DE3836259A1 - Solarsegelyacht - Google Patents

Description

Yachten, die längere Fahrten im Mittelmeer wie auch auf den Ozeanen unternehmen, haben das Problem, die Flauten zu überwinden. Ein Hilfsmotor ist nur bedingt hilfreich, da zu wenig Zuladungs­ möglichkeit für Brennstoff vorhanden ist.

Diese Segelgebiete haben jedoch ausreichend Sonnenschein für solare Energiegewinnung. Leider ist die Decksfläche viel zu klein für ausreichend Solarzellen.

Die Segelfläche ist ausreichend, wenn man sie für Solarzellen verwendbar macht und beidseitig belegt. Andererseits hat eine Yacht ca. 40% ihres Gewichts als Ballastkiel, den man durch z. B. Bleibatterien als Energiespeicher ersetzen kann.

Eine 11 m-Yacht, deren Segelfläche zu ca. 70% mit Solarzellen bestückt ist (beidseitig), hat selbst bei Reduzierung der Wirkung (senkrechte Flächen und eine Seite des Segels immer im Schatten) auf 35% einen Aktionsradius ausgehend von vollgeladener Batterie und solarer Nachladung von über 100 sm im Etmal.

Eine weitere Nachlademöglichkeit der Batterie bei Schlechtwetter, aber guter Segelfahrt, ergibt sich daraus, den vorhandenen E-Motor als Wellengenerator laufen zu lassen.

Ein Solarsegelboot müßte aber folgende Voraussetzungen erfüllen:

• - leichte Reffbarkeit der Solarsegel und geringen Stauraumbedarf
• - keine schlechtere Segeleigenschaften als normale Yachten
• - äußeres Erscheinungsbild möglichst wie konventionelle Segler
• - einfaches Rigg, d. h. geringe Investitionskosten
• - Integrierbarkeit der Solarzellen und der el. Fahranlage

Diese Anforderungen werden erfindungsgemäß gelöst.

Für das Einsetzen der ehemaligen aufwendig reffbaren Rahsegel gibt es Lösungen (s. Schiff + Hafen, Heft 12/1980) mit modernen Profilen, die wesentlich höhere Auftriebsbeiwerte haben, jedoch wegen der der besseren Reff- und Staubarkeit noch Stoffsegel vorgesehen sind. Erfindungsgemäß werden Segelsegmente aus Kunststoff (7) in Sandwich­ bauweise eingesetzt.

Das Rigg kann einen feststehenden Mast (1), wie beim sog. Mod. Square Rig. haben. Dann muß er biegesteif nach hinten sein, da er nur vom Top nach vorne abgestagt werden kann (2), (6) und nach vorn durch Achterstege (3), (4), (5) gehalten wird.

So wird mit einem Mast mit 3 Segeln eine sogenannte Büse realisiert:

Solarsegel (7), Fock, Klüver (8) und Achtersegel (Fig. 1). Mit 2 Masten und 2 Solarsegeln entsteht eine sogenannte Brigantine.

Die Masten können auch drehbar sein, wie beim "Dyna" Tripod oder "Dyna" Pole Type. In jedem Fall erhalten die Segelsegmente Scharniere oder Gelenke (12), um reffbar und besser staubar zu sein und eine Staueinrichtung (11), die vor dem Mast angeordnet ist und bei fest­ stehendem Mast an einer Achse am Mastfuß (2) gelagert ist und mit Rollen (27) auf Deck geführt wird und bei drehbarem Mast mit dem Mastfuß fest verbunden ist.

Damit eine segmentweise Reffung möglich ist, wird die beidseitig der Segelsegmente (7) integrierte Solarfläche so verschaltet und aufgeteilt, daß annähernd gleiche Spannung vorhanden ist, so daß bei parallelgeschalteten Segmenten ein segmentweises Reffen möglich ist.

Die flexiblen Kabel werden von Segment zu Segment in der Ebene der Scharniere verlegt. Das Ende des Sammelkabels wird von der Stau­ einrichtung über den Drehpunkt (20) geführt.

Die Segelsegmente (7) werden vor dem Mast in einer Führungsschiene eingeschoren und mit einem Fall (16) nach oben geheißt und mit einem Niederholer (3) nach unten geholt.

Bei Verwendung eines Zweibeinmastes (Fig. 4) ist die Führung der Segmente seitlich.

Die Segelstaueinrichtung kann eine Winde sein (Fig. 1) mit an das Außenprofil des unteren Segments angepaßter Form (Fig. 3) und einem viereckigen Querschnitt (1) oder z. B. sechseckig (Fig. 2). Eine Minimierung des Stauvolumens erreicht man, indem die Segmente sich zum Masttop trapezförmig verringern (Fig. 3). Das Kabel wird zweckmäßig durch die hohle Welle der Winde geführt (13).

Eine zweite einfache Stau- und Reffmöglichkeit ergibt sich durch Falten der Segelsegmente nach Fig. 4, hier an einem Zweibeinmast dargestellt. Ein wesentlich kleinerer Stauraum ergibt sich, wenn nur jedes zweite hier gleichgroße Segment starr (7) aus Kunststoff ist und dazwischen über einem klappbaren Rahmen ein Segeltuch-Segment ange­ ordnet ist.

Der Rahmen (14) hat nur geringe Breite und ist mit Scharnieren am annähernd geraden Teil der Profil-Segment-Segel (7) derartig verbunden, daß ein Falten der Segmente (7) mit den Scharnieren (12) mit der konkaven Seite nach unten möglich ist.

Die Segeltuchsegel (15) erhalten durch die starren Segmente wie bei dem "Dyna"-Segel ihre aerodynamische Form, wobei die vertikalen Rahmenstege in Segeltaschen eingelassen sind.

Das Elektrokabel (13) wird hierbei zweckmäßigerweise durch die Vertikalstreben des Rahmens nach unten und vom untersten Segment über den Drehpunkt (20) des Staukastens (16) zum Ladegerät (25) einer Batterie (24) geführt (Fig. 7).

Eine noch einfachere Lösung des Solarsegels ergibt sich, wenn man die Rahmen (14) wegläßt und das Segeltuchsegment (15) zum Falten benutzt. Das Kabel (13) wird dann von einem starren Segelsegment zum nächsten durch eine vertikale Segeltasche des Segeltuches geführt. Diese Lösung erfordert jedoch ggfs. Brassen oder Backstagen am oberen Teil des Solarsegels beim Fahren am Wind.

Damit die Kunststoffsegelsegmente durch die Solarzellen nicht zu schwer werden, werden kunststoffgebettete Solarzellen (17) (Gewicht ca. 2.5 kg/m²) anstelle glasgebetteter Solarzellen verwendet und beidseitig der Profilflächen direkt eingeklebt (Fig. 5 und 6).

Um eine Kühlung zu gewährleisten, werden in der neutralen Phase der Profilsegmente Lüftungsschlitze (18) vorgesehen, und damit diese bei ausgefahrenem Segel auch durchströmbar werden, sind an den Stoßstellen der Segmente abwechselnd Querschlitze (19) nach Fig. 6 von vorn und von achtern vorgesehen.

Claims (11)

1. Autarke Energieversorgung für einen elektrischen Hilfsantrieb für Yachten und Frachtensegler aus Sonnenenergie durch an starre Segelsegmente beidseitig integrierte Solarzellen, dadurch gekennzeichnet, daß vor drehbaren Ein- oder Doppelmasten oder vor feststehenden Einzelmasten mit für die Segelanstellung erforderlichen drehbaren Segelführungsschienen (z. B. T-Schienen) rechteckige oder trapezförmige Rahsegelsegmente, aufziehbar durch ein Fall und reffbar durch einen Niederholer derartig angeordnet sind, daß die Segelsegmente mit Scharnieren oder Gelenken im mittleren des sonst aerodynamisch gekrümmten Teils des Querschnittes verbunden sind, daß
diese Segelsegmente beidseitig mit in Kunststoff eingebetteten Solarzellen so belegt sind, daß jedes Segment bei gleicher Sonnen­ einstrahlung annähernd gleiche Spannung erzeugt und daß die Anschlüsse der Solarzellen durch elastische Elektro-Kabel in der Ebene der Scharniere bzw. Gelenke von Segelsegment zu Segelsegment parallel erfolgen und vom letzten Segment über den Drehpunkt einer mit den Segeln verdrehbaren Segelstaueinrichtung zur Ladeeinrichtung einer Batterie geführt werden und daß von der Batterie über einen Umrichter ein E-Motor als Propellerantrieb gespeist werden kann.

2. Nach 1., dadurch, daß die Segelstaueinrichtung eine Windentrommel mit mehreckigem Querschnitt (z. B. 3, 4, 5 o. 6 Ecken) ist, auf die die Segelsegmente mit der Krümmung zur Windenachse aufgewickelt werden können.

3. Nach 1. und 2., dadurch, daß die Segmente sich zur Mastspitze hin trapezförmig verjüngen.

4. Nach 1., dadurch, daß nur jedes zweite Segelsegment einen starren Kunststoff-Profilkörper darstellt, der beidseitig mit Solarzellen belegt ist, daß jeweils dazwischen im quasi geraden Teil des Profilquerschnitts ein Rahmen mit einer derartigen Scharnier­ anordnung vorgesehen ist, daß ein Falten der Solarsegmente mit der konkaven Seite zum Deck in einem Segelstaukasten raumsparend möglich ist und daß vor dem Rahmen jeweils entsprechend dem Segelsegmentprofil von einem starren Segelsegmente zum nächsten Segeltuch gespannt ist und daß die Kabelführung von einem Solar-Segelsegment zum nächsten durch einen vertikalen Rahmen­ teil erfolgt.

5. Nach 1. und 4., dadurch, daß der Rahmen jeweils entfällt und allein die Segeltuchbahnen, die von den starren Segelsegmenten wie von profilierten Rahen gehalten werden, ein raumsparendes Falten in den Segelsegmentstaukästen ermöglichen und daß die elektrischen Kabelverbindungen von einem Solar-Segelsegment zum nächsten in den Segeltuchbahnen des Zwischensegels geführt werden.

6. Nach 1. und 5., dadurch, daß die Kunststoff-Solar-Segelsegmente in Sandwichbauweise mit horizontalen Lüftungsschlitzen zur Kühlung der Solarzellen gebaut werden und an den Stoßseiten der Segmente Luftzuführungs- und -abführungsschlitze in Querrichtung abwechselnd von vorn und achtern haben und die vertikalen Lüftungsschlitze in der neutralen Phase des Profilkörpers liegen.

7. Nach 1. und 6., dadurch, daß bei voller Segelfahrt des Schiffes der Umrichter auf Drehzahlregelung des Propellers zwischen 20 und 40% Solldrehzahl eingestellt wird, so daß der E-Motor als Generator zur Ladung der Batterie dient.

8. Nach 1. und 6., dadurch, daß als Umrichter ein selbstgeführter Wechselrichter und als Motor ein Drehstrom-, Synchron-, Asynchron- oder permanenterregter Synchronmotor vorgesehen wird.

9. Nach 1. bis 8., daß ein Programm für ein µ-prozessor­ gestütztes automatisches Selbststeuer vorgesehen ist, mit dem bei Segelfahrt in Abhängigkeit des scheinbaren Windes die optimale Segelstellung des Solarsegels berechnet wird und bei Flaute und Sonnenschein die optimale Stellung des Solarsegels für die Solarenergieaufnahme nach Sonnenstandsrichtung berechnet und ggfs. automatisch über Stellmotoren nachgefahren wird anstelle des Ruderblattes.

10. Nach 1. bis 9., dadurch, daß die Stellung des Solarsegels durch Drehung der Segelstaueinrichtung und durch Brassen oder Backstagen erfolgt.

11. Nach 1. bis 10., dadurch, daß der normale Bleiinnenkiel einer Yacht durch Bleibatterien gewichtsmäßig ersetzt wird.