Самое большое в мире судно на солнечных батареях

Через 14 месяцев и 68 000 рабочих часов после закладки судна в начале 2009 года на кильской верфи Книерим состоялся спуск на воду PlanetSolar Turanor, . 31 марта 2010 года был завершен самый эффектный и инновационный проект в истории судостроения. Гиганский катамаран «Tûranor PlanetSolar» после освящения был выпущен в кильские фьорды. Совершив несколько испытательных походов, «Tûranor PlanetSolar» в начале мая 2010 был представлен широкой общественности в связи с 821-летием порта Гамбург.

К этому моменту еще отсутствовали крылья с дополнительными фотогальваническими моделями, в заключение они были установлены и прошли испытания в ходе плавания из Северного в Средиземное море до порта Монако. Оттуда Tûranor PlanetSolar стартовал 27 сентября 2010 года в кругосветное плавание. Международный экипаж катамарана состоит из шести человек, среди них швейцарский проектировщик Рафаэль Домьян.

Совершая кругосветное плавание, которое закончилось чуть более года назад, морское судно PlanetSolar Turanor, передвигающееся исключительно за счет солнечной энергии, установило несколько мировых рекордов. К этим рекордам относится рекорд дальности плавания и рекорд по скорости пересечения Атлантического океана судном на солнечной энергии. Теперь же, судно PlanetSolar, которое, кстати, является самым большим в мире судном на солнечной энергии, установило новый рекорд, побив один их своих собственных рекордов, установленный еще в 2010 году.

Катамаран PlanetSolar вышел в море 25 апреля 2013 года из порта Лас-Пальмас, Испания, принимая участие в научной океанографической экспедиции. Спустя 22 дня, 12 часов и 32 минуты, судной, пройдя в общей сложности путь в 5310 километров, 18 мая 2013 года достигло острова Святого Мартина во Французской Вест-Индии.

Два электродвигателя, получающие энергию от фотогальванических элементов, общей площадью 537 квадратных метров, позволяли судну, длиной 31 метр и шириной 15 метров, двигаться со средней скоростью 5.3 узла, хотя максимальная скорость, которую может развить судно PlanetSolar Turanor, составляет около 14 узлов.

Следует заметить, что в идеальном случае судно могло пересечь Атлантический океан еще быстрее, но команда вела судно не по самому короткому и прямому маршруту, будучи вынужденной менять курс, избегая областей с сильными ветрами, большим волнением поверхности океана и другими неблагоприятными метеорологическими условиями. Из-за вынужденных изменений курса движения судна PlanetSolar общее пройденное расстояние увеличилось приблизительно на семь процентов.

Несмотря на все трудности и неприятности судну PlanetSolar Turanor удалось побить свой собственный официальный мировой рекорд, сократив время пересечения Атлантического океана на 4 дня, 6 часов и 39 минут. «Трудно и не очень корректно сравнивать оба случая пересечения судном PlanetSolar Атлантического океана, ведь они проводились в разное время года при различных условиях окружающей морской среды» — рассказывает капитан Жерар д’Абовиль (Gerard d’Aboville), — «Но уроки, полученные во время кругосветного плавания, не прошли бесследно. Они позволили нам произвести модернизацию всех основных узлов судна, в частности двигательной установки, что сильно увеличило возможности судна и его характеристики».

Ультрасовременное транспортное средство – судно, корпус которого состоит целиком из пластмасс, армированных углеродным волокном, было построено фирмой Knierim Yachtbau GmbH в Киле. Подразделение Knierim Tooling изготовило пресс-форму для корпуса судна с помощью пятиосной фрезеровальной установки с точностью до десятой доли миллиметра. Огромный катамаран длиной 31 метр, шириной 15 метров и высотой 6,1 метров на сегодняшний день является крупнейшим в мире, когда-либо построенным судном на солнечной энергии.

Конструктор судна, новозеландец Крэг Лумес с фирмы Lomocean Design, создал модель катамарана по принципу Wavepiercer («протыкатель» волн). Это означает, что оба поплавка катамарана при волнении на море разрезают волны, а не всходят на них. Испытатели из компании Germanische Lloyd (GL) дали на это свое разрешение. Главный корпус катамарана лежит над поверхностью воды, что придает судну Tûranor PlanetSolar вид тримарана. Чтобы придать «протыкателю волн» необходимую жесткость, прочность и уменьшить его вес, что важно для экономного режима работы привода, при выборе материалов конструктор не пошел на компромисс. Все детали конструкции 95-тонного судна состоят из композиционного материала – пластика, армированного углеродным волокном.

«Было израсходовано 20,6 тонн углеродного волокна, 11,5 тонн пенопласта и 23 тонны эпоксидной смолы и отвердителя. Это даже для наших сотрудников непростая задача», – говорит управляющий фирмы Knierim Штеффен Мюллер. Оболочка главного корпуса представляет собой сэндвич с покровным слоем из углеродных волокон толщиной 4 мм (двухосно и однонаправленно), и сердечником из 50 мм ПВХ-пенопласта Airex C70.130 высокой плотности. Такое соотношение толщины покровного и внутреннего слоев вместе с высокопрочным сердечником придает деталям конструкции необходимую прочность и легкость.

Инициатором и спонсором проекта стоимостью 14 миллионов евро стал предприниматель Иммо Штрёер из Дармштеттера, которому принадлежит швейцарская инвестиционная компания Rivendell, которая вкладывает средства главным образом в проекты, связанные с возобновляемыми видами энергии и экологически чистыми технологиями. В том числе в берлинское предприятие по производству солнечных батарей Solon AG. Эта фирма и поставила солнечные коллекторы для катамарана Tûranor PlanetSolar. Около 537 квадратных метров поверхности судна покрыто 825 модулями, содержащими около 38 000 солнечных батарей. Достаточно для максимальной мощности 127 л.с. в пересчете на лошадиные силы.

Чтобы корабль мог соответствовать поставленным высоким требованиям и прославить своих разработчиков как пионеров в освоении солнечной энергии, были использованы инновации как в области конструкции, так и материалов. Tûranor PlanetSolar снабжен высокоэффективными литиево-ионными батареями фирмы Gaia Akkumulatorenwerke GmbH из Нордхаузена, которые еще никогда не производились таких размеров. Шесть накопительных блоков накапливают энергию 1,1 мегаватт-час и весят целых 11 тонн. Автомобильные батареи такой же емкости весили бы около 77 тонн.

Аккумуляторы питают четыре электродвигателя – по два на каждый приводной вал. Последние развивают максимальную мощность 2 х 10 и 2 х 60 кВт, достаточную для скорости хода около 7 узлов (примерно 13 км/ч при номинальной мощности 20 кВт). Здесь следует отметить выдающийся выход мощности: КПД составляет 92 процента. Два пропеллера из углеродных волокон, изготовленные фирмой Voith Turbo Advanced Propeller Technologies GmbH & Co. KG из Ростока, наполовину выступают из воды, они в два раза больше обычных гребных винтов и вращаются очень медленно. Руль в открытом море не нужен, так как судно управляется регулируемыми пропеллерами и скоростью вращения двух винтов.

Для укрепления солнечных элементов на поверхности 537 м² был применен особый метод. Так как корпус судна должен быть гибким, чтобы иметь возможность прогибаться в зависимости от нагрузки, например, при волнении на море, фотогальванические панели должны быть установлены так, чтобы эта способность корпуса сохранилась, и панели не повредились. Поэтому фотогальванические модули еще в процессе производства на заводе производителя были наклеены на ламинированные с обеих сторон ПВХ-сэндвичпатени.

Для установки ФГ-модулей решили использовать клей фирмы Sika, фирма Knierim имеет большой опыт работы с ним.

Поверхности подвергли предварительной обработке. Прочность клеевого соединения была испытана в техническом отделе подразделения K&D Industry фирмы Sika.

На поверхность 537м² потребовалось полтонны ПУ-клея. Sikaflex-292, разработанный специально для кораблестроения, отверждается во влажных условиях, обладает отличными адгезионными свойствами, способностью выдерживать большие механические нагрузки и отвечает всем требованиям Международной морской организации (IMO).

Остекление кабины фирмой GL Yachtverglasung, Хальстенбек производилось также посредством полиуретановой системы фирмы Sika. Установка изогнутых стеклопакетов из минерального стекла потребовала особой тщательности. Стекло должно соответствовать всем предписаниям и нормам Международной морской организации (IMO) и классификационных комиссий в отношении его области применения. Клеевой слой на поверхности сцепления стекла должен быть защищен от УФ-излучения. Это обеспечивает кромка с трафаретной печатью. Поверхность стекла была предварительно обработана, как описано выше, затем была нанесена грунтовка Sika Primer-206 G+P.

Разработанный для применения на море клей Sikaflex-296 – это эластичный, допускающий большую нагрузку, выравнивающий отклонения от допуска 1-К-клей на ПУ-основе, высыхающий на влажном воздухе. Он отвечает всем требованиям Международной морской организации (IMO). Sikaflex-296 пригоден для первичного остекления и ремонтных работ всех типов минерального стекла в кораблестроении.