Elektroboot

Ein Elektroboot ist ein Motorboot, das elektrisch angetrieben wird. Das geschieht üblicherweise, indem elektrische Energie aus dem Stromnetz mittels Ladegerät in eine Batterie geladen wird. Der größte Teil davon kann während der Fahrt einem mit einem Propeller verbundenen Elektromotor zugeführt werden.
Ein Solarboot ist eine spezielle Form eines Elektroboots, bei dem die Energie hauptsächlich durch an Bord installierte Solarzellen bereitgestellt wird.
Elektroboote waren von den 1880er bis zu den 1920er Jahren populär, danach dominierten Antriebe mit Verbrennungsmotoren. Seit der Energiekrise in den 1970er Jahren entstand erneut Interesse an dieser Form der Fortbewegung auf dem Wasser, zumal es inzwischen möglich ist, die Batterien direkt oder indirekt mit erneuerbaren Energien zu laden. Mit Solarbooten wurde es erstmals möglich, gleichzeitig sowohl eine theoretisch unbegrenzte Reichweite wie bei Segelbooten als auch eine Manövrierfähigkeit wie bei Motorbooten zu erreichen. Das erste praktische Solarboot wurde vermutlich 1975 in England konstruiert (siehe Electrical Review Vol. 201 No. 7, 12. August 1977).

Wie alle Fahrzeuge brauchen Elektroboote für die benötigte Energie eine primäre Quelle, eine Speichermöglichkeit und eine Umwandlung in mechanischen Vortrieb. Außer bei ganz wenigen magnethydrodynamischen Booten geschieht das über Elektromotoren und Propeller oder Schaufelräder.
Energiequelle

Bei den meisten Elektrobooten werden die Batterien mittels Ladegerät am landseitigen Stromnetz aufgeladen. Die Umweltfreundlichkeit solcher Elektroboote besteht in den fehlenden direkten Schadstoffemissionen des Bootes selbst, hängt jedoch indirekt vom eingekauften Strommix ab. Wirkungsgrad und Umweltfreundlichkeit eines thermischen Kraftwerkes sind in der Regel besser als bei individuellen Verbrennungsmotoren. Elektrische Lademöglichkeiten sind in Marinas üblich. In einigen Gegenden sind sie in Häfen und bei Anlegestellen für Touristen zu finden.
Solarzellen können auf vorhandenen oder extra errichteten Flächen angebracht werden. Die meisten Solarboote haben horizontale Solardächer, da diese selbst gegenüber starken Winden relativ unempfindlich sind. Jedoch kann eine der Sonne zugeneigte Fläche mehr Leistung abgeben und verstellbare Flächen sind unabdingbar, wenn Solarboote im Winter in nördlichen Breitengraden betrieben werden sollen.
Solarzellen können auch landseitig am Liegeplatz eines Elektroboots oder Solarboots aufgebaut werden und stehen so während der meist langen Liegezeiten der Boote zur Verfügung. Üblicherweise werden solche Anlagen mit dem Stromnetz verbunden, damit die überschüssige Sonnenenergie ins Netz eingespeist werden kann, wenn die Bootsbatterie voll geladen ist, oder im Gegenteil vom Stromnetz geladen werden kann, wenn die Einstrahlung nicht reicht. Bei einigen Solarbooten werden dazu auch die Solarzellen an Bord in den Netzverbund einbezogen. Solche Boote liefern über das Jahr gemittelt meistens einen Überschuss ins Stromnetz.
Die Größe der Solarfläche bestimmt Leistungsfähigkeit und Reichweite. Solarboote mit verhältnismäßig großen solar nutzbaren Flächen erreichen bei guten Bedingungen ihre Reisegeschwindigkeit ohne Energie aus der Batterie zu nehmen, oder können gleichzeitig fahren und die Batterie laden. Solche Boote können selbst bei Bewölkung Fahrt machen, ohne die Batterie zu verwenden und haben somit meistens eine unbegrenzte Reichweite.
Schlepp-Generatoren sind bei Segelyachten üblich, die lange Strecken zurücklegen. Bei kräftigem Wind wird nahe der Rumpfgeschwindigkeit gesegelt. Der zusätzliche Widerstand des Generators fällt dann kaum ins Gewicht. Bei Flaute kann die so gespeicherte Energie bei eingeholtem Schlepp-Generator wieder verwendet werden. Einige Boote benutzen statt eines geschleppten Generators den normalen Propeller und den elektrischen Bootsmotor auf diese Weise. Jedoch sind bei einem üblichen Propeller die Flügel für den Generatorbetrieb falsch herum.
Windgeneratoren sind bei Segelyachten üblich. Sie sind wie die Schlepp-Generatoren bei starkem Wind unterwegs nützlich, noch viel mehr aber bei Liegezeiten im Hafen oder vor Anker. Bei den üblichen Größen sind es jedoch bestenfalls Hilfsantriebe. Es gibt einige Yachten mit so großen Windturbinen, dass diese den Hauptantrieb stellen. Sie arbeiten jedoch rein mechanisch; es sind noch keine primär mit Wind betriebene Elektroboote bekannt. Größere Windturbinen stellen auf einem kleinen Boot ein schwierig zu lösendes Sicherheitsproblem dar.
Wärmekraftmaschinen können mit Generatoren auch zur Erzeugung elektrischer Energie verwendet werden. Solche Hybridantriebe sind bei großen Schiffen üblich, wobei hier praktisch keine Energiespeicherung stattfindet, bei Elektrobooten hingegen schon. Es gibt zwei Methoden:
Beim Serienhybrid lädt ein kleiner Generator mit Verbrennungsmotor oder Stirlingmotor die Batterie. Der Bootsantrieb erfolgt ausschließlich elektrisch.
Beim Parallelhybrid wirken sowohl der Verbrennungsmotor als auch der Elektromotor auf die Antriebswelle und können separat verwendet werden. Beim Betrieb des Verbrennungsmotors kann der Elektromotor als Generator verwendet werden und lädt dann die Batterie. Die große Menge entstehender Abwärme kann durch Wärmeübertrager auch für die Heizung oder Zubereitung von Warmwasser verwendet werden.
Mit PV-H2-Hybridtechnologie ausgerüstete Elektro- oder Solarboote verwenden eine Kombination aus Photovoltaik und Brennstoffzellen, letztere betrieben mit Wasserstoff, der wiederum reversibel mit Hilfe von Solarzellen gewonnen wird. Ein weltweit erster Prototyp, die „Solgenia“, wird als Forschungsschiff an der Hochschule Konstanz entwickelt und seit Anfang 2007 auf dem Bodensee im praktischen Betrieb eingesetzt.

Batterie

Wie bei Landfahrzeugen ist auch bei Booten die Batterie die Komponente, die die Eigenschaften des Fahrzeugs am stärksten einschränkt, da die Energiedichte im Vergleich zu chemischen Energiespeichern kleiner ist. Zumindest bei langsamen Verdrängungsbooten ist das allerdings weniger durch das Gewicht als durch die Kosten gegeben, besonders da alle elektrochemischen Batterien eine stark begrenzte Lebensdauer haben.
Es können alle Batterietypen eingesetzt werden. Bei kleinen Booten erlauben Nickel-Cadmium- oder Nickel-Metallhydrid-Batterien kurzzeitig hohe Leistungsdichten, so dass Geschwindigkeiten über 100 km/h möglich sind (Electric Boat News Vol. 18 Nr. 4, Winter 2005/2006). Üblicherweise werden die bewährten, aber schweren Blei-Batterien eingesetzt.
Die Größe der Batterie bestimmt mehr als jede andere Komponente die Verwendbarkeit des Elektro- oder Solarboots. Eine große Batterie erlaubt eine ordentliche Reichweite bei niedrigen Geschwindigkeiten; mit einer einzigen Ladung wurden bereits über 200 km erreicht (Electric Boat News Vol. 14 Nr. 4, Winter 2001/2002). Extreme Solarboote haben gar keine oder nur eine sehr kleine Batterie. Vergnügungsboote sind mit einer Batterie ausgestattet, die für eine Tagesreise ausreicht.

Geschwindigkeitsregler

Um das Boot zu manövrieren ist mindestens ein Vor- und Rückwärtsschalter nötig, am besten mit einigen Stufen. Heute sind elektronische Regler üblich, die eine stufenweise Anpassung bis zu den kleinsten Geschwindigkeiten erlauben. Solche Boote sind besonders einfach zu fahren. Moderne Regler erlauben einen 4-Quadranten–Betrieb, das heißt Antrieb und Bremsung sind jeweils vorwärts und rückwärts möglich. Üblicherweise wird jedoch durch Antrieb in Rückwärtsstellung gebremst.

Elektromotor

Der Elektromotor ist die zentrale Komponente jedes Elektroboots. Neben den Inbordmotoren beliebiger Bauart gibt es für kleine Boote ein große Auswahl an Außenbordern.
Bekannte Hersteller sind:
Aquawatt
Aquamot
Bellmann
Kräutler
Propeller [Bearbeiten]
Der Propeller ist der moderne Bootsantrieb schlechthin, obwohl auch Schaufelräder möglich sind, die beim Anfahren und Bremsen ihre Vorteile haben. Um eine befriedigende Reichweite zu erhalten, ist bei Elektrobooten ein besonders hoher Wirkungsgrad notwendig. Deshalb werden eher große, langsam drehende Propeller eingesetzt, wobei jedoch ein Kompromiss mit den Gebrauchseigenschaften gefunden werden muss, vor allem bezüglich Tiefgang und Anfälligkeit auf Seegras. Die geforderten niedrigen Drehzahlen lassen sich nur mit Spezialmotoren, besonders großen Motoren oder mit Getrieben erreichen.

Typen

Historische Elektroboote sind vor allem in Großbritannien populär. Siehe zum Beispiel Mary Gordon Electroboot (englisch).
Elektroboote für Inlandgewässer. Viele Kanäle, Flüsse und Seen sind relativ klein und windgeschützt und haben oft Geschwindigkeitsbeschränkungen. Hier sind Elektroboote ideal. Auf einigen Gewässern sind Elektroboote die einzigen zugelassenen Motorboottypen. Auf Grund der geringen Energiedichte sind Elektroboote nicht für Anwendungen mit dauerhafter hoher Leistungsanforderung (zum Beispiel dauernd hohe Geschwindigkeiten oder lange Fahrten gegen Wind und Wetter) geeignet.
Elektroaußenborder. Die als Massenprodukt erhältlichen Elektroaußenbordmotoren für kleinere Boote haben wegen der kleinen, schnell drehenden Propeller eher schlechte Wirkungsgrade, sind aber ausgereift. Einige in Kleinserien oder als Prototypen hergestellte Außenborder haben höhere Wirkungsgrade und eignen sich für Vergnügungsboote. Die Lebensdauer mancher Typen ist ohne intensive Wartung ungenügend für den professionellen Einsatz, beispielsweise bei Fähren.
Segelyachten haben heute fast immer einen Hilfsmotor. Es gibt zwei hauptsächliche Verwendungszwecke, zum einen als Flautenschieber und zum anderen, um in Häfen oder engen Einfahrten zu manövrieren. Für beide Zwecke kann ein Elektroantrieb gute Dienste leisten, denn bei langsamer Fahrt bei Flaute wird sehr wenig Leistung benötigt und es kann auch mit einer kleinen Batterie sehr lange gefahren werden. Hafenmanöver dauern hingegen meistens wenige Minuten und selbst kleine Elektromotoren können während dieser Zeit größere Leistungen bereitstellen und sind sehr fein regelbar.
Hybridboote verwenden, wie weiter oben beschrieben, meistens einen Verbrennungsmotor und ein Elektromotor. Bei kleinen oder besonders widerstandsarmen Booten haben sich stattdessen auch Muskelkraft-Antriebe bewährt.

Passagier-Solarboot Solifleur, Yverdon 1995
Solarboote. Photovoltaik wird auch bei Booten eingesetzt. Im Gegensatz zu Elektrobooten nutzen Solarboote die direkte Sonnenstrahlung als Energiequelle. Jedoch besteht eine stufenlose Übergang zwischen reinen Elektrobooten und reinen Solarbooten. Es gibt extreme Solarboote ohne Batterie für Rekordzwecke, solche mit einer ganz kleinen Batterie für Rennzwecke, Gebrauchssolarboote für Reisezwecke, und Vergnügungsboote mit wenig Solarzellen, die den Verbrauch am Wochenende etwa decken können, wenn sie die Batterie im Sommer während der Woche laden können.
Weitere Angaben und Verweise siehe Solarfahrzeug.
Oberleitungsfähren beziehen ihre Energie aus einer Oberleitung ähnlich O-Bussen