Wartungsarm, abgasfrei und flüsterleise – also fast wie das Segeln selbst – gestalten sich moderne, elektrische Bootsantriebe. In diesem Artikel wird ausführlich beleuchtet, welche Besonderheiten sie sonst noch gegenüber altbewährten Verbrennermotoren aufweisen, welche Lösungen für Segelyachten infrage kommen und was beim Umstieg zu bedenken ist.
Wurde die Antriebsmaschine von Segelbooten früher gern als „Hilfsmotor“ betrachtet, der in erster Linie für Hafenmanöver sowie als „Flautenschieber“ zum Einsatz kam – also eher als eine zur Not auch verzichtbare Komfortkomponente galt – ist die Maschine heute zu einem Hauptbestandteil jeder seegehenden Fahrtenyacht geworden. Kein Fahrtensegelnder wird die Einbaumaschine unter Deck oder bei Kleinkreuzern den Außenborder am Heck beziehungsweise im Schacht heute mehr missen wollen.
Entsprechend hoch sind die Erwartungen an den Motor – er muss kräftig genug sein und verlässlich arbeiten, um gegebenenfalls auch über größere Strecken gegen Wind und Welle ein sicheres Fortkommen zu gewährleisten. Denn heute hilft der Motor längst nicht nur in Flauten aus, sondern soll auf Fahrtenyachten ebenso eine anstrengende Kreuz ersparen, eine Alternative bei Starkwind bieten oder bei Schwachwind noch eine Ankunft bei Tageslicht ermöglichen – vom Überwinden eines gegenläufigen Tidenstroms in Gezeitenrevieren ganz zu schweigen. So sehen viele Fahrtenseglerinnen und -segler in der Maschine auch eine Sicherheitskomponente.
Vor diesem Hintergrund verwundert es nicht, dass die Elektromobilität, die ansonsten allenthalben im Aufwind ist, ausgerechnet auf Segelyachten nur zögerlich Einzug hält. Denn wenn es um einen unverzichtbaren Begleiter geht, fällt der Austausch eines bewährten und vertrauten Antriebskonzepts gegen neue Technologien mit manchen Fragezeichen entsprechend schwer.
Elektro- versus Verbrennermotoren
Nähern wir uns diesen Fragezeichen zunächst mit einem grundlegenden Vergleich von Verbrenner- und Elektromotoren an. Als bewährt dürfen beide Konzepte mittlerweile gelten. Auch bei elektrischen Bootsantrieben gibt es langjährig etablierte Hersteller und umfangreiche Erfahrungen auf der Nutzerseite. Ich habe selbst über die Jahre diverse Segelyachten mit Elektroantrieb testen können – und dabei auch unter schwierigen Bedingungen sehr positive Erfahrungen gemacht.
Ein Vorteil von Elektromotoren liegt darin, dass sie keinen Kraftstoff verbrennen, also auch keine Emissionen (Abgase) anfallen. Und wenn es sich um regenerativ erzeugten Strom handelt, verbessert dies zusätzlich die Ökobilanz. Hinzu kommt die Möglichkeit, die benötigte Energie durch Solarmodule sowie Wind- und Schleppgeneratoren an Bord zumindest teilweise selbst zu erzeugen. Elektromotoren mit Rekuperation funktionieren unter Segeln sogar selbst als Generator.
Zugleich vermag der Elektromotor deutlich mehr der ihm zugeführten Energie zur Erzeugung von Antriebsleistung zu nutzen. Sein Wirkungsgrad liegt bei modernen Antrieben im Allgemeinen bei 85 bis 95 Prozent gegenüber vielleicht 30 bis 40 Prozent bei einem Dieselmotor, bei dem viel Energie als Abwärme verloren geht. Im Teillastbereich – was der typischen Nutzung entspricht – sind es bei einem Bootsdiesel oft noch deutlich weniger, während der Elektromotor auch hier effizient arbeitet.
Und beim Verbrenner geht noch mehr verloren – so zum Beispiel Schmierstoffe und Kühlmittel, aber auch Verbrauchskomponenten wie Filter, Keilriemen, Impeller & Co. Generell weist er angesichts seiner Vielzahl an beweglichen und sich kontinuierlich abnutzenden Teilen einen erheblich größeren Verschleiß als ein Elektromotor auf. Da kommen dann auch die Wartungskosten ins Spiel, die bei einem Elektromotor erheblich niedriger ausfallen.
Übrigens kann Wartungsfreundlichkeit auch einen Sicherheitsaspekt darstellen: Wer schon einmal nachts mitten auf der Nordsee einen Bootsdiesel entlüften oder in mächtiger Atlantikdünung einen Impeller wechseln musste weiß, wovon ich spreche. Obendrein arbeiten Elektromotoren vibrations- und geräuschärmer – ein weiterer Pluspunkt in Sachen Komfort.
Problemfeld Stromspeicherung
Doch wie mein geschätzter Kollege und Bootsmotorenfachmann Michael Herrmann einst so treffend schrieb: „Könnte man elektrische Energie ebenso einfach speichern wie Benzin oder Diesel, gäbe es Verbrenner nur noch im Museum.“ Während mit Blick auf die Elektromotoren selbst eigentlich kaum etwas gegen diese Antriebsart spricht – eher im Gegenteil –, relativiert sich bei der nötigen Akkukapazität doch so manches.
Das gilt nicht nur für die Ökobilanz, sondern auch und gerade mit Blick auf die Lebensdauer, Reichweite und Wirtschaftlichkeit. Denn Stromspeicher sind ungleich teurer als ein Benzin- oder Dieseltanks und auch nicht unbegrenzt haltbar. Doch das muss kein Ausschlusskriterium sein, sondern erfordert lediglich eine umfassendere Betrachtung. Zu welchem Schluss diese am Ende führt, hängt von diversen individuellen Faktoren ab.
Bevor man sich jedoch über die Art und Größe des Stromspeichers nähere Gedanken macht, muss geklärt werden, welche Kapazität überhaupt gebraucht wird. Dafür kommt es wiederum auf die Motorleistung an.
Kaum zu vergleichen
Wer von einem Verbrenner auf einen Elektroantrieb umsteigen möchte, kann immerhin auf einen Vergleichswert in Gestalt der zuvor genutzten Motorleistung zurückgreifen. Allerdings lässt sich die Leistung eines Elektromotors nicht eins zu eins mit der eines Diesels oder Benziners gleichsetzen. Diese Erkenntnis hat sich sogar in den Führerscheinvorschriften niedergeschlagen: Während der Sportbootführerschein in Deutschland bei Verbrennern ab einer Leistung von mehr als 11,03 Kilowatt (kW) verlangt wird, gilt dies bei Elektromotoren schon ab einer Leistung über 7,5 kW.
Elektromotoren wird also annähernd die 1,5-fache Kraft zugestanden. Dieser Faktor lässt sich aber nicht ohne Weiteres auf alle Arten von Elektroantrieben übertragen. Manche Hersteller von elektrischen Bootsantrieben gestehen ihren Produkten sogar die zwei- bis dreifache Power eines Verbrenners zu. Wobei es aber teilweise auch um ganz unterschiedliche Motorentypen geht. So kommen bei elektrischen Bootsmotoren durchaus unterschiedliche Technologien zum Einsatz – ohne an dieser Stelle jetzt tief in die technischen Details eintauchen zu wollen, was jeden vertretbaren Rahmen sprengen würde.
Hinzu kommen vielfältige Ausgestaltungsvarianten – von Außenbordern über Saildrive- und Wellentriebe bis zu sogenannten POD-Motoren, die unter den Rumpf gesetzt werden. Spätestens an dieser Stelle dürfte klar werden, dass die Suche nach einem geeigneten Elektroantrieb nichts ist, was sich mal eben mit einer kurzen Internetrecherche erledigen lässt – sie setzt viel technisches Know-how und umfangreiche Marktkenntnisse voraus, weshalb man unbedingt auf fachkundigen Rat zurückgreifen sollte.
Zumal Elektromotoren eben ganz andere Eigenschaften mitbringen. So vermögen sie quasi aus dem Stand ihr volles Drehmoment zu entwickeln. Bei einem Verbrennungsmotor hängt die Leistung von der Drehzahl ab, wobei bei niedriger Drehzahl mit entsprechend geringer Leistung auch nur ein niedriges Drehmoment zur Verfügung steht. Ein Elektromotor bringt hingegen auch schon bei niedriger Drehzahl eine hohe Leistung ins Wasser. Und er nimmt auch immer nur so viel Leistung auf, wie gerade zum Vortrieb benötigt wird.
Dass bei der Gegenüberstellung von Verbrenner- und Elektroantrieben obendrein wechselweise mit Pferdestärken (PS) und Watt (W) beziehungsweise Kilowatt (kW) gearbeitet wird, macht die Sache nicht einfacher. Immerhin gibt es dafür gesicherte Umrechnungsfaktoren: 1 PS entspricht rund 735 Watt beziehungsweise 0,735 Kilowatt. Eine Leistung von 1 kW (1.000 Watt) wäre somit 1,36 PS gleichzusetzen. Bei der englischen „Horsepower“ (hp) ist allerdings Vorsicht geboten, da sie wiederum etwas von der deutschen Pferdestärke abweicht (1 hp = 1,0139 PS).
Grundlegende Leistungskriterien
Ein 30-PS-Einbaudiesel hätte demnach eine Leistung von rund 22 kW. Gestehen wir dem Elektroantrieb in etwa die doppelte Power zu, sollte hier bei einer Umrüstung also ein 10- bis 12-kW-Motor passen. Doch ganz so einfach ist es nicht, denn womöglich war der alte Diesel ja eigentlich schon überdimensioniert. Angesichts der begrenzten Auswahl an geeigneten Motormodellen repräsentieren Verbrenner nämlich oft eine Kompromisslösung. Deshalb sollte man besser ganz von vorn beginnen.
Der wichtigste Anhaltspunkt für die Bemessung der richtigen Motorleistung ist das Bootsgewicht – also die Verdrängung. Wobei es nicht um den Verdrängungswert im Werftprospekt geht, sondern um das Gewicht der voll ausgestatteten und typisch beladenden Yacht einschließlich Crew. Gerade bei älteren Booten kommt da oft einiges obendrauf. Und auch das Gewicht der geplanten Akkubank sollte mit berücksichtigt werden.
Zum richtigen Verhältnis von Bootsgewicht und Leistung kursieren verschiedene Faktoren. Häufig sind Werte zwischen 1 kW und 3 kW pro Tonne zu finden. Die breite Spanne mag auf den ersten Blick verwundern, trägt aber unterschiedlichen Bootstypen und Anforderungen Rechnung. So hat natürlich auch die Rumpfform starken Einfluss auf die benötigte Motorleistung – ebenso wie die Windangriffsfläche, wenn auch einmal „gegenan gebolzt“ werden soll.
Hinzu kommt das Revier. In Seegebieten mit starker Strömung und ausgeprägtem Seegang sind höhere Leistungsreserven anzusetzen als auf einem Binnensee. Dazu muss definiert werden, ob der Motor hauptsächlich für Hafenmanöver oder einen effizienten Alternativantrieb genutzt werden soll.
In Revieren mit ausgeprägten Strömungen und auf dem offenen Meer mit entsprechendem Seegang wären somit eher 2 bis 2,5 kW pro Tonne anzustreben, während man für die gelegentliche „Schönwetternutzung“ in geschützten Küstengewässern womöglich auch mit 1 kW auskommen würde. Aber auch dies sind natürlich nur allgemeine Richtwerte, zumal sie Bootstyp und Antriebskonfiguration außer Acht lassen.
Ein paar Beispiele: Gehen wir einmal von 2 kW pro Tonne aus, wären also zum Beispiel bei einer Hallberg-Rassy 352 mit 7,5 Tonnen „Lebendgewicht“ eine Motorleistung von 15 kW und bei einer aktuelle Bavaria C38 mit rund 10 Tonnen Verdrängung um die 20 kW anzusetzen. Wollen wir auch für sehr anspruchsvolle Bedingungen entsprechende Leistungsreserven vorhalten, könnten auch bis zu 30 kW ins Spiel kommen. Knapper kalkuliert würden unter moderaten Bedingungen aber womöglich auch schon 10 kW reichen. Ein kleineres und leichteres Boot würde derweil mit 10 bis 15 kW selbst anspruchsvolleren Erwartungen gerecht werden.
Innen oder außen
Für den skizzierten Leistungsbereich zwischen 10 und 30 kW stehen verschiedene Motortypen zur Auswahl. Beginnen wir bei den Einbaumotoren. Hier muss zwischen Wellenantrieb und Saildrive unterschieden werden. Elektromotoren, die sich an eine vorhandene Wellenanlage anschließen lassen, repräsentieren eine vergleichsweise einfach realisierbare und entsprechend günstige Lösung. Es gibt sie sowohl in Luft-, als auch in wassergekühlter Ausführung. Die Motorenpreise beginnen hier bei gut 5.000 Euro im 10-kW-Segment, können aber am oberen Ende des angesetzten Leistungsbereichs auch die 15.000-Euro-Marke knacken.
Mittlerweile steht außerdem eine größere Zahl an elektrischen Saildrive-Antrieben zur Auswahl. Sie gestalten sich etwas teurer, da hier ja auch Wellenführung, Kupplung und mitunter ebenso der Propeller mit zum Paket gehören. Hier wird es preislich dementsprechend deutlich schneller fünfstellig. Wobei es auch Elektromotoren gibt, die sich an ein bestehendes Saildrive anschließen lassen. Der bekannte Dieselmotoren-Hersteller Yanmar hat zudem kürzlich eine elektrische Saildrive-Reihe angekündigt, die sich beim Umstieg von einem Verbrenner der Marke problemlos auf bestehende Motorfundamente und Saildrive-Brunnen aufsetzen lassen soll. Auch Motoren anderer Marken können auf bestehende Saildrive-Brunnen aufgesetzt werden. Es gibt obendrein drehbare Saildrives, um die Manövrierfähigkeit des Boots unter Motor zu verbessern.
Eine Alternative zum Saildrive stellen Pod-Motoren dar. Der Ausdruck „Pod“ steht im Englischen für „Gondel“ oder „Kapsel“. Bei diesen Antrieben liegt nicht nur die Wellenanlage, sondern der komplette, in einer wasserdichten Kapsel untergebrachte Motor unter Wasser. Mit dem Rumpf wird die Antriebseinheit einfach über eine Stange beziehungsweise über einen Flansch verbunden, weshalb man auch von Flanschmotoren spricht. Mitunter kann auch ein bestehender Saildrive-Brunnen zum Anflanschen verwendet werden. Zudem gibt es Pod-Antriebe, die auf das Ruderblatt gesetzt werden können und ebenso drehbare Varianten.
Für Pod-Motoren sprechen die vergleichsweise unkomplizierte Montage und der geringe Platzbedarf im Bootsinneren. Hinzu kommen die Außenkühlung durch das umgebende Wasser und sehr geringe Leistungsverluste dank des direkten Antriebs. Und auch preislich gestalten sich Pod-Antriebe äußerst attraktiv – hier kann man selbst im Bereich von 20 bis 25 kW unterhalb der 10.000-Euro-Marke fündig werden. Pods mit gut 10 kW gibt es schon um die 7.000 Euro – wohlgemerkt für den kompletten Antrieb.
Bei allen genannten Antrieben kommt natürlich noch die unverzichtbare Peripherie obendrauf: von Gashebel und Motordisplay (gegebenenfalls mittels Netzwerkanbindung auch über ein Multifunktionsdisplay oder als App) über Verkabelung und gegebenenfalls Kühlkreislauf bis zu Akkubank und Ladetechnik. Darüber hinaus bedarf es eines angepassten Propellers. Bei falscher Bemessung kann der Propeller das komplette System infrage stellen – hier ist also wieder ein entsprechender Fachmann gefragt, sofern der Propeller nicht als Einheit mit dem Antrieb geliefert wird.
Einfacher gestaltet sich das Ganze bei einem elektrischen Außenborder, da hier die wichtigsten Komponenten bereits integriert sind. Modelle bis 2 kW gibt es sogar mit integriertem Akku. Elektroaußenborder sind wahlweise mit Pinne oder externer Steuerung erhältlich. Als Dinghi-Antrieb haben sich elektrische Außenborder mittlerweile zum Standardequipment entwickelt.
Eine bestechend simple Umrüstlösung für Innenborder stellen sogenannte parallele Hybridantriebe dar. Hier wird der Elektromotor einfach in den Antriebsstrang des Dieselmotors gesetzt – zum Beispiel über einen Zahnriemen an der Propellerwelle. Der Elektromotor arbeitet dann je nach Bedarf als alternativer Antrieb oder als Generator, ohne dass der bestehende Antriebsstrang weichen muss.
Akkukapazität und Reichweite
Wie bereits erwähnt, steht und fällt das gesamte Antriebskonzept mit der Akkukapazität. Preislich bildet der Stromspeicher ebenfalls oft den dicksten Brocken. Aber er entscheidet eben auch darüber, wie lange man den Motor betreiben und wie weit man in dieser Zeit kommen kann. Batterie-, oder in diesem Fall trefflicher Akkukapazitäten, werden gemeinhin in Amperestunden (Ah) angegeben. Für die Kapazitätsplanung lässt sich aber besser mit Wattstunden (Wh) beziehungsweise Kilowattstunden (kWh) rechnen. Dabei gilt: Wh = Ah · Volt (Spannung), Ah = Wh : Volt (V).
Wobei Laufzeit und Reichweite bei Elektroantrieben auch sehr stark von der Geschwindigkeit beziehungsweise von der tatsächlich abgerufenen Leistung abhängen. Dass man beispielsweise bei 50 kWh Batteriekapazität mit einem 10-kW-Motor lediglich fünf Stunden lang motoren kann, trifft nur zu, wenn man die ganze Zeit unter Volllast fährt. Unter Teillast gestaltet sich der Verbrauch deutlich moderater, zumal der Elektromotor auch hier einen hohen Wirkungsgrad aufweist. Denn der Leistungsbedarf eines Yachtantriebs steigt bis zur Rumpfgeschwindigkeit mit zunehmender Geschwindigkeit überproportional an.
Fachleute gehen davon aus, dass der Leistungsbedarf mit der dritten Potenz der Geschwindigkeit ansteigt. Theoretisch bedeutet dies, dass für eine Verdoppelung der Geschwindigkeit die achtfache Leistung benötigt wird. Stellen wir uns vor, wir würden mit den vorgenannten 10 kW Motorleistung eine Geschwindigkeit von 7 Knoten (kn) erreichen. Somit würden wir mit unserer Akkukapazität von 50 kWh in fünf Stunden unter Volllast 35 Seemeilen (sm) weit kommen. Mit einer Geschwindigkeit von 3,5 Knoten würden wir nur ein Achtel der Leistung abrufen (1,25 kW) und könnten mit unserer 50-kWh-Akkubank dann in 40 Stunden 140 Seemeilen zurücklegen, also die vielfache Strecke. Hierbei handelt es sich zugegeben um eine theoretische Betrachtung, die aber die Zusammenhänge anschaulich darstellt.
Die „Schallmauer“ bildet bei den meisten Segelyachten die Rumpfgeschwindigkeit. Sie hängt von der Wasserlinienlänge ab. Die Quadratwurzel aus der Wasserlinienlänge (im Metern) multipliziert mit dem Faktor 2,43 ergibt die theoretische Höchstgeschwindigkeit in Knoten bei Verdrängerfahrt. Nahe dieser „Schallmauer“ schlägt sich eine Leistungssteigerung des Motors dann nicht mehr in einem entsprechenden Geschwindigkeitszuwachs nieder. Bei der zuvor erwähnten Hallberg-Rassy 352 mit einer Wasserlinienläge von 8,7 Metern wäre die theoretische Rumpfgeschwindigkeit bereits bei knapp 7,2 Knoten erreicht.
Eine weitere Rolle spielt der Akkutyp. Er entscheidet darüber, wie viel Platz und Gewicht der Stromspeicher in Anspruch nimmt und welche Investitionen dafür erforderlich sind. So weisen Lithium-Akkus eine deutlich höhere Energiedichte auf als Blei-Säure-Barrieren (einschließlich Gel-/AGM-Batterien). Mit Lithium-Akkus lässt sich der Energiebedarf also quasi kompakter lagern, zumal sie auch einen höheren Anteil der gespeicherten Energie bereitstellen. Während Bleibatterien nicht mehr als 40 bis 60 Prozent ihrer Kapazität entnommen werden sollten, verkraften Lithiumakkus eine Entladung von bis zu 100 Prozent. Sie sind aber eben auch deutlich teurer.
Bei günstigeren Bleibatterien wäre derweil für dieselbe Laufleistung eine erheblich größere Kapazität vorzuhalten, was entsprechenden Platz erfordert. Hinzu kommt das höhere Gewicht der Akkubank, das ebenfalls bewegt werden muss, was wiederum Motorleistung erfordert. Diese Zusammenhänge lassen eine große Zahl derer, die sich für einen Elektroantrieb entscheiden, am Ende trotz der höheren Investitionskosten bei Lithium-Akkus landen. Auch wenn dafür dann je nach Kapazität nicht selten noch einmal ein fünfstelliger Betrag fällig wird.
Wichtig ist ein abgestimmtes Gesamtsystem
Außerdem muss das Gesamtsystem passen. Mit welcher Spannung arbeitet der Antrieb? Welche Ströme sind hier zu erwarten und von der Akkubank zu verkraften? Obendrein muss die Ladetechnik abgestimmt werden. An dieser Stelle ließe sich dann manches an mangelnder Kapazität aber auch wieder kompensieren, in dem beispielsweise ein Dieselgenerator mit ins Antriebssystem integriert wird – Stichwort Hybridantrieb – und/oder zusätzliche regenerative Energiequellen. Sie bieten allesamt den Vorteil, auch für die übrigen Verbraucher an Bord effizient den nötigen Saft zu erzeugen.
Fazit: Ein Elektroantrieb ist ein Projekt, das angesichts seiner Komplexität und Besonderheiten eigentlich ganz für sich betrachtet werden muss. Wer nach der wirtschaftlichsten Lösung sucht, dürfte nach wie vor schnell wieder bei einem Verbrenner landen, zumal für uns Seglerinnen und Segler auch die Verbrauchskosten keine so große Rolle spielen. Da stellen die leicht das Doppelte und mehr betragenden Investitionskosten für einen Elektroantrieb schon eine große Hürde dar.
Wer jedoch bereit und in der Lage ist, die Vorzüge eines elektrischen Antriebs entsprechend zu honorieren und diesen in ein durchdachtes bordseitiges Energieversorgungssystem einzubinden, wird an einen Verbrenner wahrscheinlich bald keinen Gedanken mehr verschwenden. Bevor Sie sich dazu entscheiden, sollten Sie sich aber auf jeden Fall fachkundig beraten lassen. Zumal sich kaum ein Marktsegment dynamischer entwickelt als die Bereiche alternative Antriebe, Energieversorgung und Akkutechnik.
Sven M. Rutter