Bordbatterie-Rechner

So funktioniert der Bordbatterie-Rechner

Der Bordbatterie-Rechner plant die Stromversorgung an Bord in drei Schritten. Zuerst der Stromverbrauch an Bord: Kühlschrank, Navigation, Licht, Autopilot und Dauerverbraucher mit Watt und Stunden am Tag ergeben Wattstunden und, geteilt durch die Bordspannung, Amperestunden je Tag. Dann die Batteriegröße: Tagesbedarf mal Tage ohne Landstrom, geteilt durch die nutzbare Entladetiefe, die bei Blei, AGM und Gel 50 Prozent beträgt und bei LiFePO4 85 Prozent, mit geschätztem Gewicht und Nachladezeit über die Lichtmaschine. Zuletzt Solar an Bord: Wie viel Wattpeak braucht es, um den Tagesbedarf im jeweiligen Revier wieder einzuladen, wie viele Module sind das, wie groß der Laderegler. Alle drei Kästen rechnen wahlweise für 12 oder 24 Volt.

Merksatz: Watt mal Stunden sind Wattstunden, Wattstunden durch Volt sind Amperestunden, und eine Bleibatterie liefert davon nur die Hälfte ihrer Aufschrift. Eselsbrücke für Solar: Wattpeak mal vier ist der Tagesertrag in Wattstunden an einem guten Sommertag an Nord- und Ostsee.

Drei Beispiele:

• Verbrauch: Kühlschrank 45 W × 8 h, Plotter 15 W × 10 h, LED 10 W × 5 h, Autopilot 40 W × 4 h, Standby 5 W × 24 h: 840 Wh, bei 12 V 70 Ah am Tag. Größter Posten ist mit 30 Ah der Kühlschrank.
• Batterie für 70 Ah über 2 Ankertage: 140 Ah Entnahme, bei AGM mit 50 % 280 Ah Nennkapazität und etwa 78 kg; mit LiFePO4 bei 85 % reichen 165 Ah und rund 20 kg. 40 A Ladestrom laden die 140 Ah in etwa 4,4 Stunden (Blei) bzw. 3,7 Stunden (Lithium) nach.
• Solar für 70 Ah an Nord- und Ostsee im Sommer: 840 Wh / (4,5 h × 0,7) = 267 Wp, also drei 100-Wp-Module auf 1,3 m². Im Mittelmeer reichen 200 Wp, im Frühjahr und Herbst braucht es 400.

Formeln: Ah/Tag = Σ (Watt × Stunden) / Volt, Nennkapazität = Ah/Tag × Tage / Entladetiefe, Wp = Wh/Tag / (Volllaststunden × 0,7). Für einzelne Geräte an einer bekannten Batterie gibt es den Akku-Laufzeit-Rechner, für die Umrechnung von Ah, Wh und C-Raten den Batteriekapazitäts-Rechner.

Wissenswertes zum Thema

Die Energiebilanz an Bord: Wo der Strom bleibt

Auf fast jedem Fahrtenboot ist der Kompressorkühlschrank der größte Stromfresser, nicht wegen seiner 40 bis 60 Watt, sondern weil er im Sommer 30 bis 50 Prozent der Zeit läuft, bei schlechter Isolierung und warmem Bilgewasser auch mehr. 30 bis 50 Amperestunden am Tag gehen allein dafür drauf. Der Rechner fragt deshalb nicht nach "Stunden an", sondern nach Laufstunden des Kompressors. Danach kommen Autopilot und Kühlwasserpumpe unter Motor, Plotter und Instrumente, nachts die Positionslaternen, inzwischen fast immer LED mit 3 bis 6 Watt statt 25 Watt Glühlampen, und die stillen Dauerverbraucher: UKW auf Empfang, AIS, Gasmelder, USB-Ladegeräte, Bilgenpumpenautomatik. Ein Wechselrichter für 230-Volt-Geräte zieht zusätzlich zehn bis fünfzehn Prozent Verluste und oft 10 bis 20 Watt im Leerlauf, wenn er nicht abgeschaltet wird. Wer die Verbraucher so zusammenträgt, landet bei einer typischen 10-Meter-Yacht ohne Komfortextras bei 50 bis 90 Ah am Tag, mit Kühlbox, Autopilot und Laptop auch bei 120. Diese Zahl ist die Grundlage für alles Weitere, und sie lässt sich mit einem Batteriemonitor, der Amperestunden zählt, im Alltag leicht überprüfen.

Entladetiefe: Warum 100 Ah nicht 100 Ah sind

Die Kapazität auf dem Batterieetikett gilt für eine vollständige Entladung über 20 Stunden, und genau das sollte eine Bleibatterie nie erleben. Nass-, AGM- und Gel-Batterien altern mit jedem Zyklus unterhalb von 50 Prozent Ladezustand rasant; wer sie regelmäßig auf 50 Prozent entlädt, bekommt mehrere hundert Zyklen, wer sie leerfährt, vielleicht hundert. Die nutzbare Kapazität ist also die Hälfte, und weil die Lichtmaschine die letzten 20 Prozent nur noch mit kleinem Strom einlädt, pendeln viele Bordbatterien zwischen 50 und 80 Prozent, womit nur noch 30 Prozent der Aufschrift wirklich zur Verfügung stehen. Lithium-Eisenphosphat (LiFePO4) verträgt 80 bis 90 Prozent Entladetiefe über zwei- bis dreitausend Zyklen, nimmt Ladestrom bis kurz vor voll mit voller Rate an und wiegt bei gleicher Nutzkapazität weniger als die Hälfte; dafür kostet sie mehr, braucht ein Batteriemanagement, passende Ladegeräte und einen Schutz der Lichtmaschine vor Überlastung. Der Rechner setzt 50 Prozent für Blei und 85 Prozent für Lithium an, nennt das Gewicht nach Mittelwerten gängiger Batterien und die Nachladezeit für die entnommene Menge. Die Starterbatterie bleibt dabei immer getrennt, mit Trennrelais oder Ladebooster, denn wer den Motor nicht mehr starten kann, hat ein ernsteres Problem als einen warmen Kühlschrank.

Solar an Bord: Volllaststunden, Verluste und Verschattung

Ob eine Solaranlage den Bordbedarf deckt, entscheidet nicht die Wattpeak-Zahl allein, sondern die Volllaststunden des Reviers: An einem Sommertag auf dem Mittelmeer liefert ein waagerechtes Modul etwa das Sechsfache seiner Nennleistung in Wattstunden, an Nord- und Ostsee das Viereinhalbfache, im Frühjahr und Herbst das Dreifache, im Winter kaum das Anderthalbfache. Davon gehen Verluste ab: Module liegen flach statt zur Sonne geneigt, werden warm, der Regler und die Leitungen fressen etwas, und auf einem Boot ist fast immer irgendetwas im Weg, Mast, Baum, Bimini, Wanten. Der Rechner setzt pauschal 30 Prozent an. Daraus ergibt sich für 70 Ah am Tag an Nord- und Ostsee ein Bedarf von rund 270 Wp, das sind drei Standardmodule oder zwei große auf dem Bimini oder einem Heckbügel. Teilverschattung trifft Standardmodule überproportional, weil eine verschattete Zelle den ganzen String ausbremst; mehrere kleinere Module mit je eigenem Regler sind an Bord daher oft besser als ein großes. Ein MPPT-Regler holt gegenüber einem einfachen PWM-Regler 10 bis 20 Prozent mehr heraus, besonders bei kühlem Wetter und Teillast, und wird nach dem Ladestrom dimensioniert, etwa Wp geteilt durch Volt mal 1,25. Für trübe Tage, an denen nur ein Drittel ankommt, braucht es die Batteriereserve aus dem zweiten Kasten; Solar und Batterie sind ein Paar.

Ein Stück Geschichte

Elektrisches Licht an Bord kleiner Yachten setzte sich erst in den 1920er und 1930er Jahren durch, vorher brannten Petroleumlampen in Positionslaternen und Kajüte. Die Bleibatterie, 1859 von Gaston Planté erfunden, war lange die einzige Option, und bis in die 1980er Jahre bestand die Bordelektrik aus einer Starterbatterie, die nebenbei auch das Licht versorgte. Mit Kühlschränken, Elektronik und Autopiloten kam die getrennte Verbraucherbank, mit ihr Trennrelais und die ersten Batteriemonitore, die Ende der 1980er Jahre begannen, Amperestunden zu zählen. Solarmodule auf Yachten tauchten ab den 1970er Jahren auf, zunächst als Erhaltungsladung für Boote am Liegeplatz; brauchbare Erträge brachten erst die günstiger werdenden kristallinen Module ab etwa 2000, und der MPPT-Regler, ursprünglich aus der Raumfahrt, wurde um 2010 bezahlbar. Die Lithium-Eisenphosphat-Zelle, 1996 an der University of Texas unter John Goodenough entwickelt, erreichte den Bootsmarkt ab etwa 2012 und hat in zehn Jahren die Planung umgekrempelt: Was früher 300 Ah Blei und 90 Kilogramm brauchte, erledigen heute 180 Ah Lithium mit 20 Kilogramm. Die Faustregeln des Rechners, 50 Prozent Entladetiefe für Blei, Tagesbedarf mal Autonomietage, 30 Prozent Solarverluste, stammen aus genau dieser Entwicklung und stehen so in den Lehrbüchern der Bootselektrik.

Praktische Tipps

Messen Sie Ihren Verbrauch einmal real: Batteriemonitor auf null setzen, 24 Stunden vor Anker leben, Amperestunden ablesen. Dieser Wert ersetzt jede Schätzung. Isolieren Sie den Kühlschrank nach und halten Sie den Kondensator frei, das spart mehr als jedes zusätzliche Modul. Tauschen Sie verbliebene Glühlampen gegen LED, allein die Ankerlaterne spart über Nacht 20 Ah. Schalten Sie den Wechselrichter ab, wenn er nicht gebraucht wird. Laden Sie Bleibatterien bei jeder Gelegenheit voll, Teilladung über Wochen sulfatiert die Platten. Planen Sie Lithium nur mit passendem Laderegler, Ladebooster zur Lichtmaschine und einem Batteriemanagement mit Tieftemperaturschutz. Montieren Sie Solarmodule dort, wo sie am wenigsten verschattet werden, lieber zwei kleine als ein großes. Wie weit der Diesel mit dem Tank kommt, rechnet der Bootsverbrauch-Rechner, die Kette für den Ankerplatz, an dem die Batterie durchhalten muss, der Ankerketten-Rechner, und wer Solar zu Hause auf dem Dach vergleichen will, findet die Logik im Balkonkraftwerk-Rechner.