Poiché esiste una relazione equilibrata tra il carico (ampere), l’energia richiesta dal carico (watt) e la tensione, tensioni più elevate significano meno ampere per fornire una determinata quantità di energia. (Watt = Volt x Ampere). Le dimensioni dei cavi sono dettate dagli ampere che il cavo trasporta. Ciò significa che un impianto a 12 volt che assorbe, ad esempio, 3000 Watt, sufficienti per spingere una piccola barca da corsa in acque calme, dovrebbe trasportare 250 ampere (3000 diviso 12). Ma un sistema a 48 volt che produce gli stessi 3000 Watt avrebbe solo 62,5 ampere (3000/48). Il diametro dei cavi richiesto da 62,5 ampere è decisamente inferiore a quello richiesto da 250 ampere e gli effetti di caduta di tensione su cavi molto lunghi, un problema ancora più grave sulle imbarcazioni più lunghe, saranno meno evidenti. I cavi di diametro maggiore sono più ingombranti da far passare nelle guaine, più pesanti e più costosi di quelli di diametro minore. Più le imbarcazioni sono dotate di elettronica o di apparecchiature, maggiore è il numero di cablaggi necessari e tutto ciò che consente di realizzare cablaggi più leggeri è di grande utilità su qualsiasi imbarcazione
I vantaggi non si limitano ai cablaggi, ma nel caso della propulsione elettrica di imbarcazioni, il passaggio a tensioni più elevate comporta enormi vantaggi per il motore stesso. In un motore brushless a corrente continua (BLDC), come quello utilizzato nella maggior parte dei sistemi di propulsione elettrica VETUS, il movimento si basa sull’interazione tra il campo magnetico del rotore e un campo magnetico rotante generato da correnti temporizzate negli avvolgimenti dello statore in rame. L’aumento della tensione di funzionamento del motore per una data potenza in ingresso riduce la corrente quadratica media in ingresso (RMS) e, di conseguenza, le perdite di rame dell’avvolgimento di statore
Ciò presenta il possibile vantaggio di ridurre il diametro del filo di rame di avvolgimento all’interno del motore, con conseguente risparmio di peso, volume e costi. Il rame è costoso e pesante.
Il risparmio di volume diventa critico quando le imbarcazioni a propulsione elettrica alloggiano il motore sotto il pavimento dello scafo con trasmissione diretta all’elica. Il diametro del motore determina di fatto le dimensioni del mozzo dell’elica e più piccolo è il mozzo dell’elica, più efficiente dal punto di vista idrodinamico può essere.
Con l’aumentare delle dimensioni delle imbarcazioni, anche le apparecchiature come le eliche di manovra diventano più grandi, il che rende più evidenti fattori come la caduta di tensione e il diametro dei cavi.
Una possibile domanda potrebbe essere: “Se le tensioni più elevate sono così vantaggiose, perché le imbarcazioni non
adottano i sistemi da 400 volt o addirittura i più recenti sistemi da 800 volt utilizzati sulle auto elettriche?”. Il problema è la sicurezza sull’acqua. Non esiste ancora una legislazione che stabilisca tensioni sicure “standard” per gli impianti nautici, ma l’acqua è relativamente conduttiva, quindi in ambiente marino è più facile prevedere una situazione di cortocircuito rispetto a un veicolo stradale. Tenendo conto di questo pericolo, i legislatori stanno valutando la possibilità di stabilire degli standard per la nautica, e l’UE sembra essere favorevole a un limite di 50 volt.
Tensioni più elevate saranno possibili, ma è probabile che comporteranno un notevole onere legislativo, forse anche un’ispezione e una certificazione individuale, poiché il funzionamento di tensioni più elevate in acqua richiede notevoli considerazioni aggiuntive in materia di sicurezza. Altre giurisdizioni hanno preso in considerazione la possibilità di arrivare a 80 volt, ma sembra che la tendenza legislativa generale si stia orientando verso un limite di 50 volt, che in pratica significa uno standard per l’elettronica nautica a 48 volt.
Senza addentrarci troppo nei libri di storia, vale la pena di chiedersi perché ci siamo ritrovati con così tante imbarcazioni con impianti a 12 volt, se 12 volt significa cablaggi più pesanti, più costosi, più grandi e una minore efficienza del motore rispetto agli impianti a tensione più alta. I primi impianti per imbarcazioni erano a 12 volt perché i 12 volt erano lo standard automobilistico di fatto. I 12 volt andavano bene per le auto; in un’auto pochi cablaggi superano i 4 metri, quindi fattori come la caduta di tensione su
lunghe tratte non erano un problema. Ma quando le imbarcazioni sono diventate più grandi, lo standard a 12 volt ha iniziato a fare fatica e con le imbarcazioni più grandi che utilizzavano motori derivati da camion con i loro sistemi a 24 volt, siamo passati a 24 volt e ora, sempre più spesso, a 48 volt. Anche l’idraulica ha guadagnato popolarità per mitigare i problemi di caduta di tensione, ma il fluido idraulico è pesante in caso di lunghe tubazioni, deve essere cambiato periodicamente e può causare danni costosi in caso di perdite.
Tuttavia, non è ancora realizzabile cambiare tutti gli impianti delle imbarcazioni a 48 volt. Alcuni accessori, come le pompe di sentina, non si trovano ancora facilmente a 48 volt. Pertanto, la maggior parte degli yacht moderni in costruzione avrà un mix di 24 e 12 volt, spesso con 48 volt disponibili anche per la propulsione elettrica e i propulsori.
VETUS, in quanto “creator of boat systems”, sostiene i 48 volt come futura tensione “standard” per la propulsione elettrica nautica. Ripensando a quanto detto a proposito delle tensioni più elevate che comportano oneri legislativi aggiuntivi, i sistemi VETUS sono in gran parte plug and play. Per raggiungere gli obiettivi di decarbonizzazione, ovvero lo sviluppo della propulsione elettrica per il maggior numero di diportisti il più rapidamente possibile, sono necessari sistemi plug and play. Come afferma Arthur Roeling, direttore del reparto di Ricerca e Sviluppo in VETUS: “Per un armatore che ripotenzia un’imbarcazione a motore diesel non è molto più difficile optare per una propulsione elttrica
rispetto alla rimotorizzazione con un altro diesel. Prodotti come i nostri motori E-Line ed E-POD, entrambi disponibili in configurazione a 48 volt, hanno i loro controllori nell’involucro e sono a trasmissione diretta, eliminando così gran parte delle resistenze a un progetto di elettrificazione nautica”. La gamma compatta di motori E-LINE è progettata per adattarsi ai basamenti e alle linee d’asse esistenti. Le staffe di montaggio Swap & Go in dotazione, con supporti motore sviluppati appositamente per i motori di propulsione elettrica, possono essere facilmente regolate in altezza e impostate per angolare l’albero a 0° o 8°. In questo modo, il ripotenziamento e il collegamento a un albero portaelica esistente diventano un’operazione semplice. Chi costruisce o ristruttura un’imbarcazione a propulsione elettrica vuole la tranquillità di una tensione sicura senza dover addentrarsi in tensioni più elevate che necessitano una legislazione e una certificazione apposita”.
A prua, VETUS e i suoi brand sono stati per molti anni leader mondiali nel settore delle eliche di prua e dei verricelli, quindi la scelta di rendere compatibile gran parte della gamma con i 48 volt è una mossa importante nel settore nautico. La serie VETUS BOW PRO 48VDC e la serie BOW PRO Boosted (modelli di eliche di manovra da 180 kgf a 400 kgf) sono tutte compatibili con i 48 volt, così come la gamma di verricelli Maxwell P&S, dai modelli RC8 a RC12, e i relativi tonneggi.
Con la transizione del settore verso tensioni più elevate, è fondamentale non lasciare indietro le imbarcazioni esistenti. Per questo motivo, tutte le eliche di manovra BOW PRO Boosted (BOWB) sono dotati di un’esclusiva funzione di caricabatteria intelligente DC-DC brevettata, che consente di caricare i banchi di batterie a 24 VDC da un alimentatore a 12 VDC e, nel caso dei BOWB a 48 VDC da un alimentatore a 24 VDC esistente. Le BOWB possono essere
caricate attraverso una terza connessione di carica sul motore. Questa connessione di carica è costantemente monitorata e si attiva solo quando il livello di tensione della sorgente di carica raggiunge un livello adeguato. Questa funzione evita che la sorgente di carica si esaurisca; un aspetto importante se il circuito è alimentato dal banco batterie di avviamento del motore. Il sistema di alimentazione del motore è in grado di aumentare la tensione dell’ingresso e di regolarla in modo intelligente per caricare il banco di alimentazione dell’elica di manovra. In pratica, ciò significa che si può collegare la BOWB da 24 VCC con un alimentatore da 12 VCC o la BOWB da 48 VCC con un alimentatore da 24 VCC per caricare il proprio banco batterie. Il processo di ricarica intelligente a tre stadi assicura che le batterie dell’elica di manovra siano mantenute al livello ottimale. Quando l’elica di manovra non è in uso, il caricatore incorporato ricarica automaticamente la batteria, raddoppiando il suo valore sia come propulsore che come caricatore. VETUS offre anche i banchi batteria necessari per alimentare questi prodotti.
Tutti i prodotti VETUS a 48V possono collegarsi alla rete CAN bus VETUS V-CAN. Lo sviluppo di questo protocollo proprietario V-CAN consente a VETUS di mantenere i fattori di sicurezza implementati nei suoi prodotti.
L’azienda ha inoltre progettato una gamma di prodotti in grado far comunicare il sistema proprietario V-CAN con i liguaggi J1939 o NMEA2000, sempre per sottolineare i vantaggi “plug and play” dei suoi sistemi.
In conclusione, Sander Gesink, direttore marketing di VETUS, afferma: “Si è parlato molto di tensioni più elevate per le imbarcazioni, soprattutto nell’ultimo decennio, quando la propulsione elettrica è salita alla ribalta. Come sempre in questi casi, alla fine è il mercato a decidere e ogni giorno sono sempre più numerosi gli impianti nautici a 48 volt, segno che il movimento verso uno ‘standard’ a 48 volt ha ormai raggiunto un punto di non ritorno. Noi di VETUS siamo lieti di vedere e di far parte di questo movimento. L’adozione di un maggiore livello di standardizzazione nel mercato significa che i produttori come VETUS possono avere la fiducia di sviluppare più prodotti e migliori, più rapidamente per guidare il processo di decarbonizzazione, che, in fin dei conti, è ciò di cui ci occupiamo.”
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