Jak dobrać odpowiedni silnik elektryczny do łodzi lub pontonu

Jak dobrać silnik elektryczny – co naprawdę ma znaczenie

Wybór odpowiedniego silnika elektrycznego do łodzi lub pontonu jest kluczowym elementem, który wpływa nie tylko na komfort i bezpieczeństwo żeglugi, ale także na efektywność energetyczną i ochronę środowiska. W dobie rosnącej popularności łodzi elektrycznych, coraz więcej osób staje przed wyzwaniem dobrania właściwego napędu do swojej jednostki pływającej. W tym artykule przedstawię kluczowe aspekty, które należy wziąć pod uwagę przy wyborze silnika elektrycznego do łodzi lub pontonu, z uwzględnieniem różnych rozmiarów i typów łodzi.

Jeśli chcesz od razu przejść do konkretnych modeli i porównać ceny/parametry, zobacz pełną ofertę: silniki elektryczne do łodzi, pontonów i jachtów. W artykule skupiamy się na doborze (moc, zasięg, akumulator), a w kategorii masz gotowe produkty i podział na moce oraz marki.

1. Zrozumienie podstaw

Silniki elektryczne do łodzi działają na zasadzie konwersji energii elektrycznej na mechaniczną, napędzając śrubę i umożliwiając tym samym poruszanie się łodzi. Ich główne zalety to cicha praca, brak emisji spalin oraz niższe koszty eksploatacji w porównaniu do silników spalinowych. Ponadto możemy je bez problemu zasilić z energii słonecznej dzięki odpowiednim ładowarkom i panelom solarnym. Niektórzy z producentów mają już gotowe rozwiązania, łatwe w użyciu. W pozostałych przypadkach można taką instalację wykonać w prosty sposób. Przy wyborze silnika należy uwzględnić takie parametry jak moc, napięcie zasilania, rodzaj i wydajność baterii, a także sposób montażu silnika. Być może będziemy potrzebować dodatkowe funkcjonalności - takie jak chociażby rekuperacja - czyli odzyskiwanie energii z pracy śruby silnika. Takie rozwiązanie jest możliwe chociażby na jachtach żaglowych, gdzie głównym napędem jednostki są żagle. W momencie gdy silnik nie pracuje, jest na biegu neutralnym, obracająca śruba generuje energię, która z powrotem zostaje zmagazynowana w akumulatorze. Podobnie jak to jest w przypadku samochodów hybrydowych lub elektrycznych, które doładowują się w czasie jazdy - np hamowania. Bardzo szybki rozwój technologii powoduje, że kolejne modele silników elektrycznych do łodzi, są coraz bardziej zaawansowane w funkcjonalności a ich wydajność ciągle rośnie. 

Sam silnik nie mógłby jednak pracować bez zapewnienia dostawy energii z akumulatorów, których właściwy dobór jest praktycznie tak samo ważny jak dobór samego napędu. Do tej pory najpopularniejszy były i nadal jeszcze są akumulatory żelowe lub AGM do głębokiego rozładowania. Ich zaletą jest niska cena, bardzo duży wybór różnych pojemności, możliwość pracy w każdej pozycji, jak również odporność na ekstremalne temperatury i średni czas eksploatacji. Są też uznawane za jedna z najbezpieczniejszych baterii. Obecnie coraz częściej wykorzystuje się ogniwa litowo - żelazowo - fosforowe czyli LiFePo4. Oferują wysoką gęstość energii, dużo dłuższą żywotność i bezpieczeństwo eksploatacji. Są lżejsze od akumulatorów kwasowo-ołowiowych i mają niski samorozładowanie, ale ich początkowy koszt jest wyższy.

Renomowane marki produkujące napędy elektryczne do łodzi i oferujące dedykowane baterie opierają się wyłącznie na technologii litowej.

2. Określenie potrzeb

Pierwszym krokiem w doborze silnika jest określenie potrzeb i oczekiwań względem łodzi. Ważne pytania, na które należy odpowiedzieć, to m.in.:

• Na jakiego typu akwenach silnik będzie najczęściej używany, czy będą to spokojne jeziora, zalewy, wody morskie lub rzeki - spokojne a może rwące?
• Jaki jest maksymalny rozmiar i waga łodzi, która ma być napędzana, ile najczęściej osób będzie na pokładzie?
• Jakie są oczekiwane prędkości i zasięgi żeglugi?
• Czy łódź będzie używana do celów rekreacyjnych, wędkarskich, czy transportowych - np. jako tender na jachcie morskim?
• Czy mamy wystarczającą ilość miejsca na pokładzie na baterie?

3. Moc i wydajność silnika elektrycznego

Moc silnika elektrycznego jest kluczowym parametrem, który wpływa na prędkość i zdolność łodzi do pokonywania silniejszych prądów wodnych. Dla małych pontonów i łodzi o długości do 3 metrów, silniki o mocy od 0,3 do 1 kW mogą być wystarczające. Dla większych jednostek, o długości powyżej 3 metrów do 5m długości potrzebna będzie już moc co najmniej 1kW. Natomiast do większych łodzi i żaglówek (powyżej 1,5T masy) zaleca się silniki o mocy przynajmniej 3 kW, które są w stanie zapewnić odpowiednią prędkość i siłę ciągu. Silniki zaburtowe o mocach 6kW i więcej będą w stanie zapewnić ruch jachtom o wadze powyżej 5T. 

Im większa moc silnika, tym większe baterie będą potrzebne do jego obsłużenia a na to potrzeba miejsca.

Najczęściej podaje się pojemność baterii w dwóch jednostkach Ah - amperogodziny czyli zdolność do zasilania przez dany akumulator obwodu elektrycznego prądem o danym natężeniu przez określony czas zwykle 1 godzinę. Dla przykładu akumulator o pojemności 100Ah może obsłużyć urządzenie pracujące z maksymalnym natężeniem prądu 100A przez jedną godzinę. Jeżeli maksymalne natężenie prądu urządzenia wynosi przykładowo 50A, to wspomniany akumulator pozwoli na dwie godziny pracy z maksymalnym natężeniem prądu.

Drugą często spotykaną jednostką jest Wh - watogodzina czyli maksymalna moc na godzinę. Oczywiście mamy również podane napięcie akumulatora, które musi odpowiadać napięciu silnika. Przykładowo akumulator 12V o pojemności 60Ah daje nam 720Wh (12V x 60Ah = 720Wh)*

Sprawdźmy zatem jaki potrzebujemy dobrać akumulator do silnika Motorguide R13 12V o mocy 590W jeżeli chcemy mieć możliwość pływania przez 1,5 godziny z pełną mocą. Bierzemy moc tego silnika czyli 590W, dzielimy go przez napięcie 12V co daje nam niespełna 50A natężenia maksymalnego. W związku z tym powinniśmy dobrać akumulator 12V o pojemności min 75Ah, żeby spełnił nasze założenie. W tym wypadku 75Ah będzie odpowiadało 900Wh zmagazynowanej energii.

Inny przykład ze znacznie mocniejszym silnikiem jakim jest silnik elektryczny zaburtowy ePropulsion Navy 6.0EVO. Moc tego silnika to 6kW czyli 6000Wat a jego napięcie wynosi 48V. Jeżeli chcemy to odnieść do akumulatora którego pojemność producent podaje w Ah, to musimy moc 6000Wat podzielić przez napięcie 48V a to daje nam 125A. Bateria o napięciu 48V i pojemności 125Ah pozwoli na zapewnienie nam wystarczającej ilości prądu na pływanie z pełną mocą równą 6000W (125A) przez jedną godzinę. Pojemność podana w Wh w tym wypadku wyniesie 6000Wh.

Jeżeli nie mamy do dyspozycji baterii 48V tylko 12V, to musimy połączyć szeregowo 4 baterie by uzyskać napięcie 48V. W przypadku ogniw AGM lub żelowych oznacza to dużą ilość potrzebnego miejsca i jeszcze większą wagę takiego pakietu akumulatorów.

Dlatego w przypadku bardziej zaawansowanych napędów elektrycznych do łodzi, producenci oferują dedykowane baterie LiFePo4 lub pochodne połączenia Litu w celu ograniczenia wagi oraz braku konieczności łączeń szeregowych, gdyż takie akumulatory mają napięcie odpowiadające danemu silnikowi czyli np. 48V.

Możemy zwrócić uwagę na jeszcze jedną zależność - w przypadku silników ze zintegrowanymi bateriami - które są najchętniej wybierane przez użytkowników do mniejszych łodzi i pontonów. Mianowicie pojemność tych baterii z reguły jest tak dobrana by umożliwić płynięcie z pełną mocą przez godzinę. Czasami jest to nieco mniej. Silnik zaburtowy ePropulsion Spirit Plus o mocy 1000W i napięciu 48V jest wyposażony w standardzie w baterię o pojemności 1276Wh czyli 1276Wh / 1000W = 1,276godziny x 60min = 76,56minut pływania z maksymalną mocą tego silnika.

Zasięg i czas pływania – szybkie szacunki

Jeżeli jesteśmy już przy mocy i czasie pływania, chcielibyśmy zwrócić uwagę na jedną z najistotniejszych rzeczy dotyczących silników elektrycznych - chodzi o optymalizację prędkości w stosunku do zużycia energii.

Jako przykład niech posłuży poniższa tabelka dotycząca napędy elektrycznego Mercury Avator.

Już nieznaczne zmniejszenie poboru prądu wydłuża nam wyraźnie czas pracy na baterii oraz całkowity zasięg naszej jednostki.

Godzina pływania z pełną mocą, ale już ponad 6 godzin pływania z połową mocy.

To samo zestawienie dotyczące pracy silnika ePropulsion Spirit Plus EVO

W tym wypadku możemy zauważyć kolejną istotną rzecz - zmniejszenie zużycia prądu o połowę do 500W zmniejszyło prędkość tylko o 1,5km/h.

Zamiast 10km/h mamy niewiele mniej bo 8,5km/h ale dwa razy dłuższy czas pracy. Akurat z naszych doświadczeń z tym konkretnym modelem wynika, że ten czas pracy z połową mocy jest znacznie dłuższy niż podawane przez producenta 2,5 godziny i to w warunkach morskich przy wietrze 4Bf i fali od dziobu.

4. Wybór baterii odpowiedniej do zasilania silnika elektrycznego

Jak już wykazaliśmy w powyższym punkcie, wybór odpowiedniej baterii jest równie ważny co wybór samego silnika. Baterie muszą zapewniać odpowiedni zasięg i być dostosowane do mocy silnika. Litowo-jonowe baterie oferują wysoką gęstość energii i długą żywotność, ale są droższe od tradycyjnych baterii kwasowo-ołowiowych. Należy również uwzględnić czas ładowania i dostępność źródeł ładowania w miejscu użytkowania łodzi. Naszym zdaniem nie ma już jednak innej alternatywy niż nowoczesne w pełni bezpieczne ogniwa LiFePo4 i ich pochodne. Ten kierunek wybrali renomowani producenci i tylko takie akumulatory pozwalają nam zoptymalizować wagę, rozmiar i wydajność pracy. Pewnie za kilka lat powstaną nowe, nieznane jeszcze ogniwa. Nauka w tym zakresie rozwija się niezwykle dynamicznie, na czym wszyscy możemy skorzystać.

W przypadku instalacji dużych silników na większych jachtach, czy to zaburtowych czy stacjonarnych, zaplanowanie odpowiedniego rozmieszczenia oraz ilości baterii jest niezwykle istotne dla komfortu i bezpieczeństwa żeglugi. To samo dotyczy rodzajów możliwego zasilania alternatywnego gdy jesteśmy w morzu - hydrogenerator, instalacja solarna, turbina wiatrowa - te wszystkie elementy powinny być uwzględnione w całościowym projekcie energetycznym naszego jachtu.

Z kolei jeśli przesadzimy z mocą silnika na małą łódkę lub ponton / RIB to nie znajdziemy odpowiedniego miejsca na wstawienie potężnych baterii...

5. Montaż i sterowanie

Silniki elektryczne mogą być montowane jako napędy stacjonarne najczęściej w jachtach morskich lub jako silniki zaburtowe mocowane na pawęży. W tym drugim przypadku, jeżeli zdecydujemy się na rozwiązania o mocy rzędu 1kW, to ich waga jest na tyle niska, że możemy taki silnik zabierać ze sobą po każdym pływaniu. Jako przykład możemy podać silniki z wbudowanymi w kolumnie akumulatorami, które są wyjątkowe proste w obsłudze i uniwersalne. Świetnie sprawdzą się w każdym pontonie lub małej łodzi. Modele eLite ePropulsion lub RamigoOne to najnowsze przykłady takich rozwiązań. Brak kabli, połączeń, oddzielnych baterii - wszystko w jednej zwartej obudowie silnika.

Wybór zależy od typu i rozmiaru łodzi, a także od preferencji użytkownika. Ponadto, nowoczesne silniki oferują zaawansowane opcje sterowania, w tym standardowe poprzez rumpel jak również silniki podłączone pod układy sterowania i koła sterowe wyposażone w zdalne i bezprzewodowe manetki, które zwiększają komfort użytkowania. Do tego dochodzi możliwość zdalnego monitorowania z poziomu aplikacji. Takie funkcjonalności zapewniają np silniki Mercury Avator 20e lub Avator 35e jak również Torqeedo Cruise z serii TorqLink oraz nowa rodzina modeli Travel i Travel XP

6. Silniki elektryczne jachtowe o dużej mocy

Szybki rozwój technologii w zakresie ogniw do baterii, ich zwiększona pojemność, zredukowana masa, pozwalają coraz częściej oferować silniki elektryczne do łodzi i jachtów o mocach odpowiadających wersją spalinowym. Jak wiemy pojemność akumulatorów musi być proporcjonalna do mocy napędu elektrycznego i zapewniać przynajmniej przez 1 godzinę pracę z pełną mocą. Dlatego silnik elektryczny o mocy 40kW potrzebuje co najmniej 40kWh energii zgromadzonej w magazynie. Dla zobrazowania wielkości takich akumulatorów możemy posłużyć się analogią do domowych instalacji fotowoltaicznych z bankami energii, gdzie jeden akumulator typu Rack 48V ma pojemność ok 5,1kWh, co powoduje, że potrzebujemy min. 8 modułów by zapewnić energię niezbędną do pływania z pełną mocą przez tylko 1 godzinę.

Dlatego niezwykle pomocna jest tutaj technologia ogniw LFP czyli najpopularniejszych obecnie LiFePo4, które poza możliwością zgromadzenia tak dużej energii zapewniają również wysoki poziom bezpieczeństwa w stosunku do starszych rozwiązań baterii litowych. Warto o tym pamiętać ponieważ pożar to jedno z największych zagrożeń na jachcie, dlatego należy wyłącznie korzystać z rozwiązań dedykowanych lub rekomendowanych przez producentów danych silników elektrycznych. Najczęściej jednak oferują oni gotowe systemy pod własną marką z bateriami o dużych pojemnościach. Używanie oryginalnych akcesoriów danego producenta ma jeszcze jedną ważną zaletę - pełna komunikacja w całym systemie pomiędzy silnikiem, bateriami a ładowarką z informacjami wyświetlanymi na ekranie rumpla, lub głównym wyświetlaczu silnika w przypadku sterowania manetką. 

Wybierając nieoryginalne rozwiązania musimy brać pod uwagę konieczność instalacji dodatkowego osprzętu monitorującego i wyświetlającego pracę całego układu.

Przykładowe zdjęcie dwóch stosów baterii typu rack na przykładzie akumulatorów 48V o pojemności 5120Wh firmy Kon-Tec, które pozwalają na zgromadzenie energii o mocy 40.960Wh.

Taką energię zużyje silnik elektryczny zaburtowy ePropulsion X40 w godzinę przy pracy z pełną mocą.

7. Aspekty środowiskowe i prawne

Przy wyborze silnika warto również wziąć pod uwagę aspekty środowiskowe i przepisy prawne. Silniki elektryczne są przyjazne dla środowiska, ponieważ nie emitują spalin i pracują cicho, co jest szczególnie ważne w obszarach chronionych. W niektórych regionach mogą obowiązywać ograniczenia dotyczące używania silników spalinowych, co czyni silniki elektryczne jedyną dozwoloną opcją. Jednak bywają również w Polsce miejsca będące rezerwatami przyrody z całkowitymi zakazami poruszania się jednostek silnikowych - bez względu na rodzaj napędu.

Jeżeli chodzi o patenty motorowodne, prawo w Polsce jest bardzo liberalne pod tym względem - uprawnienia nie są wymagane w przypadku sterowania łodzią z silnikiem o mocy mniejszej niż 10kW oraz barek turystycznych mających maksymalnie 13 metrów długości i moc silnika nie większą, niż 75 kW z prędkością ograniczoną konstrukcyjnie do 15 km/h. Dlatego zgodnie z polskimi przepisami na prowadzenie łodzi motorowej z silnikiem np. Torqeedo Cruise 12.0 niezbędny jest patent sternika motorowodnego lub żeglarza jachtowego.

8. Czy mogę samodzielnie zainstalować każdy silnik elektryczny na łodzi?

Na to pytanie nasuwa się klasyczna odpowiedź w stylu "to zależy". Dokładnie jak w wielu innych dziedzinach życia, tak i w przypadku montażu samodzielnego napędu elektrycznego do łodzi lub jachtu sprawa jest złożona. Teoretycznie możemy to zrobić - nasza jednostka, nasze ryzyko. Jednak w przypadku wystąpienia awarii, szkody, nasz ubezpieczyciel - zakładając oczywiście, że łódź jest ubezpieczona - będzie dokładnie weryfikował stan techniczny, poprawność montażu poszczególnych elementów. 

W przypadku napędów niskonapięciowych, takich poniżej 50V możemy mówić o dość bezpiecznych systemach, które z pomocą instrukcji obsługi producenta oraz ogólnych zasad wynikających z prawa energetycznego, jak również przy założeniu posiadania podstawowych umiejętności technicznych, jesteśmy w stanie zamontować samodzielnie.

Jednak takie silniki elektryczne o napięciach od 12V do 48V nie są jedynymi. Dlatego wybierając napęd z dużą mocą - już nawet 12kW - możemy się spotkać z silnikami wysokonapięciowymi. Tak jest w przypadku wspomnianych już modeli z serii X oraz I marki ePropulsion. Takie instalacje, wymagają już specjalistycznej wiedzy i muszą zostać wykonane przez uprawnionego elektryka, który ma również doświadczenie w podobnych instalacjach. Dotyczy to zwłaszcza jednostek pływających komercyjnie.

Dla lepszego zobrazowania takiego systemu, poniżej schemat instalacji elektrycznej wraz z zabezpieczeniami, które są odpowiednio dobrane do mocy napędu i zamontowanego osprzętu.

Widać na pierwszy rzut oka, jak różni się taki montaż od znanego z silników zaburtowych 12V dwóch przewodów plus oraz minus wpinanych bezpośrednio do akumulatora.

Podsumowanie

Dobór odpowiedniego silnika elektrycznego do łodzi lub pontonu wymaga rozważenia wielu czynników, od rozmiaru i typu łodzi, przez oczekiwane warunki użytkowania, po aspekty środowiskowe i prawne. Wybierając silnik, należy kierować się nie tylko mocą i wydajnością, ale także kompatybilnością z bateriami, opcjami montażu i sterowania, a także całkowitymi kosztami eksploatacji. Prawidłowo dobrany silnik elektryczny zapewni nie tylko większy komfort i bezpieczeństwo na wodzie, ale także przyczyni się do ochrony środowiska naturalnego.

W przypadku napędów o większej mocy niezbędne okaże się przygotowanie projektu całej instalacji, co najlepiej powierzyć specjalistom. Dlatego zawsze bardzo chętnie służymy Wam pomocą na każdym etapie - od doboru silnika poprzez skompletowanie niezbędnych akcesoriów po schemat montażu i pomoc przy instalacji. 

* Wszystkich zawodowych elektryków z góry przepraszamy za możliwie jak największe uproszczenie tematu przeliczenia wartości prądowych, jednostek, pojemości itp.

Naszym celem było przedstawienie w prosty i zrozumiały dla każdego sposób zawiłości związanych z pojemnościami akumulatorów a ich dopasowaniem do odpowiedniej mocy silnika.

Nie należy tego artykułu traktować jako poradnika młodego elektryka :)

Polecane kategorie silników elektrycznych i marki producentów

Szukasz konkretnego modelu? Zacznij od głównej kategorii: silniki elektryczne do łodzi, pontonów i jachtów. Poniżej masz szybkie skróty, jeśli wiesz już, czego potrzebujesz.

Podział ze względu na moc

• 0,5–2 kW – lekkie łodzie, pontony, krótkie trasy
• 2–6 kW – większe pontony/łodzie, częstsze pływanie pod prąd/wiatr
• 7–12 kW – cięższe jednostki i wymagające warunki
• >12 kW – duże jachty i instalacje zaawansowane

Kompletne zestawy

• Kompletne zestawy silników – gdy chcesz „plug & play”

Producenci

• ePropulsion
• Torqeedo
• Mercury
• Remigo
• WaterWorld
• Motorguide
• Haswing