Suntracking-Systeme erfordern robuste Mechanik und zuverlässige Steuerungen - Stabilität ist gefragt

Um dem Stand der Sonne zu folgen und somit eine höhere Sonneneinstrahlung zu gewährleisten, werden die PV-Module bzw. die Solargeneratoren im Verlauf des Tages gedreht. Damit lässt sich ein Helligkeitsmaximum erzielen. Die Drehung der PV-Anlage bzw. des Sonnengenerators geschieht mithilfe einer Nachführanlage oder eines Nachführsystems.

Wenige Stillstandzeiten
Nachführsysteme sind Wind und Wetter über Jahrzehnte hinweg ausgesetzt. Um rentabel arbeiten zu können, müssen sie Stürmen und Temperaturschwankungen Stand halten. Je nach Nachführart, geografischem Einsatzort und Ausfallzeiten schwanken die Mehrerträge jedoch erheblich. Damit sich die Investition in eine Nachführung rechnet, sollten Wartungskosten und Stillstandzeiten möglichst gering sein. Der Hersteller MP-TEC beispielsweise legte bei der Entwicklung seines Nachführsystems „Skyrider“ auf geringe Folgekosten durch Wartung und Ausfälle besonderen Wert. Der „Skyrider“ ist eine Weiterentwicklung der hemisphärischen Nachführanlage, mit der MP-TEC bereits den „Innovationspreis Berlin Brandenburg 2007“ gewann.
Das System wurde entwickelt, um Module und Kollektoren vollständig dem aktuellen Stand der Sonne nachzuführen. Die Module sind komplett um 360° drehbar und können in einem Winkel von 0 – 180° gekippt werden. Da sich viele bislang auf dem Markt verfügbaren zweiachsigen Nachführsysteme lediglich um 270° drehen und in einem Winkel von 0 – 45° kippen ließen, nutzt der „Skyrider“ erstmals vollständig die Sonnenkraft aus. Durch die vollständige Nachführung erreichte der „Skyrider“ bei einer Simulationsmessung im baden-württembergischen Freiburg einen solaren Mehrertrag von 40% im Vergleich zu einer festinstallierten Anlage.
Trotz der vergrößerten Modulfläche hält der „Skyrider“ auch Windstärke zwölf stand. Bei noch stärkeren Stürmen geht er automatisch in Notparkposition, um seine Angriffsfläche zu verringern. Die Ingenieure von MP-TEC statteten das System mit einem robusten Kreuzgelenk aus. Dieses ist weniger schadensanfällig und wartungsintensiv als die häufig eingesetzten Drehantriebe mit Planetengetriebe. Zudem wurden die Gelenke des „Skyriders“ vollständig verkapselt, um das Eindringen von Schmutz- und Staubpartikeln zu verhindern. Neu ist auch der Antrieb mit zwei identischen Schubstangen. Diese sind bei Bedarf schnell austauschbar, um Ausfallzeiten und Wartungskosten so gering wie möglich zu halten.

Schnelle Amortisation
Von einem Mehrertrag an Solar-Energie von 20 – 25% bei einachsigen, 35 – 45% bei zweiachsigen und damit von höherer Wirtschaftlichkeit und schnellerer Amortisation der Anschaffungskosten bzw. einem höheren Gewinn spricht DEGERenergie bei seinen Nachführsystemen.
Zwei Sensorenzellen im „DEGERconecter“ liefern Referenzwerte, die vom Logikbaustein ausgewertet werden, um die Modulfläche im Tagesverlauf nachzuführen. Auf der Rückseite des „DEGERconecters“ ist eine dritte Zelle angebracht, die morgens für die Rückstellung der Anlage sorgt. In Abhängigkeit der Einstrahlung bewirkt ein Differenzverstärker den Übergang von der logarithmischen Kennlinie bei starker Einstrahlung zur linearen Kennlinie bei kleinen Strömen (diffuses Licht). In dieser Abhängigkeit nimmt der Logikbaustein bei der linearen Kennlinie einen sehr viel höheren Wert an als bei der logarithmischen. Das führt zu einer Steigerung der Nachregelgenauigkeit bei abnehmender Helligkeit. Die Differenzspannung wird zusätzlich mit einer Last beaufschlagt, wodurch die Abschaltwelle mit ca. 30 W/m² in die Dämmerung gelegt wird.
Die patentierte Steuerung „DEGERconecter“ erkennt die hellste Stelle am Himmel und dreht die Modulfläche in diese Position. Die Mechanik lässt es der Steuerung im gesamten Jahresverlauf zu, die Modulfläche immer punktgenau mit der Breitseite zur Sonne zu stellen.
Diese Technik wirkt auch bei Bewölkung, Regen und Nebel, d.h. wenn an einem zunächst sonnigen Tag nachmittags von Westen her Bewölkung aufzieht, wird sich die Modulfläche wieder etwas nach Osten zurückdrehen. Bei einem ganz geschlossenen Wolkenhimmel wird die Modulfläche waagerecht, oder in die Richtung der stärksten Einstrahlung gedreht, um auch aus der Schlechtwettersituation die größtmögliche Energiegewinnung zu erreichen.
Ausgereifte Komplettlösungen auf dem Gebiet solarer Montage- und Nachführsysteme stellt seit Jahren auch die Marke Ideematec Tracking & Mounting Systems zur Verfügung – ob als Aufdach- oder Freilandgestell. Da manche Projekte individuell zugeschnittene Sonderlösungen erfordern, bewerten die Ingenieure und Techniker des Herstellers die Gegebenheiten vor Ort und entwickeln so die optimale Anlagenauslegung.

Sonnige Zeiten für Linearantriebe
„Paneele nach dem Sonnenstand ausrichten können viele Anbieter – doch nicht alle Produkte sind in der Lage, diese auch bei stürmischem Wetter stabil zu halten. Hier kann es leicht zu Beschädigungen der Paneele kommen. Der Gewinn, den das Suntracking durch die höhere Energieausbeute bringt, wird so leicht durch Reparaturkosten aufgefressen“, erläutert Hartmut Blum, Niederlassungsleiter bei Elero Linearantriebstechnik. „Bei der Konstruktion unserer Antriebe haben wir deshalb darauf geachtet, dass sie hohen Windlasten trotzen. Dass das ein zentrales Qualitätskriterium ist, haben uns auch viele Kunden auf der Intersolar bestätigt.“
Im Praxiseinsatz in Solarparks bewährt hat sich bereits der elektrische Schubspindelantrieb „Aton“: Mit einer statischen Haltelast von bis zu 60000 N hält er selbst bei starken Windböen den Tracker in Position. Was der Antrieb tatsächlich leisten kann, zeigt sich erst in der Praxis. Dabei kann Elero Linearantriebstechnik auf eine langjährige Erfahrung zurückgreifen. Das Unternehmen baut seit über zehn Jahren Linearantriebe, die Fassadenelemente wie Sonnenschutz-Lamellen zuverlässig bewegen. Auch hier sind die Antriebe so konstruiert, dass sie nicht nur die hohen Windlasten an Fassaden aushalten, sondern zudem den täglich  wechselnden Witterungseinflüssen trotzen, d.h. korrosionsbeständig und über ihre gesamte Lebensdauer hinweg wartungsfrei sind. „Auf Basis unserer bewährten Produkte haben wir Prototypen für das Suntracking entwickelt, die wir je nach Kundenwunsch modifizieren.“
Die Würzburger a+f GmbH arbeitet seit nunmehr 25 Jahren sehr erfolgreich im Bereich des Maschinen- und Anlagenbaus. Als Tochter des Gildemeister Konzerns, dem weltweit größten Hersteller spanender Werkzeugmaschinen, kann die a+f GmbH auf das Know-how und die Kompetenz des Mutterkonzerns zurückgreifen, u.a. bei der Entwicklung, Projektierung, Realisierung sowie dem Service von Freiflächen-Nachführsystemen für Photovoltaik.
Mit dem „SunCarrier“ Nachführsystem konzentriert sich a+f seit 2006 auf die industrielle Errichtung von Solarkraftwerken. Der „SunCarrier“ ist ein einachsiges Nachführsystem, das die Modulfläche permanent über die vertikale Achse nach dem aktuellen Sonnenstand ausrichtet. Auf diese Weise wird ein optimaler Einfallwinkel für das Sonnenlicht gewährleistet und im Vergleich zu gängigen Marktlösungen ein zusätzlicher Ertrag von bis zu 30% erzielt. Auf der Modulfläche von bis zu 287,5 m² kann auf dem „SunCarrier“ je nach verwendetem Modultyp eine Leistung von bis zu 40 kWp installiert werden. An einem Standort in Südeuropa entspricht dies der Energieversorgung von mehr als 20 Vier-Personen-Haushalten bei einem Verbrauch von 3500 kWh/Jahr je Haushalt.
Die ersten „SunCarrier“ des Typs 5.0 mit einer Modulfläche von ca. 225 m² wurden im Jahr 2004 entwickelt und anschließend in Würzburg installiert und über zwei Jahre getestet. Das Folgemodell, der „SunCarrier 6.0“, zeichnet sich durch eine 25 m² größere Modulfläche sowie eine noch robustere Stahlkonstruktion aus. Den Entwicklungen des Marktes nach immer größeren Generatoren geschuldet, wurde für den heimischen Markt zu Anfang des Jahres 2006 der „SunCarrier 5.1“ mit einer Fläche von rund 250 m² entwickelt. Im Juni 2008 wurde auf der Messe Intersolar in München der „SunCarrier 6.1“ vorgestellt. Dieser wurde wie auch der Typ 6.0 für den südeuropäischen Markt entworfen und besitzt eine Modulfläche von 287,5 m².
Neben Dutzenden von Einzelanlagen und kleinen „Parks“ mit bis zu sechs SunCarrier in Deutschland, Griechenland, Italien und Korea hat die a+f GmbH in den letzen zwölf Monaten über 45 MW unter anderem in TurnKey Projekten in Spanien realisiert. Mit diesen TurnKey-Projekten bietet die a+f GmbH ihren Kunden eine vollständige Projektabwicklung von der Entwicklung, Projektierung über die Realisierung der Anlagen bis hin zum Service.
Auch IMO Anlagenbau hat sich auf Lösungen in den Bereichen Maschinen- und Anlagenbau, insbesondere Solartechnologie, spezialisiert. Die IMO Unternehmensgruppe hat ab dem 1. Januar 2010 eine weitere Firma in ihren Reihen: Die aus einem Teil der IMO Holding entstandene IMO Anlagenbau bietet zukunftsweisende Produkte und Lösungen in den Sparten Maschinen- und Anlagenbau sowie Solartechnik.
In der Sparte Solar stehen jetzt auch eine Reihe von Neuentwicklungen im Angebot: feststehende sowie ein- und zweiachsig nachgeführte Solaranlagen. Für die operative Umsetzung bis hin zur Abwicklung von schlüsselfertigen Großprojekten stehen die IMO Ingenieure bei Projekten strategisch beratend zur Seite. „Abstrakte Kundenwünsche konkretisieren wir und können diese auf Wunsch als schlüsselfertige Projekte übergeben.“ erläutert Geschäftsführer Lothar Seifert.
Im Bereich der PV-Nachführanlagen dürfte auch in Zukunft noch mit einem munteren Ideenwettbewerb zur rechnen sein. Längst dürfte beim Suntracking noch nicht alles ausgereizt sein.