Whitepaper: Raspberry Pi im Wasserstoffboot Hydromotion der TU Delft

Einführung

Wir sind das TU Delft Hydro Motion Team 2024, eine Gruppe von 23 ambitionierten Studierenden mit unterschiedlichem akademischen Hintergrund. Als Team gestalten wir die Zukunft nachhaltiger Technologien und schaffen ein bleibendes Erbe. Unsere Mission ist es, die Schifffahrts- und Energiewirtschaft in eine nachhaltige Zukunft zu führen. Wir tun dies, indem wir innovative Technologien entwickeln, die die Bedeutung der Integration wasserstoffbetriebener Schiffe unterstreichen.

Unsere Reise begann vor 18 Jahren mit dem Solarboot-Team der TU Delft. In den Anfangsjahren segelten wir auf Binnengewässern und wechselten dann aufs offene Meer. Dort wurden wir 2019 zum ersten Mal Weltmeister. Nachdem wir die Nutzung von Solarenergie als Alternative zu fossilen Brennstoffen im maritimen Sektor bewiesen hatten, stellten wir uns der Herausforderung, die Möglichkeiten eines anderen grünen Kraftstoffs aufzuzeigen. 2020 wurde das Projekt Hydro Motion ins Leben gerufen und wir bauten das weltweit erste Foiling-Wasserstoffboot. Dies führte zum Sieg in der Open Sea-Klasse der Monaco Energy Boat Challenge im Jahr 2023 und machte uns erneut zu Weltmeistern!

Bei all diesen Bemühungen bemerkten wir, dass sich die maritime Branche langsam in Richtung einer nachhaltigeren Industrie bewegte. Nach all diesen Erfolgen fragten wir uns: Was ist unser nächster Schritt? Die Technologie ist da. Das Wissen ist da. Jetzt müssen wir es nur noch umsetzen und zu unserem Vorteil nutzen. Aber wie bereit ist die Welt bereits für eine nachhaltige maritime Branche? Bei der Entwicklung unserer Boote stellten wir fest, dass nicht alle Wasserstraßen und Häfen für Schiffe mit erneuerbarer Energie wie unseres ausgestattet sind.

Wenn wir also wirklich den nächsten Schritt in Richtung einer nachhaltigen Schifffahrt machen wollen, ist es Zeit für einen Systemwandel. Wir sind entschlossen, Unternehmen und Regierungen weltweit davon zu überzeugen, ihre Gesetzgebung anzupassen, um wasserstoffbetriebene Schiffe zuzulassen und die notwendige Infrastruktur für die Energiewende zu entwickeln.

Gemeinsam mit unseren Partnern werden wir innerhalb eines Jahres ein Wasserstoffboot mit Foiling-Technologie entwerfen, bauen, testen und auf den Markt bringen. Die Stärke von Wasserstoff liegt in seiner Ausdauer, die seiner hohen Energiedichte zu verdanken ist. Um diese Leistungsfähigkeit zu demonstrieren, konzentrieren wir uns auf den Einsatz von Wasserstoff in seetüchtigen Schiffen, die für Langstreckenfahrten geeignet sind. Um die Leistungsfähigkeit unseres Bootes zu demonstrieren, werden wir zwischen den Niederlanden und Großbritannien segeln.

Wir werden einen Weltrekord aufstellen und als erstes rein wasserstoffbetriebenes Boot die Nordsee überqueren. Gemeinsam können wir Geschichte schreiben und die Zukunft gestalten. Begeben Sie sich auf unsere herausfordernde Reise und willkommen auf der nächsten Welle.

Raspberry Pi

In diesem Jahr kommt der Raspberry Pi der vierten Generation in zwei wichtigen Subsystemen an Bord des Bootes zum Einsatz. Sowohl der Armaturenbrett-Bildschirm als auch das Kommunikations- und Informationssystem werden von einem Raspberry Pi gesteuert. Das Armaturenbrett verfügt nun über einen hellen 15-Zoll-HD-Farbbildschirm, der alle relevanten Daten für die Piloten anzeigt. Der Einsatz des Raspberry Pi hat sich als hervorragende Lösung für die effiziente Datenverarbeitung und schnelle Bildschirmaktualisierung erwiesen. Auch das für die Sicherheit und Effizienz der Piloten wichtige Kommunikationssystem profitiert stark von der Zuverlässigkeit und Stabilität des Raspberry Pi .

Dashboard-Bildschirm

Sicherstellen, dass Piloten bekommen, was sie brauchen

Schon vor der Entwicklung haben wir uns Gedanken darüber gemacht, was Piloten wirklich brauchen. Sie müssen ihre Geschwindigkeit und Flughöhe kennen und wissen, ob alle Komponenten des Bootes einwandfrei funktionieren. Deshalb haben wir dafür gesorgt, dass unser Dashboard alle wichtigen Informationen wie Geschwindigkeit, Flughöhe und den Status verschiedener Bootskomponenten anzeigt.

Umgang mit unterschiedlichen Wetterbedingungen

Boote sind den unterschiedlichsten Wetterbedingungen ausgesetzt. Daher ist es uns wichtig, dass unser Dashboard stets einwandfrei funktioniert. Wir haben dafür gesorgt, dass die Informationen auf dem Dashboard auch bei hellem Sonnenlicht oder Dunkelheit gut lesbar bleiben. Wir verwenden spezielle Displays, die bei allen Lichtverhältnissen klar bleiben. Darüber hinaus ist das Dashboard wasserdicht und wird daher durch Spritzwasser nicht beschädigt.

Piloten helfen, Probleme zu identifizieren

Wenn auf dem Boot etwas schiefgeht, müssen die Piloten so schnell wie möglich Bescheid wissen. Deshalb haben wir Warnmeldungen in das Dashboard integriert. Bei Problemen zeigt das Dashboard dies sofort an und identifiziert sogar den betroffenen Teil des Bootes. Dies ermöglicht eine schnelle Lösung und sorgt für einen reibungslosen Betrieb des Bootes.

Damit alles nahtlos zusammenarbeitet

Wir haben unser Dashboard so konzipiert, dass es nahtlos mit allen anderen Systemen an Bord zusammenarbeitet. Es läuft mit der gleichen Stromversorgung wie der Rest des Bootes. Ein zusätzlicher Wechselrichter im Displaygehäuse sorgt dafür, dass der Raspberry Pi die richtige Spannung und Stromstärke erhält. Dies vereinfacht Installation und Wartung. Darüber hinaus ist das Dashboard langlebig und funktioniert auch unter rauen Bedingungen einwandfrei. Der integrierte Ethernet-Anschluss sorgt für schnelle Datenübertragung und -auslesung.

Informationen übersichtlich darstellen

Unser Hauptziel war es, die Informationen für Piloten leicht verständlich und klar zu gestalten. Wir haben die Bildschirmlayouts einfach und übersichtlich gehalten, damit Piloten schnell und sicher Entscheidungen treffen können.

Unser Boots-Dashboard stellt einen großen Fortschritt dar, um die Navigation einfacher und sicherer zu machen. Es bietet alle Funktionen, die Piloten benötigen, funktioniert bei jedem Wetter und ist auf Langlebigkeit ausgelegt. Mit diesem Dashboard können Piloten sicher navigieren, wohin auch immer ihre Reise sie führt.

Kommunikations- und Datenerfassungssystem

Kommunikation ermöglichen

Das Herzstück des Bordkommunikationssystems ist ein weiterer Raspberry Pi , der mit den Headsets der Piloten verbunden ist. Sobald das Boot eingeschaltet wird, verbindet sich das System automatisch mit dem Ufer, sodass die Piloten immer zu hören sind. Wir verwenden Open-Source-Tools wie Mumble, einen Audio-Chat-Server, und den Headless-Client Talkkonnect, die auf dem Raspberry Pi laufen. Dies gewährleistet einen reibungslosen Start, wobei die Audioverbindung automatisch hergestellt wird, ohne dass die Piloten etwas tun müssen.

Mehr als nur Audio

Neben Audio nutzen wir den Raspberry Pi auch zur Datenerfassung an Bord. Wir nutzen ein zentrales CAN-Bus-System (Controller Area Network) zur Kommunikation zwischen allen Systemen auf dem Boot. Alle Sensorwerte und Befehle werden über diesen Bus gesendet. Durch die Überwachung können wir Daten analysieren, um Probleme während der Tests zu erkennen und zu beheben. Mit einem Raspberry Pi und einem CAN-Konverter überwachen wir den Bus und übersetzen und speichern diese Daten in einer Open-Source-Umgebung mit Grafana und InfluxDB.

Sicheres Erfassen von Daten und Audiodaten

Durch die Zusammenführung aller Systeme und mit Hilfe von Elektronica Voor Jou, das alle Raspberry Pi liefert, können wir die Nordsee sicher überqueren und als erstes Wasserstoffboot überhaupt dieses Kunststück vollbringen. Dies wird der Welt das Potenzial von Wasserstoff im maritimen Sektor zeigen.