Was ist das? Ein Yacht-Elektro-Antrieb.
Was macht das? Er treibt die Yacht elektrisch an.
Ah, ich verstehe…

Der Hauptantrieb einer Segelyacht sind und bleiben die Segel. Das ist gut so. Genau das macht den Charme des Segelns aus.

Dieser Antrieb funktioniert in der Praxis je nach Wetter, Fahrtgebiet und Einstellung der Crew in den meisten Fällen. 90% - 100% der zurückgelegten Seemeilen unter Segel sind durchaus realistisch und üblich, sofern keine längere Flaute herrscht.

Für die wenigen verbliebenen Meilen haben die meisten Segelboote einen Maschinenantrieb an Bord. Der kommt typischerweise bei Hafenmanövern, bei Flaute, bei Gegenwind oder in Kanälen, wo ein Maschinenantrieb vorgeschrieben ist zum Einsatz.

Die Standard-Lösung für Maschinenantriebe war bisher ein Dieselmotor.

Der wird aus dem Kraftstofftank mit Dieselkraftstoff als Energieträger versorgt und treibt über ein Wendegetriebe einen Propeller an.

Das ist bis heute der etablierte Stand der Technik.

Segler schätzen die große Reichweite und haben sich an die Nachteile, wie Lärm, Geruch und Wartungskosten gewöhnt.

Bei den meisten Hafenmanövern erreicht der Diesel-Motor gar nicht die optimale Betriebstemperatur, arbeitet somit wenig effizient und ist anfällig für Verschleiß.

Auch daran haben wir uns gewöhnt.

Das geht heute allerdings besser.

Für den guten alten Diesel gibt es die sehr gute Alternative in Form eines Elektroantriebes. Er ist in vielerlei Hinsicht sogar die bessere Wahl.

Diese positive Erfahrung habe ich selbst bei der Umrüstung meiner Segelyacht WINDSONG von Diesel- auf Elektro-Antrieb gemacht.

Ich bin vom System begeistert, positiv überrascht und möchte nun meine Erfahrung mit anderen Teilen.

Beim aktuellen Stand der Technik liefern häufig Lithium-Eisenphosphat Batterien (LiFePo) mit 48 V Spannung die Energie für den Antrieb.

Es gibt fertige "plug & play" Batteriemodule in verschiedenen Formen und Kapazitäten.

Weiterhin sind Bausätze verfügbar, bei denen die einzelnen Batteriezellen individuell je nach den Platzverhältnissen im Rumpf entsprechend optimal angeordnet und als Batteriebank selbst zusammengebaut werden können.

Ein Batterie-Management-System (BMS) ist in beiden Fällen essenziell, um die Batterie optimal und sicher zu laden und zu entladen.

Die Antriebsbatterie passt in der Grundausstattung in den Motorraum des ehemaligen Einbau-Diesels.

Bei kleineren Booten wird ein Elektromotor als Außenborder am Heck gefahren, in gleicher Weise wie bei Benzin-Außenbord-Motoren.

Bei größeren Yachten wird im einfachsten Fall ein Elektromotor als Innenborder anstelle des Diesels an den Saildrive oder an die Antriebswelle geflanscht. Dabei wird die Antriebskraft mechanisch vom Elektromotor durch den Rumpf an den Propeller übertragen.

Vorteil dieser Lösung: geringer Aufwand für den Umbau des bestehenden Systems.

Nachteil: Effizienzverluste, Wartungsaufwand und Fehlerquellen aufgrund der weiterhin vorhandenen beweglichen Teile im Antriebsstrang. Ein Elektromotor hat grundsätzlich andere Leistungsdaten als ein Verbrenner. Ein bestehender Saildrive ist für diese Leistungsdaten nicht ausgelegt und wird voraussichtlich frühzeitig verschleißen. Der bestehende Propeller wird ebenfalls nicht zu den neuen Leistungsdaten passen. Somit arbeitet der gesamte Antriebsstrang ineffizient. Zudem wird er durch Überlast frühzeitig verschleißen.

Darüber hinaus erfordert der Elektromotor eine Kühlung. Kleinere Motoren kommen mit Luftkühlung aus, größere brauchen eine aufwendige Wasserkühlung.

Die bessere Lösung sind speziell für Elektromotoren entwickelte Saildrive-Getriebe. Sie leiten die Kraft von innen nach außen um und haben nicht mehr die Funktion eines Wendegetriebes, das für die Umschaltung von Vorwärts- auf Rückwärtsfahrt zuständig ist. Bei Rückwärtsfahrt dreht der Elektromotor in entgegengesetzter Richtung.

Vorteil: weniger Effizienzverluste, geringer Wartungsaufwand und weniger Fehlerquellen. Der neue Saildrive und der passende Propeller sind an die Leistungsdaten des Elektromotors angepasst. Dies ist besonders wichtig bei leistungsstarken Elektromotoren, damit sie ihr Leistungspotenzial dementsprechend als Vortrieb im Wasser umsetzen können. Die bestehende Saildrive-Öffnung kann für die Umrüstung genutzt werden. 

Nachteil: weiterhin vorhandene Effizienzverluste, Wartungsaufwand und Fehlerquellen.

Auch in diesem Fall ist eine Kühlung erforderlich.

Sehr effizient arbeiten Elektromotoren, die als POD-Antrieb (Propellergondel) fest unter dem Rumpf installiert werden.

In der einfachsten Ausführung wird die alte Saildrive-Rumpföffnung mit einer Adapterplatte verschlossen und daran der POD befestigt.

Besser ist es, die komplette Rumpföffnung des alten Saildrive zuzulaminieren und den POD am neuen Rumpf zu befestigen. Innenliegende Konterplatten im Rumpf sorgen zusätzlich für eine robuste Konstruktion.

Der Elektromotor wird mittels Kabel über einen Borddurchlass im Rumpf mit Strom versorgt.

Der Weg der mechanischen Kraftübertragung ist extrem kurz und sehr effizient. Es ist ein direkt angetriebener Propeller am Ende der Statorwelle des Elektromotors.

Vorteil: aufgrund des Direktantriebs keine Effizienzverluste, kein Wartungsaufwand und kaum Fehlerquellen. Darüber hinaus ist keine Kühlung erforderlich, da der POD vom kühlenden Seewasser umgeben ist. Die Änderungen am Rumpf bei der Befestigungsvariante mittels Adapterplatte sind mit geringem Aufwand möglich.

Nachteil: Hoher Aufwand bei der der Variante "Rumpf zulaminieren und Konterplatte einbauen“.

Der Schleppwiderstand des POD-Antriebs ist unwesentlich höher als der eines Saildrives.

Die Antriebsbatterie eines Segelbootes wird in der Grundausstattung von einem 48V-Ladegerät, das am Landstrom angeschlossen ist geladen. Häufig ist bereits eine Inverter-Funktion im Ladegerät integriert, so dass das 230V-Netz an Bord entsprechend unterwegs mit Strom aus den Antriebsbatterien versorgt werden kann.

Auf langen Strecken ohne Hafenaufenthalt benötigt die Yacht darüber hinaus autarke Energiequellen.

Je nach Schiffstyp, Fahrtgebiet und persönlichen Anforderungen kommen da verschiedene System in Frage.

Erneuerbare (regenerative) Energiequellen: Windgenerator, Solarpanel oder Hydrogenerator. Der Propeller einer Segelyacht kann zusammen mit dem Elektromotor im Rekuperationsmodus selbst als Hydrogenerator eingesetzt werden. Dies erfordert spezielle Propeller, die wiederum nicht so effizient im Vortrieb sind. Darüber hinaus ist die Energieausbeute erst bei größerer Fahrt (>6 kn.) merklich.

Energiequellen auf Verbrenner-Basis: klassischer Diesel- oder Benzin-Generator.

Es sind Diesel-Generatoren auf dem Markt verfügbar, die auch mit Bio-Diesel auf Pflanzenöl-Basis betrieben werden können und somit weniger Treibhausgase erzeugen.

Brennstoffzellen erzeugen einen kontinuierlichen Strom in einer chemischen Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff. Sie haben einen hohen Wirkungsgrad von über 70%. Als Abfallprodukt entsteht Wasserdampf.

Die Einschränkung liegt heute darin, dass Wasserstoff sich nicht praktikabel speichern und an Bord von Segelbooten transportieren lässt. Sobald diese Hürde technisch überwunden ist, können Brennstoffzellen als primäre Energiequelle des Antriebs genutzt werden.

Beim heutigen Stand der Technik wird Bio-Methanol als Wasserstoff-Speicher genutzt. Daraus generieren die Brennstoffzellen in einer Vorstufe den nötigen Wasserstoff. Die Energiedichte und somit die Stromproduktion sind vergleichsweise gering. Bei der Verwendung einer Brennstoffzelle mit 125 W Leistung werden in 24 Stunden 3 kW Energie erzeugt. Wird mehr Energie benötigt, können mehrere Systeme gekoppelt werden, um die Energieleistung zu erhöhen.

Abhängig vom Fahrtgebiet, Bootstyp, Segelverhalten und den persönlichen Präferenzen ist die Reichweite eines Elektroantriebs für Segelboote in den meisten Fällen ausreichend.

Als Backup und Absicherung der Reichweite können zusätzliche Energiequellen wie Generatoren und Brennstoffzellen mitgeführt werden.

Auch wenn ein Generator weiterhin Diesel oder Benzin verbrennt, so erfolgt die Nutzung nur in Ausnahmefällen und mit einem höheren Wirkungsgrad, so dass insgesamt viel weniger Treibhausgase pro Saison erzeugt werden als mit dem alten Dieselmotor.

Dabei wird die gesamte Energie für den Antrieb und für den Betrieb der Bordverbraucher aus Batterien gespeist, die wiederum aus regenerativen Energiequellen autark aufgeladen werden.

Das ist mit dem heutigen Stand der Technik bereits möglich und wurde in der Praxis bestätigt.

1. Umweltfreundlich
Null Emissionen bei der Verwendung von erneuerbaren Energiequellen. In Schleswig-Holstein stammen mittlerweile über 91% der gesamten Stromeinspeisung aus erneuerbaren Energiequellen. Und wenn in Schleswig-Holstein erneuerbarer Strom eingespeist wird, dann wird davon ein großer Teil auch in benachbarte Bundesländer / EU-Mitgliedstaaten geleitet. Somit deckt das nördlichste Bundesland seinen eigenen Strombedarf rechnerisch bereits zu rund 200% durch Ökostrom.

2. Sauber
Kein Diesel-Geruch mehr an Bord. Kein Gestank von Abgasen. Keine Verwendung von Motorenöl. Gerade bei älteren Segelbooten ist der Motorraum nach dem Umbau sauberer und aufgeräumter.

3. Komfortabel
Sehr leise. Sofort einsatzbereit. Kurze Reaktionszeit: im Segelbetrieb von "Hand auf Hebel" bis "voller Schub" im Bruchteil einer Sekunde. Fein dosierbar, besonders bei gewünschter langsamer Fahrt (z.B. beim An- / Ablegen). Direktes Umschalten von Vorwärts- auf Rückwärtsfahrt ohne Wartezeit möglich. Der Elektromotor kann bei schwachem Wind dauerhaft mitlaufen und schiebt die Segelyacht kaum wahrnehmbar mit. Signalkegel für Motorfahrt nicht vergessen ;-)

4. Mehrwert
Die Antriebsbatterien eignen sich durch einen eingebauten Inverter hervorragend auch als mobile Energiequellen für die gesamte Yacht. Sie versorgen neben dem Elektroantrieb auch alle anderen 230 V - Geräte sowie die 12 V - Servicebatterien an Bord mit Strom. Das System eröffnet zudem neue, komfortable und effiziente Möglichkeiten für das Kochen oder Heizen mit Strom, auch unterwegs.

5. Effizient
Ein Elektromotor hat einen höheren Wirkungsrad als ein Verbrenner. Je nach Ausführung kommen weitere Effizienzsteigerungen hinzu, etwa durch den Verzicht auf Getriebe, Saildrive oder Wellenanlage.

6. Autarke Energieversorgung möglich
Der Energiebedarf der kompletten Yacht kann durch erprobte Energiequellen wie Solarpanele, Windgeneratoren und Brennstoffzellen (evtl. Verbrenner-Generatoren als Backup) gedeckt werden. Größere Yachten brauchen mehr Energie, haben aber auch mehr Fläche, um die entsprechenden Geräte zu installieren.

7. Rekuperation möglich
Je nach Ausführung und Bootstyp kann der Antrieb zur Rekuperation unter Segeln eingesetzt werden. Dabei werden durch die Wasserströmung die Propeller angetrieben und der Motor als Generator genutzt. Der erzeugte Strom wird in die Antriebsbatterien gespeist. Besonders interessant bei schnellen Segelbooten (Mehrrümpfer oder größere Yachten)

8. Vergleichbare Anschaffungskosten
Ein Elektroantrieb kann in etwa für den gleichen Preis installiert werden wie ein neuer Diesel. Die Preise für die Komponenten eines Elektroantriebs fallen sogar tendenziell zur Zeit.

9. Niedrigere Unterhaltskosten
Es entstehen niedrigere Wartungs- und Reparaturkosten, da viel weniger mechanisch bewegte Teile im System verbaut sind.

10. Niedrigere Verbrauchskosten
Kraftstoffverbrauch lässt sich auch im Falle eines Backup-Generators an Bord gegen Null reduzieren. Kraftstoffpreise werden künftig aufgrund der endlichen Ressourcen und der CO2-Umlage steigen. Strompreise hingegen werden aufgrund der erneuerbaren Energie-Erzeugung eher stabil bleiben. Bei autarker Energieversorgung aus Rekuperation, Solar- oder Windkraft tendieren die Verbrauchskosten gegen Null.

1. Reichweite?
Ich kann mit dem Elektroantrieb an Bord meiner Segelyacht WINDSONG in der jetztigen Grundausbaustufe 20 bis 30 Seemeilen unter idealen Bedingungen zurücklegen. Bei meinem Fahrprofil komme ich meistens mit mehr als 80% Restreichweite der Antriebsbatterie im Zielhafen an.
Das System lässt sich für künftige höhere Reichweiten-Anforderungen erweitern.
Mit einem Verbrenner-Generator als Backup an Bord sind sogar vergleichbare Reichweiten wie mit dem alten Diesel-Antrieb realisierbar.

2. Ladeinfrastruktur in den Häfen?
Ich lade meine Antriebsbatterie mit dem herkömmlichen Landstromanschluss am Steg in jedem beliebigen Hafen.
Die Ladezeit beträgt je nach Restreichweite beim Anlegen zwischen 1 und 10 Stunden (über Nacht).
Mit Hilfe eines eingebauten Potentiometers am Ladegerät kann ich bei Bedarf die Stromaufnahme vom Landstromanschluss soweit begrenzen, dass die Sicherung am Steg nicht auslöst.

3. Platzbedarf für Batterien?
Ich habe im Endeffekt durch die Umrüstung von Diesel- auf Elektroantrieb sogar Platz an Bord gewonnen.
Die Antriebsbatterie ist im ehemaligen Motorraum untergebracht und da gibt es sogar noch einen freien Platz für ein zweites Batteriemodul, als Erweiterung.
Den Diesel-Kraftstofftank habe ich ausgebaut, so dass ich dadurch zusätzlichen Platz in der Backskiste gewonnen habe.
Selbstgebaute Batteriebänke lassen sich durch ihre modulare Bauweise flexibel in jede freie Ecke an Bord einbauen (z.B. unter die Sitzbänke).
Meine WINDSONG ist durch den Elektroantrieb sogar um 100 Kg. leichter und entsprechend schneller geworden.

4. Muss dafür die ganze Yacht umgebaut / von Anfang an anders gebaut werden?
Nein, das ist nicht notwendig.
Im einfachsten Fall der Umrüstung wird ein Elektromotor innen an den bestehenden Saildrive / an die Welle angeflanscht und die Batterie im ehemaligen Motorraum an Stelle des alten Diesels untergebracht. 
Umfangreichere Umbauten, wie an meiner WINDSONG, wobei der Saildrive entfernt, die Öffnung zulaminiert sowie der Batterieauflager integriert wurde sind im Einzelfall vielleicht sinnvoll aber ggfs. nicht unbedingt erforderlich.

5. Leistung?
Mein POD-Antrieb hat den gleichen Schub wie der alte Diesel. Der Schub ist ohne Verzögerung sofort da. Die Yacht lässt sich im Hafen besser manövrieren.

6. Kompliziert?
Nein, es ist sogar einfacher. Im Vergleich zum Dieselantrieb sind deutlich weniger Komponenten, insbesondere mechanisch bewegte Teile wie Kraftstoff-System, Anlasser, Lichtmaschine, Abgasanlage, Kühlung, usw. verbaut. Der POD-Antrieb benötigt bauartbedingt keine Kühlung, da der Elektromotor von Seewasser umgeben ist.

7. Ist die Elektronik störanfällig?
Die Elektronik vom Ladegerät und der Motorsteuerung ist vergleichbar mit der Elektronik von modernen Diesel-Antrieben. Darüber hinaus ist die Elektronik für Elektroantriebe wie im Automobil-Bereich sehr ausgereift und heute "State of the Art". Es haben sich etliche Hersteller von Elektromotoren und Antriebsbatterien auf die besonderen Anforderungen von Segelbooten spezialisiert und können diese problemlos erfüllen.

8. Brandgefahr?
Frühere Generationen von Lithium-Ionen Batterien konnten tatsächlich bei falscher Handhabung, Ladung oder Entladung überhitzen. Dabei entstand eine Kettenreaktion, in Folge dessen sich die Batterie an Bord entflammen konnte.
Das ist bei den modernen Lithium-Eisenphosphat Batterien (LiFePo) nicht der Fall. Die Brandgefahr ist deutlich verringert, da jeweils nur einzelne Zellen betroffen sein können und eine Kettenreaktion technisch verhindert wird. Auch deshalb empfiehlt es sich, speziell für maritime Anwendungen entwickelte Elektromotoren und Antriebsbatterien zu verbauen. Ein BMS schützt als letzte Instanz die Antriebsbatterien vor Überhitzung.

9. Nur von Fachkräften zu installieren?
Das gesamte System, von der Landsteckdose bis zum Propeller kann von technisch versierten Erfahrungsträgern installiert werden. Das 230 V - System sollte am Ende von einer Fachkraft auf technische Richtigkeit abgenommen werden.

10. Noch Zukunftsmusik?
Nein, mein Elektroantrieb funktioniert einwandfrei. Die Technologie ist seit Jahren erprobt, heute schon praxistauglich und entwickelt sich weiter. Ähnlich wie bei Elektromobilität an Land: wer sich einmal darauf einlässt, möchte nicht mehr zum Verbrenner zurück.