[:en]How to calculate power consumption on a sail-boat[:de]Stromverbrauch berechnen[:]

[:en]Before deciding about your prefered way of storing electricity on board, a few things need to be considered: you have to estimate your power consumption and therefore know the necessary storage capacity. You have to know the specifications of your power sources such as how much power is provided, for how long they are available (wind vs solar vs alternator/generator) - how they charge and then of course such smaller things like how much space you have on your boat and of course cost.
As I want to renew the entire engery and storage system on our Five Senses, I did all these evaluations myself. Here I am sharing one of the steps taken: the calculation of power consumption.

All of this is clearly no rocket science: device list, power consumption (in watts or kilowatts), estimate how long the devices are operated in 24 hours (in hours) and then calculation of the consumption in ampere hours (Ah) taking into account your electrical system voltage. However, there are several different units used, so you might have to do some calculation. Here is an example table to show you how to do that:

LED lighting salon and cabins: 50 watts (rough estimate)
Operating time per 24 hours: 4 hours (estimated)
Daily consumption in kilowatt hours: (50/1000) * 4 = 0.2 kWh
We are using a 12 volts system
Conversion to Ah: 50 watts / 12 volts * 4 operating hours = 16.67 Ah

With the kWh and the Ah you are able to estimate your consumption per day. Usually, this includes on-board and navigation lights, electrical devices (hair dryer, laptop, coffee maker), navigation devices such as GPS and plotter including radar and autopilot, cooling boxes / fridge and freezer. This is the sum of your average, estimated consumption in 24 hours. It is obvious that an air conditioning system can hardly be powered by battery power. The navigation electronics created a bit of a surprise to me. Each device does not need a lot of electricity, but in total and over the sailing day and the many hours, there is a lot of overall consumption.

To estimate the battery storage capacity you need, you have to know the answers to these two questions:

How long has my stored electricity to last before I can recharge?
What kind of power storage = which type of battery do I want to use?

The first question is rather easy: This is heavily depending on your crusing plan and how long you are planning to stay off grid. Depending on where you sail, choices shoudl be made on energy sources. I collected some information and put this into another blog post to compare pro's and con's of the various alternatives.


For the second question again some background info is helpful: i.e. conventional lead acid batteries supply about 50% of their total capacity, lithium ion batteries can provide up to 80 or 90% of their storage capacity without being damaged. There are various other alternatives available and all come with their very individual specifications. Make sure you know what you need before buying any new batteries.

For our Five Senses (a 49 foot yacht in the Mediterranean and most frequently used during the day and somtimes during night), I calculated a daily consumption of around 330 Ah, or around 4 kWh. For LiIon batteries one can expect 80% of their capacity to become available, which translates into 412 Ah or almost 5 kWh of capacity per storage day. We currently have 400 Ah lead-acid batteries on board, so we are missing 130 Ah when 50% is removed, or in other words: after 14 hours without any charge, all power run devices are down.  330 Ah is a conservative calculation and an average, the power sometimes lasted longer, mainly because we also use the ship's diesel for docking and anchoring. But after a night at anchor, the batteries were mostly empty ...


Conclusion: new energy storage and energy sources are needed! Stay tuned ...
[:de]Bevor man sich entscheiden kann wie man an Bord Strom speichern möchte, muss man ein paar Dinge überlegen: Stromverbrauch und damit notwendige Speicherkapazität, Stromquellen - wie also geladen werden soll und dann natürlich so Kleinigkeiten wie Platzangebot, Kosten etc.
Nachdem ich heuer den gesamten Bereich der Stromerzeugung, Stromspeicherung und auch des Stromnetzes an Bord in Angriff nehmen möchte, teile ich mit Euch hier meinen ersten Schritt: die Berechnung des Stromverbrauches.

Und hier ist keine große Hexerei angesagt: Geräteliste, Stromverbrauch (in Watt oder Kilowatt), Schätzung wie lange die Geräte in 24 Stunden betrieben werden (in Stunden) und dann Errechnung des Verbrauchs in Ampere-Stunden (Ah) unter Berücksichtigung Eurer Bordnetzspannung. Allerdings gibt es unterschiedliche Herstellerangaben was die Einheiten betrifft, ev müsst Ihr also etwas recherchieren. Hier eine kleine Tabelle und Anleitung dazu als Beispiel:

  • LED Beleuchtung Salon und Kabinen: 50 Watt (Überschlagsrechnung)
  • Betriebszeit pro 24 Stunden: 4 Stunden (geschätzt)
  • Tagesverbrauch in Kilowattstunden: (50/1000) * 4 = 0,2 kWh
  • Meine Bordnetzspannung: 12 Volt
  • Umrechnung auf Ah: 50 Watt/12 Volt * 4 Betriebsstunden = 16,67 Ah

Mit den kWh und auch den Ah solltet ihr schon in der Lage sein, Euren Verbrauch pro Tag zu schätzen. Üblicher Weise zählt man dazu Bord- und Navigationsbeleuchtung, Elektrogeräte (Fön, Laptop, Milchschäumer), Navigationsgeräte wie GPS und Plotter inklusive Radar und Autopilot, Kühlbox/-schrank und Gefrierfach zusammen. Das ist dann die Summe Eures durchschnittlichen, geschätzten Verbrauchs in 24 Stunden. Dass nun eine Klimaanlage durch Batteriestrom kaum zu speisen ist, liegt auf der Hand. Eine Überraschung für mich war aber die Navigationselektronik. Jedes Gerät für sich braucht nicht viel Strom, aber in Summe und über den Segeltag und die vielen Stunden gerechnet, kommt schon viel zusammen.

Wenn Ihr nun die von Euch benötigte Batteriespeicherkapazität schätzen wollt, muss man noch zwei Fragen beantworten:

  • Wie lange möchte/muss ich mit dem gespeicherten Strom auskommen bevor nachgeladen werden kann?
  • Welche Stromspeicher = welchen Batterietyp möchte ich verwenden?

Die erste Frage liegt auf der Hand: Welcher Typ Segler bin ich in Bezug auf Landstromverfügbarkeit? Und auch welche Stromquellen habe ich an Bord und wo verwende ich mein Segelboot am häufigsten? Damit ist klar welche Stromerzeugung für Euch am sinnvollsten ist (Solar, Windgenerator, Hydrogenerator, Brennstoffzelle, Generatoren, die von fossilen Brennstoffen angetrieben werden inlusive Lichtmaschine Eures Schiffsdiesels) und wann ihr sie nützen könnt.
Die zweite Frage müsst ihr beantworten, weil jeder Battrietyp nur unterschiedlich tief entladen werden kann und soll. Während herkömmlichen Bleibatterien nur ca. 50% der Gesamtkapazität entnommen werden sollen, können Lithium Ionen Akkus bis zu 80 oder 90% ihrer Speichermenge zur Verfügung stellen ohne dabei an Lebensdauer einzubüßen.
Für unsere Five Senses (eine 49 Yacht im Mittelmeer und häufigster Nutzung unter Tags und mit Liegepausen in der Nacht) habe ich einen Tagesverbrauch von rund 330 Ah, oder rund 4 kWh berechnet. Lege ich das auf LiIon-Akkus um und rechne ich mit 80% Energieentnahme, so benötige ich also pro Speichertag 412 Ah oder fast 5 kWh an Kapazität. Derzeit haben wir 400 Ah Bleiakkus an Bord, uns fehlen also bei 50% Entnahme 130 Ah, oder anders gerechnet: nach 14 Stunden ohne jegliche Ladung ist der Saft alle. Weil es sich bei den 330 Ah um eine konservative Rechnung handelt und um einen Durchschnitt, hielt der Strom auch manchmal länger, vor allem weil wir ja auch den Schiffsdiesel zum Auslaufen und Anlanden verwenden. Aber nach einer Nacht am Anker waren die Batterien meistens einfach leer...
Fazit: neue Energiespeicher und auch Energiequellen müssen her! Stay tuned...[:]

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