Photovoltaic(PV) technology is promising due to its natural availability among energy harvesting technologies. There is a growing need for sustainable power sources that can function without being connected to a power source or needing regular battery replacements. Wearable PV cells are gaining popularity in different applications. However, most companies produce wearable PVs for terrestrial applications. Research on wearable PV applications for the marine environment remains limited because these cells suffer from several issues. This research compares commercially sourced wearable PV cells' maximum current consistency and electrical resistance for two testing conditions. The researcher followed standardized methods for these two laundering and corrosion testing conditions. The results revealed that current consistency values decreased over both types' laundering and corrosion testing conditions. However, electrical resistance values showed opposite trends. The findings of this study suggest that wearable PV cells may serve as a reliable source for powering electronic devices in marine environments.

The construction of high-performance vessels like the F50 catamaran has traditionally prioritized advanced composite materials and performance-driven design. However, there is a growing need to incorporate sustainable materials and practices, with their performance in marine applications remaining relatively unknown. This study aims to address this gap by investigating the feasibility of using flax laminates as an environmentally friendly alternative for frequently damaged components, specifically the stern extension.Mechanical testing of flax laminates revealed lower stiffness per fiber areal weight compared to literature values and supplier data sheets, primarily attributed to moisture uptake in the flax material. These findings highlight the significance of considering real-world environmental conditions and specific application requirements when evaluating the mechanical properties of flax composites. Despite the mechanical challenges, environmental analysis demonstrated that the flax alternative for the stern extension offers promising benefits. It exhibits a carbon-positive characteristic, resulting in lower energy consumption during production, and comparable waste production to the original carbon fiber extension. However, it is important to note that these advantages are based on idealized theoretical data, and further optimization is required to address variations in resin usage and the strength of the cured composite.To address the weight discrepancies among the fleet, currently rectified by corrector weights, a practical solution is proposed utilizing flax composite layups. Selective implementation of the flax stern extension on the lightest one-third of the fleet can effectively balance weight distribution without compromising overall yacht performance. This strategy allows SailGP to incorporate sustainable materials while maintaining uniformity and performance across all participating yachts. By considering the environmental impact and structural considerations, this study provides valuable insights for the development of sustainable marine composites and encourages further research in optimizing the performance and reliability of flax-based laminates in marine applications. / Vid konstruktion av högpresterande segelbåtar som F50-katamaranen har man traditionellt prioriterat avancerade kompositmaterial och prestandadriven design. Det finns ett växande önskemål av att införliva hållbara material och metoder i dessa båtar men materialens prestanda i marina applikationer är relativt okända. Denna studie syftar till att öka kunskapen genom att undersöka möjligheten att använda linfiberbaserade laminat som ett miljövänligt alternativ för komponenter som ofta skadas. Specifikt studeras en förlängning av akterspegeln som fungerar som ett lock runt roderinfästningen.Mekanisk provning av linbaserade laminat visade lägre styvhet per fiberytvikt jämfört med värden från litteraturen och leverantörsdatablad, främst tillskrivet fuktupptag i linfibrerna. Dessa resultat understryker betydelsen av att beakta verkliga miljöförhållanden och specifika tillämpningskrav när man utvärderar de mekaniska egenskaperna hos linkompositer. Trots de mekaniska utmaningarna visade miljöanalyser att linalternativet för akterförlängningen erbjuder lovande fördelar. Den ger lägre koldioxidutsläpp genom lägre energiförbrukning under produktionen och ungefär samma avfallsproduktion jämfört med den ursprungliga kolfiberförlängningen. Det är emellertid viktigt att notera att dessa fördelar är baserade på idealiserade teoretiska data, och ytterligare optimering krävs för att hantera variationer i hartsanvändning och styrkan hos den härdade kompositen.För att komma till rätta med viktskillnader mellan olika båtar, som för närvarande korrigeras med korrigeringsvikter, föreslås en praktisk lösning med användning av linkompositlaminat. Selektiv implementering av akterförlängningar av lin på den lättaste tredjedelen av flottan kan bidra till att balansera ut viktskillnader utan att påverka den totala yachtprestandan. Denna strategi gör det möjligt för SailGP att införliva hållbara material samtidigt som enhetlighet och prestanda bibehålls för alla deltagande yachter. Genom att ta hänsyn till miljöpåverkan och strukturella överväganden ger denna studie värdefulla insikter för utvecklingen av hållbara marina kompositer och uppmuntrar till ytterligare forskning för att optimera prestanda och tillförlitlighet hos linbaserade laminat i marina applikationer.

Examensarbetet som presenteras i denna rapport är ett delprojekt utfört i samarbete med Glava Energy Center och redovisar framtagningen av ett PV-system för den eldrivna båten Bowter. I rapporten utfördes en energianalys där solinstrålning i olika plan studerades och analyserades. Möjligheter att utöka antalet solceller baserat på båtens design undersöktes, där båtens horisontella badbrygga samt vertikala långsidor bedömdes vara de ytor som var lämpliga för placering. Förslag på konfigurationer av PV-systemet dimensionerades och den förväntade mängden genererad energi och laddning beräknades. Systemet som togs fram skulle enligt beräkningar i genomsnitt generera mellan 1,06–2,22kWh energi per dag och kosta omkring tio tusen kronor. Energianalysen visade att solceller placerade i 30–40° lutning i genomsnitt skulle kunna generera mellan 20–43 procent mer energi och laddning än den valda vertikala placeringen. Med båtens nuvarande design utan några möjligheter för placering av solceller i lutande plan går därmed denna potentiella mängd energi förlorad. Praktiska mätningar av energi via reflektioner från vattenytan visar heller inga övertygande tecken på att rädda upp för denna mängd förlorad energi. Simuleringar av det framtagna systemet genomfördes och jämfördes med det beräknade genomsnittet, vilket visade att man skulle kunna förvänta sig cirka 25 procent mer energi under klara förhållanden och 76 procent mindre energi under svåra väderförhållanden med långvariga och heltäckande moln. Av resultaten drogs slutsatsen att det mest praktiska alternativet för maximal systemeffekt är att möjliggöra placering av fler solceller i horisontellt plan via t.ex. en takdel och på den vägen erhålla ett mer pålitligt och förutsägbart resultat som både skulle vara mer effektivt samt ekonomiskt fördelaktigt i jämförelse med det framtagna systemet. / The thesis work presented in this report is a sub-project carried out in collaboration with Glava Energy Center and reports on the development of a PV system for the electric boat Bowter. In the report, an energy analysis was performed where solar irradiance in different planes was studied and analyzed. Opportunities to increase the number of solar cells based on the boat's design were investigated, where the boat's horizontal swim platform and vertical sides were determined to be the areas that were suitable for placement. Proposals for configurations of the PV system were sized and the expected amount of generated energy and charge capacity were calculated. According to calculations the proposed system would on average generate between 1.06–2.22kWh of energy per day and cost around SEK 10,000. The energy analysis showed that solar cells placed at an angle of 30–40° could on average generate between 20–43 percent more energy and charge than the chosen vertical placement. With the boat's current design without any possibilities for placing solar cells in an inclined plane, this potential amount of energy is lost. Practical measurements of energy via reflections from the water surface show no convincing signs of compensating for this amount of lost energy. Simulations of the proposed system were carried out and compared with the calculated average, which showed that one could count on about 25 percent more energy in clear conditions and 76 percent less energy in harsh weather conditions with long-lasting and overcast clouds. From the results, it was concluded that the most practical alternative for maximum system power is to enable the placement of additional solar cells in a horizontal plane via e.g. a roof section and in that way obtain a more reliable and predictable result that would be both more efficient and economically advantageous in comparison with the proposed system.

Sjöfarten står för 3 % av världens totala växthusgaser och är idag högst beroende av fossila bränslen. Ett alternativ för att gå över till en fossilfri flotta är användning av bränsleceller och vätgas som drivmedel. Om vätgasen produceras från elektrolys med förnyelsebara energikällor så är driften utsläppsfri och koldioxidneutral. Bränsleceller kan användas i många olika sammanhang, men har ännu inte slagit igenom med full kraft. En anledning till detta är livslängden som är för kort. För att sjöfarten ska kunna implementera bränslecellsdrift behöver nedbrytningen av bränslecellen bli vidare utforskad och motverkad. Syftet med detta examensarbete var att hitta de mest signifikanta nedbrytningsmekanismerna för sjöfarten samt att bygga en modell för att förutspå livslängden utifrån lastprofiler från fartyg.  Rapportens avgränsningar var att enbart studera PEM-bränsleceller tack vare dess höga energitäthet och att teknologin är närmast marknaden för mobila applikationer. En litteraturstudie genomfördes för att fastställa de viktigaste nedbrytningsmekanismerna samt de faktorer som begränsar livslängden. Dessa bestämdes till start/stop cykler samt lastcykler vilka försämrar konduktiviteten i membranet samt minskar den elektrokemiska ytarean. En empirisk modell från experiment från litteraturen etablerades för att hitta relationen mellan parametrarna konduktivitet och elektrokemisk ytarea som funktion av start/stop cykler respektive lastcykler. En Comsol-modell användes för att utvärdera bränslecellens prestanda med dessa försämrade parametrar. Två lastprofiler analyserades och tolkades som antal start/stop cykler samt lastcykler för att utvärdera prestandan som funktion av antal år i drift. Båda fallen var i drift till dess att prestandan minskat med 20 % utvärderat vid strömtätheten 0.6 A/cm2. Båda lastprofilerna var utvärdera med olika körstrategier för att jämföra den modellerade livslängden beroende på ingångsvärden. Den första lastprofilen delades in i Case 1a och Case 1b där antalet start/stop cykler och lastcykler varierade. Resultatet visade att antalet timmar i drift mer än tredubblades i Case 1b där båda ingående indata hade minskats.   Case 2 delades upp i tre olika körstrategier där Case 2a var en referens som jämfördes mot Case 2b respektive Case 2c. Skillnaden mot Case 2b var att antalet start/stop cykler per dag multiplicerades med faktor 4. Resultatet från modellen var att livstiden minskade från 6 till 4 år. Vidare utvärderades Case 2c där istället antalet lastcykler dividerades med faktor 4, allt annat identiskt med Case 2a. Utfallet var en ökad livslängd från 6 år till 11 år, med totalt 32 032 timmar i drift. Denna livslängd kan jämföras med kommersialiserade marina produkter från Ballard och Powercell, där livslängden är 30 000 respektive 20 000 timmar i drift.  Sammanfattningsvis kan det konstateras att både start/stop cykler och lastcykler bryter ner bränslecellen och därmed minskar dess prestanda. Lastcykler var den faktor som var mest förödande gällande livslängden. Den modellerade livslängden på 32 032 timmar indikerar att den empirisk modellen tillsammans med Comsol-modellen genererade realistiska resultat. Slutligen kan sägas att ett område för framtida forskning inom ämnet innefattar lastcykler eftersom denna hade störst påverkan på modellen. Att särskilja olika typer av lastcykler och koppla till olika degradering skulle skapa än mer förståelse för livslängden. Då denna studie genomfördes på bränslecellsnivå skulle framtida studier kunna inkludera att analysera degradering på systemnivå för att få mer insikt i dessa processer. / The shipping industry emits 3 % of the global GHG-emissions and is highly dependent on fossil fuels. One alternative to decarbonise the sector is by utilising hydrogen in fuel cells. The propulsion is free from emissions if hydrogen is produced from renewables. The fuel cell technology can be applied in various applications but have not been fully commercialised. One of the biggest bottlenecks for fuel cell technology is the durability that needs to be improved. In order for marine vessels to implement hydrogen propulsion, the degradation need to be further understood and mitigated. The purpose of this thesis was to assess the most significant degradation mechanisms for marine applications and to build a model to evaluate the lifetime depending on load profiles. The scope of the thesis was to include PEMFCs since they have the highest power density and are closest to commercialisation for transport applications. A literature review was conducted to assess the most important degradation mechanisms and operating conditions that limits the lifetime, which concluded in start/stop cycling and load cycling. These conditions deteriorate the membrane conductivity and the electrochemical surface area. An empirical model based on experimental data from the literature was conducted to find relationships for conductivity and ECSA as function of start/stop cycling and load cycling, respectively. A Comsol model was established to evaluate performance reduction with degraded parameters. Two different load cycles were interpreted as number of start/stop cycles and load cycles in order to simulate the degradation. The output was polarization curves as function of operating years. Each case was operated until a performance reduction of 20 % was obtained at the current density of 0.6 A/cm2.  Both load profiles were analysed with different operation strategies to compare the resulting lifetime. The first load curve was divided into Case 1a and Case 1b where start/stop cycles and load cycles were altered. The results showed that the lifetime in operation hours was more than three-folded in Case 1b when the number of start/stop cycles and load cycles was reduced.  Case 2 was divided into three operating strategies. For comparison with Case 2a, the number of start/stop cycles per day in Case 2b was increased by a factor of 4. The result was that the lifetime declined from 6 to 4 years. Furthermore, Case 2c evaluated the lifetime if the number of load cycles per day decreased by a factor of 4, all else being equal to Case 2a. The outcome was an increment in lifetime from 6 to 11 years, with a total of 32 032 hours of operation. This lifetime can be compared to commercialised products from Ballard and Powercell with lifetimes of 30 000 and 20 000 operating hours, respectively. Conclusively, the simulations showed that both start/stop cycling and load cycling deteriorates the fuel cell performance. Load cycling is the operating condition that cause the most severe degradation. Moreover, the modelled lifetime of 32 032 hours indicates that the empirical model in combination with the Comsol model generate realistic lifetimes. Finally, since load cycling had the most vital impact on the lifetime, one of the topics for future research would be to distinguish different types of load cycles and connect to separate degradation outcomes. Since the model was on fuel cell level, future work could also include systems effects such as ripple current or distributions within fuel cell stacks.

Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι ο σχεδιασμός και η κατασκευή του ηλεκτρικού κινητηρίου συστήματος ενός ηλεκτροκίνητου σκάφους. Πραγματοποιήθηκαν μία σειρά από τεχνικές επεμβάσεις ώστε να μετατραπεί ένα απλό σκάφος σε ηλεκτροκίνητο. Στην εποχή μας τα ηλεκτροκίνητα σκάφη και η ηλεκτρική πρόωση αποτελούν τμήμα των ηλεκτροκίνητων μέσων μεταφοράς. Τα ηλεκτροκίνητα μέσα μεταφοράς αποτελούν πιθανή λύση στην συνεχώς αυξανόμενη ζήτηση στον τομέα των μεταφορών καθώς και στα ενεργειακά και περιβαλλοντικά προβλήματα που αυτή προκαλεί. Ο υψηλός βαθμός απόδοσης των ηλεκτρικών κινητήρων και των ηλεκτρονικών μετατροπέων ισχύος, το υψηλό επίπεδο ελέγχου μέσω των ηλεκτρονικών μετατροπέων ισχύος που προσφέρει ευκινησία σε ένα σκάφος, η έλλειψη θορύβου-διαταραχών και η απουσία ρύπανσης μας οδηγούν στη χρήση των ηλεκτροκίνητων σκαφών και της ηλεκτρικής πρόωσης όλο και περισσότερο στις μέρες μας. Στη συγκεκριμένη εφαρμογή για πρακτικούς λόγους αλλά και για λόγους ασφάλειας οδηγηθήκαμε στην επιλογή κινητήρα συνεχούς ρεύματος (Σ.Ρ.) μονίμου μαγνήτη χαμηλής τάσης 24V. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα υψηλή τιμή ρεύματος για την επίτευξη της απαιτούμενης ισχύος 1,5 kW . Για αυτό το λόγο σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε ο ηλεκτρονικός μετατροπέας υποβιβασμού συνεχούς τάσης σε συνεχή με διαδοχική αγωγή τεσσάρων κλάδων, ο οποίος έχει τη δυνατότητα διαχείρισης υψηλών τιμών ρεύματος και είναι ιδανικός για τέτοιου είδους εφαρμογές. Ο συγκεκριμένος μετατροπέας αποτελείται από 4 παράλληλους κλάδους, λειτουργεί στην συνεχή αγωγή και υποβιβάζει την τάση των 36V σε 0-24V για τον έλεγχο των στροφών του κινητήρα, ο οποίος έχει ονομαστικό ρεύμα 78A. Ο μετατροπέας εξετάστηκε αρχικά μέσω της εξομοίωσης χρησιμοποιώντας το λογισμικό PSpice και στη συνέχεια πειραματικά πραγματοποιώντας μία σειρά από δοκιμές και μετρήσεις. Από τις δοκιμές, παρατηρούμε ότι ο βαθμός απόδοσης του μετατροπέα διαδοχικής αγωγής που κατασκευάστηκε, κυμαίνεται γύρω στο 95%, άρα είναι μια καλή λύση στην οδήγηση κινητήρων συνεχούς ρεύματος (Σ.Ρ.) χαμηλής τάσης (υψηλού ρεύματος). Τέτοιοι κινητήρες χρησιμοποιούνται σε πληθώρα εφαρμογών ηλεκτροκίνητων μέσων μεταφοράς. Η καθέλκυση του ηλεκτροκίνητου σκάφους και οι δοκιμές που πραγματοποιήθηκαν στη θάλασσα, δίνουν σαφή εικόνα των πλεονεκτημάτων της ηλεκτρικής πρόωσης. / The object of this diploma thesis is the designing and the construction of an electric drive system for an electric boat. A number of technical interventions were made to transform a simple boat to an electrically driven boat. In our days the electric boats and the electric propulsion in general constitute a part of the electric transportation. The electric transportation may be a possible solution in the continuously increasing demand in the sector of transports as well as in energy and environmental problems that this causes. The high efficient electric machines and power electronic converters, the high control level of power electronics that offers manoeuvrability in a ship, the lack of noise - disturbance and the absence of pollution lead us to use electric boats and electric propulsion more and more in our days. In our application for practical and safety reasons we were led to the choice of a low voltage permanent magnet direct current (DC) motor. This is resulting to a high value of current to get the nominal power of 1.5 kW. For this reason an interleaved four – channel dc/dc converter was designed and constructed which has the ability to control high currents and is ideal for such type applications. The particular converter is constituted by 4 parallel channels, it is working in the continuous conduction mode (CCM) and it degrades the voltage of 36V to 0-24V for the control of the rpm of the dc propulsion motor which its full load current is 78A. Firstly a number of simulations made via PSpice program and also a number of experiments to see how the converter is working. The experiments shows that the efficiency of the interleaved converter of the application is about 95%, so it is a good solution for driving low voltage – high current dc motors. Such types of electric motors are used in many electric transportation applications. The launching of the boat and a number of sea tests shows us the advantages electric propulsion has.