minut zanim zatrzymałem turbinę. Samo zatrzymanie nie jest skomplikowane, ale w tym czasie miałem inne rzeczy na głowie 😉 Wiatrak w tym czasie wpadał w straszliwe wibracje i sprawiał wrażenie, że rozpadnie się lada chwila. Wszyscy w kokpicie odruchowo kulili się i zakrywali głowy. Na szczęście nic się nie stało. Normalnie blokuję go, kiedy wiatr przekracza 40 węzłow.
Znam historię z pierwszej ręki, kiedy to podczas szkwału ponad 80 węzłów D400 się rozleciał na kawałki. Pod naporem wiatru śmigła tak wygięły się do tyłu, że połamały się o rurę, na której zamontowany był wiatrak. Tak więc, jeśli zostawiamy D400 bez opieki w miejscu, gdzie może przywiać, to lepiej go zablokować.
Wydajność generatora wiatrowego na jachcie w praktyce
Wszyscy producenci turbin publikują piękne wykresy, na których możemy zobaczyć ile prądu wyprodukuje ich produkt w dobę, tydzień, czy miesiąc. Często pojawiają się informacje, że będzie to 90-100 Ah na dobę, przy średniej sile wiatru 12 węzłów. Należy patrzeć na te liczby z dużym przymrużeniem oka. Najpierw testy prowadzone są w warunkach laboratoryjnych, a potem liczby trafiają do speców od marketingu.
Wielu żeglarzy (łącznie ze mną przed zakupem), kiedy zaczyna myśleć o wiatraku i przeglądać ulotki z wykresami mocy, zdecydowanie przecenia jego potencjalne możliwości. Zacznijmy od tego, że w warunkach laboratoryjnych siła wiatru jest idealnie stała i nie ma turbulencji. W rzeczywistości jednak jacht się kiwa, a wiatr szkwali i zmienia kierunek. W związku z tym, śmigła wiatraka co chwilę zwalniają i przyspieszają, co bardzo mocno zmniejsza wydajność. Przyjrzyjmy się wykresowi mocy naszego wiatraka D400. Oczywiście są to optymistyczne dane producenta.
Realne pomiary za pomocą dedykowanego miernika energii
Pływam z naszym D400 od 10 lat, ale do tej pory nie wiedziałem dokładnie ile rzeczywiście daje prądu w skali np. miesiąca. Oczywiście zdarzyło mi się zmierzyć chwilowy prąd miernikiem cęgowym, jednak informacja że w tym momencie ładuje prądem np. 10 amperów nic na dłuższą metę mi nie mówiła.
Dopiero jakiś czas temu zamontowałem licznik energii z bocznikiem, który mierzy tylko prąd z wiatraka. Na razie mam dane z dwóch miesięcy. W tym czasie miesiąc żeglowałem pomiędzy wyspami na Polinezji Francuskiej. Sporo tej żeglugi było w bajdewindzie, co jak wiadomo wiatraki lubią. Kotwiczyliśmy z kolei w dobrze osłoniętych zatokach, gdzie wiało kiepsko.
W drugim miesiącu stałem zakotwiczony przy Tahiti. W tym czasie przez większość dni wiał wiatr powyżej 10 węzłów, z kilkoma dniami w okolicy 20.
- Podczas rejsu wiatrak dawał dziennie 0,62 kWh, co przy mojej 12 V instalacji jest ekwiwalentem 48 Ah.
- Podczas postoju było trochę gorzej, bo 0,56 kWh dziennie, czyli jakieś 44 Ah
Ponieważ D400 ma opinię najwydajniejszej turbiny przy słabych wiatrach podejrzewam, że z innymi markami nie byłoby lepiej. Do tego zarówno podczas rejsu, jak i na kotwicy wcale tak źle nie wiało.
Dlatego liczenie, że taki generator da nam średnio ponad 50Ah na dobę jest moim zdaniem zbyt optymistyczne.
Wróćmy jeszcze na chwilę do wykresu mocy D400. Z moich obserwacji chwilowych mocy przy danym wietrze wynika, że do siły wiatru na osi X należy dodać 3-4 węzły i wtedy moc się zgadza. Czyli innymi słowy, jeśli wg producenta 50 W jest osiągane przy 10,5w, to w praktyce będzie to 14 węzłów. I tak dalej…
Awarie mojego D400
Żeby być uczciwym i żebyście nie pomyśleli, że jest to artykuł sponsorowany napiszę o moich negatywnych doświadczeniach z D400. Dodajmy, że od kiedy go zamontowałem w 2011, to od tamtej pory kręci się 24 godziny na dobę średnio 11 miesięcy w roku.
Po pierwszych trzech latach użytkowania wiatraka śmigła zaczęły delikatnie “bić”. Było to spowodowane pojawieniem się małego luzu na łączeniu śmigieł z wałem. Skończyło się to ich zgubieniem w 2016 roku.
Kupiłem części (za jakieś 400 euro) i turbina wirowała znowu. Nie wyciągnąłem wniosków i nie przejąłem się takim samym biciem, które pojawiło się w roku 2018. Skończyło się to ponowną utratą śmigieł. Tym razem wydałem 500 euro.
Na całe szczęście w obydwu przypadkach wirujące śmigła odfrunęły za jacht. One są naprawdę ostre i lepiej nie myśleć, co by mogła zrobić na pokładzie taka metrowej średnicy wirująca gwiazda ninja…
W 2019 roku podczas montażu śmigieł, przy okazji zrobiłem przegląd całej turbiny i rozebrałem ją na części pierwsze. Muszę przyznać, że po 7 latach części w środku były w perfekcyjnym stanie.
Teraz, nauczony doświadczeniem zmierzam wymienić felerną część ZANIM zgubię śmigiełka. Powinienem mieć na to jeszcze jakiś rok 😉
Jaki jest koszt jachtowego generatora wiatrowego?
Wiemy już jak wiele jest ograniczeń turbin wiatrowych na jachcie i jak relatywnie niewiele możemy realnie oczekiwać. Ceny jachtowych generatorów są wysokie. A przecież zakup generatora to tylko część wydatków. Trzeba jeszcze skonstruować maszt, na którym będzie zamontowany. Jeśli nie zrobimy go sami, to wydamy kolejne 500 euro.
Poniżej zrobiłem zestawienie podstawowych parametrów i cen wybranych jachtowych generatorów wiatrowych. W rubryce z mocami są to wartości podawane przez producenta.
| Turbina | siła wiatru [węzły] | Generowana moc [W] | Cena (euro) z regulatorem | Masa (kg) |
| D400 | 10/11/12/13/14/15 | 40/50/70/80/100/115 | 2500 | 17 |
| Superwind | 10/11/12/13/14/15 | 20/30/40/55/70/80 | 2600 | 11,5 |
| Silentwind | 10/11/12/13/14/15 | 25/40/50/60/70/80 | 1800 | 6,8 |
| Air X/Breeze | 10/11/12/13/14/15 | 25/30/40/50/60/75 | 1600 | 5,9 |
Na Allegro można znaleźć wiatraki o LEPSZYCH parametrach już za 800 złotych! Nigdy nie widziałem takiego sprzętu w akcji. W moim przekonaniu kupowanie najtańszej chińszczyzny to strata pieniędzy, a co najważniejsze czasu. To już lepiej postawić nam kawkę (patrz niżej ;))!
Koszt turbiny wiatrowej vs solarów
D400 kosztuje 2500 euro. Za te 2500 euro dostajemy średnio (przynajmniej na Polinezji) 50 Ah dziennie.
Koszt 1,14 kW paneli (z dobrymi) regulatorami, jakie mamy na Crystal, to 1300 euro. W polinezyjskich warunkach dostajemy z nich średnio 280 Ah dziennie. Załóżmy, że instalacja ma żywotność 10 lat.
W ciągu 10 lat panele wyprodukują 280Ah*12V*2365*10 = 12264 kWh
W ciągu 10 lat wiatrak wyprodukuje 50Ah*12V*365*10 = 2190 kWh
Cena 1 kWh energii z paneli to 1300 euro/12264 = 0,1 euro
Cena 1 kWh energii z wiatraka to 2500 euro/2190 = 1,14 euro
Energia z paneli jest w tropikach 11 razy tańsza!
Do powyższego dodajmy, że przez 10 lat użytkowania wydałem jakieś 1000 euro na części.
Oczywiście powyższe jest sporym uproszczeniem, ale sam się zdziwiłem tym jaka jest różnica. Z panelami jest tylko jeden problem: zajmują bardzo dużo miejsca! Nasze 1,14 kW paneli zajmuje powierzchnię 5 m2. To bardzo dużo i nie na każdym jachcie się tyle zmieści. Niektórym też tyle paneli się po prostu nie podoba. W przypadku paneli barierą jest więc nie koszt, a miejsce jakie zajmują.
Czy warto na jachcie zainstalować turbinę wiatrową?
No cóż. Nie wiem…. Wszystko zależy od budżetu jakim dysponujecie i rejonu żeglugi. Na pewno nie można mieć zbyt wygórowanych oczekiwań i mam nadzieję, że po przeczytaniu tego artykułu te oczekiwania staną się bardziej realistyczne.
Jeśli zamierzacie żeglować w rejonanch, gdzie nie ma silnych wiatrów, a jest sporo słońca, to lepiej pójść tylko w solary. Jeśli zamierzacie żeglować w miejscach, gdzie wieje, a słońce nie jest takie pewne, to wiatrak na pewno będzie dobrym dodatkiem do paneli.
Jeśli bym znowu miał kupować generator wiatrowy na mój jacht, to bym wybrał znowu D400 lub Superwind. To są zdecydowanie dwie najlepsze propozycje i jak już wydawać tyle pieniędzy, to na coś co starczy na lata i będzie po prostu działało.
Jedno jest pewne. Turbina wiatrowa może znacząco podreperować twój budżet energetyczny, ale nigdy nie zapewni pełnej autonomii.
W następnym artykule przyjrzę się dokładniej hydrogeneratorom.
Jeśli masz własne doświadczenia, czy przemyślenia w tej materii to koniecznie zostaw komentarz pod wpisem!
Linki do pozostałych części poradnika:
- System elektryczny na jachcie – wstęp
- Jak łatwo zrozumieć działanie systemu elektrycznego na jachcie
- Ile prądu zużywa nasz system elektryczny na jachcie?
- Odnawialne źródła energii na jachcie – wstęp
- Odnawialne źródła energii na jachcie – panele słoneczne
- Odnawialne źródła energii na jachcie – generatory wiatrowe (czytasz teraz)
- Odnawialne źródła energii na jachcie – hydrogeneratory
- Ile akumulatorów na jachcie?
- Jak poprawnie ładować akumulatory na jachcie?
- Jak szybko można ładwoać akumulatory na jachcie?
Seria artykułów o akumulatorach litowych na jachcie
- Akumulatory litowe na jachcie – wprowadzenie
- Dlaczego akurat akumulatory litowe na jachcie?
- Gotowe akumulatory litowe na jachcie – przegląd
- Możliwe topologie systemu LFP na jachcie
- Samodzielny projekt akumulatorów litowych na jachcie
- Ładowanie akumulatorów LiFePO4
- LiFePO4 na jachcie Crystal – co mamy?
Chcesz wiedzieć więcej lub potrzebujesz pomocy przy Twoim konkretnym projekcie? Zapraszamy na indywidualne konsultacje – więcej info tutaj lub napisz do nas: info(at)skiff.pl.
Spodobał Ci się ten tekst? Dmuchnij więc wiatr w żagle Krysi:
lub
