Tracker-Systeme, Mover, Nachgeführte Solaranlagen

In freiem Gelände werden Solarmodule entweder in langen Reihen hintereinander aufgeständert oder auf Nachführanlagen (Solar-Trackern) befestigt. Um größtmögliche Energieerträge zu erzielen, versuchen die Tracker-Systeme ihre Modulfläche optimal zur Sonne auszurichten. Der perfekte Einstrahlwinkel soll maximale Erträge sicherstellen. Da der Einstrahlwinkel neben dem Breitengrad von der Jahres- und Tageszeit abhängig ist, „tracken“ die nachgeführte Solaranlagen über den Tag hinweg kontinuierlich dem jeweiligen Sonnenstand und passen ihre Position entsprechend an.

Vorteile von Tracker-Systemen

Mehrertrag: Verglichen mit fest aufgeständerten Anlagen verspricht z.B. der Mover-Marktführer SOLON (> 10.000 installierte SOLON Mover weltweit) bei zweiachsig nachgeführten Trackern einen Mehrertrag von bis zu 40%, bei einachsigen Systemen immerhin noch 25%.

Platzbedarf/Flächenversiegelung: der Platzbedarf eines Solarparks sinkt bei gleicher Leistung. Zudem beträgt die Versiegelung der Nutzfläche nur rund 1,2 %.

Nachteile von Tracker-Systemen

Hohe Anfangsinvestition: Bei den niedrigen Modulpreisen von heute lohnt sich der Aufpreis, den die komplexere Technologie kostet, kaum noch. Insbesondere zweiachsig nachgeführte Mover haben sind inzwischen preislich soweit von den deutlich günstigeren fest installierten Systemen in Dünnschicht-Technologie entfernt, dass SOLON die Produktion der Zweiachser im Frühjahr 2010 eingestellt hat. „Zweiachser waren gut, als die installierte Photovoltaik-Leistung pro Kilowattpeak teuer war“, sagte der Technikvorstand von Solon Dr. Lars Podlowski im Interview mit pv magazine. „Je billiger Solarmodule werden, desto weniger lohnen sich zweiachsige Nachführsysteme“.

Wartungsintensiv: Solaranlagen sollen über die Mindestlaufzeit von 20 Jahren möglichst problemlos arbeiten. Über diesen langen Zeitraum ist alles, was sich bewegt anfällig. Schliesslich sind die Systeme permanent der Witterung ausgesetzt. Bei größeren Trackern mit über 100 m² Fläche können über 20 Tonnen Windlast auf die Mechanik einwirken.

Verfügbarkeitsprobleme: Für gewöhnlich leiden azimut- und elevationsgedrehte Nachführsysteme unter einer erhöhter Schadensanfälligkeit. Wer sich davon selbst überzeugen möchte, kann sich per WebCam ein Bild von der Problematik machen. Beispielsweise kann man unter  http://salching.solarcam.de die Tracker-Systeme des Solarparks Salching anschauen. Schnell erkennt man, dass immer wieder einige der Systeme nicht ausgerichtet, also offensichtlich defekt sind.

Charakteristika von Nachführsystemen

Große Einheiten: Damit sich der Aufwand für die Nachführung in Grenzen hält, werden möglichst große Einheiten gebildet. So ist z.B. das System „SOLON Mover L“ aus 12 Großmodulen zusammengesetzt, die eine Modulfläche von 52,7 m² bilden. Beim „SOLON Mover XL“ sind es dann schon 24 Module mit einer PV-Fläche von insgesamt 105,4 m². Vollständig aufgerichtet erreicht bereits das kleiner System eine Höhe von bis zu 5,80 m. Um mit dieser Fläche dem Wind genug Stabilität entgegensetzen zu können, bedarf es eines soliden Fundamentes. Beim Solon-Mover L misst das Beton-Fundament 3 m im Durchmesser und 85 cm in der Höhe und wiegt solide 13,0 t. Hinzu kommt das Anlagengewicht von 3,8 t.

Die einachsig nachgeführten SunCarrier der a+f GmbH (Tochter der Gildemeister AG) sind sogar bis zu 7,20 m hoch. Die Modulfläche des SunCarrier 300, dem größten a+f System, beträgt riesige 287,5 m² (23,00 x 12,50 m) bei einer Leistung von bis zu 53 kWp.

Windstabilität: Der zentrale Mastarm eines Tracker-Systems muss auch schnell wechselnden Windböen standhalten, die mit wuchtigem Drehmoment angreifen. Die Folge unzureichend stabiler Konstruktionen sind hohe Materialkosten, Materialermüdung und das Auftreten gefürchteter Nickbewegungen, die sowohl Nachführsystem als auch Module zerstören können. Die Anlagen der beiden Marktführer halten im Betrieb Windgeschwindigkeiten bis zu 100 km/h (SOLON) bzw. 128,9 km/h (a+f) aus. Das entspricht einem schweren Sturm bzw. Windstärke 10. In der Sturmstellung verspricht SOLON sogar bis zu 150 km/h. Das ist jenseits von Windstärke 12 (Orkan).

Astronomische- vs. Sensor-Nachführung

Die Nachführung erfolgt entweder anhand programmierter Zyklen oder mittels Einstrahlungssensor. Beim Einsatz einer astronomischen Uhr steuert diese schrittweise die Ausrichtung der Module zum Sonnenstand. Um Verluste durch Schaltjahr, Sommer- oder Winterzeit zu vermeiden, werden in der Steuerung alle Sonnenlaufbahnen hinterlegt. Einige Anlagen kombinieren beide Systeme: die astronomische Nachführung entspricht der Basiseinstellung. Erst wenn der Einstrahlungsensor über einen längeren Zeitraum eine andere Position „empfiehlt“, wird diesem eine höhere Priorität zugewiesen.

Kleinere Solar-Tracker sind meist sensorgesteuert. der Vorteil: Es ist keine Programmierung und Zeiteinstellung erforderlich, das System benötigt kein Akku und die Montage ist einfacher.

Einachsige vs. zweiachsige Nachführung

Einachsige Nachführung: Bei SOLON erfolgt eine horizontale einachsige Nachführung von bis zu 12 Modulreihen durch eine zentrale Hydraulikeinheit. Die Standardeinheit des SOLON Single Axis besteht aus 12 x 2 Moduleinheiten à 20 Module mit insgesamt 480 SOLON-Modulen. Diese werden dem Sonnenstand folgend über eine horizontale Drehachse hydraulisch von Ost nach West nachgeführt.

Bei der a+f Gmbh tragen die horizontal einachsig nachgeführten Systeme den Namen „SkyCarrier“. Das Haupteinsatzgebiet sieht das Unternehmen bei Freiflächen-Solaranlagen in Äquatornähe. Der Sonnenwinkel beträgt hier zum Teil bis zu 90°, so dass eine Nachführung allein um die horizontale Achse die Photovoltaik-Module bereits nahezu optimal zur Sonne hin ausrichtet. Für den SkyCarrier wird ein Mehrertrag von bis zu 25 % im Vergleich zu konventionellen, fest aufgeständerten Marktlösungen versprochen.

Zweiachsige Nachführung: die Möglichkeit, die Solaranlage sowohl um die horizontale als auch die vertikale Achse bewegen zu können, kommt zwar prinzipiell dem Ertrag zu Gute, da die Nachführung optimal ist. Allerdings ist der mechanische Aufwand immens, um die Anlage trotz der zweiachsigen Nachführung über Jahre hinweg stabil und mobil zu halten.

Größter deutscher Solarpark mit Tracker-Systemen

Nur 23 der 300 größten Solarparks in Deutschland sind mit Nachführtechnik ausgestattet. Der größte deutsche Solarpark mit Nachführtechnik ist der Solarpark Gut Erlasee. Er wurde 2005 auf einer Gesamtfläche von 70 ha mit 1.640 zweiachsig nachgeführten SOLON-Mover errichtet und war mit 12,0 MWp zum Zeitpunkt der Inbetriebnahme (2006) das größte Photovoltaik-Kraftwerk der Welt. Gut Erlasee erzeugt pro Jahr so viel umweltfreundlichen Strom, wie die angrenzende Kleinstadt Arnstein durchschnittlich verbraucht.

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