Nachgeführte PV-Anlagen: Solarmodule, die der Sonne folgen
Nachgeführte Photovoltaikanlagen sind eine innovative Weiterentwicklung klassischer Solaranlagen: Anders als starr montierte Module folgen diese intelligenten Systeme dem Lauf der Sonne. Durch diese kontinuierliche Sonnenausrichtung können die Solarmodule zu jedem Zeitpunkt die optimale Menge an Sonneneinstrahlung aufnehmen.
Das Wichtigste in Kürze
- Nachgeführte PV-Anlagen – oder Solar-Tracking-Systeme – richten ihre Module automatisch nach der Sonne aus.
- Man unterscheidet zwischen einachsiger und zweiachsiger Nachführung. Einachsige Systeme verfolgen die Sonne von Ost nach West, zweiachsige passen zusätzlich den Höhenwinkel an.
- Tracking-Photovoltaik-Systeme erfordern eine höhere Anfangsinvestition und regelmäßige Wartung, können aber durch ihre optimierte Energieausbeute die Amortisationszeit verkürzen.
- Die Nachführungstechnik eignet sich besonders für Freiflächenanlagen und größere Installationen.
Was sind nachgeführte PV-Anlagen?
Das Grundprinzip der nachgeführten Photovoltaik basiert auf einer beweglichen Aufständerung der Module. Diese ermöglicht es den Solarmodulen, sich auf ihrem Ständer um die eigene Achse zu drehen.
Die Steuerung erfolgt entweder über Sensoren oder über eine astronomische Steuerung:
- Sensoren ermitteln den hellsten Punkt am Himmel und richtet sich immer nach diesem aus.
- Die astronomische Steuerung berechnet anhand von Standort und Uhrzeit die optimale Ausrichtung.
Technische Umsetzung der Nachführung
Bei der technischen Umsetzung unterscheidet man grundsätzlich zwischen zwei Arten von Solar-Tracking-Systemen: der einachsigen und der zweiachsigen Nachführung. Beide Varianten haben Vor- und Nachteile sowie bevorzugte Einsatzgebiete.
Einachsige Nachführung
Die einachsige Nachführung ermöglicht eine Bewegung der Module von Ost nach West und folgt damit dem Verlauf der Sonne. Die Basis dieses Systems bildet eine Reihe von Modultischen, die entlang einer horizontalen Achse – typischerweise in Nord-Süd-Richtung – ausgerichtet sind. Diese Anordnung erlaubt es den Modulen, der Sonne über den Tag hinweg zu folgen.
Die Modultische werden von einem zentralen Motor angetrieben, der in der Lage ist, mehrere Tische gleichzeitig zu bewegen. Die Verbindung zwischen Motor und Modulen erfolgt über eine Kombination aus Zahnrädern und Antriebswellen, die eine gleichmäßige und präzise Bewegung sicherstellen.
Zweiachsige Nachführung
Bei der zweiachsigen Nachführung können die Module nicht nur von Ost nach West folgen, sondern verstellen sich zusätzlich im Höhenwinkel. Diese Solar-Tracking-Systeme passen sich damit nicht nur dem Tagesverlauf an, sondern berücksichtigen auch die jahreszeitlich bedingten Sonnenstände.
Jedes Modul ist auf einem eigenen Gestell montiert, das sich sowohl horizontal als auch vertikal bewegen kann. Die Bewegung wird durch zwei separate Antriebssysteme ermöglicht – eines für die horizontale und eines für die vertikale Achse. Die Antriebe können elektrisch, hydraulisch oder mittels Spindelantrieben realisiert werden, je nach Größe und Gewicht der Module.
Ein wesentlicher Aspekt der technischen Umsetzung sind die integrierten Sicherheitsmechanismen beider Nachführsysteme. Bei starkem Wind oder anderen ungünstigen Wetterbedingungen fahren die Systeme automatisch in eine sichere Position, um strukturelle Schäden zu vermeiden.
Vor- und Nachteile nachgeführter Photovoltaikanlagen
Der herausragende Vorteil von nachgeführten Photovoltaikanlagen ist der deutlich höhere Energieertrag. Einachsige Nachführungen erzielen typischerweise einen Mehrertrag von 15-25 % gegenüber fest installierten Systemen. Besonders in den Morgen- und Abendstunden kann die Nachführung zusätzliche Energie sammeln.
Eine zweiachsige Nachführung kann den Ertrag sogar um 25-35% steigern. Dieses System punktet vor allem in den Wintermonaten. Denn dann steht die Sonne so tief, dass andere Systeme kaum noch Sonnenlicht einfangen können.
Weitere bedeutende Vorteile von nachgeführten PV-Anlagen sind:
- Eine verbesserte Eigenverbrauchsquote: Durch die verlängerten Produktionszeiten morgens und abends kann mehr Solarstrom direkt genutzt werden.
- Ein geringerer Modulverschleiß: Die gleichmäßigere Bestrahlung der Module reduziert die thermische Belastung und steigert somit die Langlebigkeit der Solarmodule.
- Eine optimierte Flächennutzung: Trotz größerer Abstände zwischen den Modulreihen wird durch den höheren Ertrag die verfügbare Fläche effektiver genutzt.
Den Vorteilen stehen jedoch auch einige gewichtige Herausforderungen gegenüber. Zum einen sind die erhöhten Investitionskosten zu nennen. Die Nachführtechnik verursacht Mehrkosten von circa 20-30 %. Zusätzlich ist auch die Verkabelung aufwendiger, wodurch die Installation spezialisierte Fachkräfte erfordert.
Darüber hinaus müssen die Voraussetzungen stimmen: Eine verstärkte Fundamentierung und eine geeignete Unterkonstruktion sind erforderlich. Weitere Nachteile sind:
- Höherer Wartungsaufwand
- Komplexere Fehlersuche bei Störungen
- Erhöhte Anfälligkeit bei extremen Wetterereignissen
- Zusätzlicher Energiebedarf für die Nachführung
Planung und Genehmigung
Die Installation einer nachgeführten PV-Anlage erfordert eine besonders sorgfältige Planung. Denn anders als bei Aufdachanlagen müssen bei Solar-Tracking-Systemen besondere Anforderungen erfüllt und rechtliche Aspekte berücksichtigt werden.
Zentral ist zunächst die Standortwahl: Der Untergrund muss ausreichend stabil sein, um das Gewicht der Anlage und die dynamischen Lasten durch die Nachführung aufzunehmen. Dabei spielt die Fundamentierung eine wichtige Rolle – sie muss präzise berechnet und fachgerecht ausgeführt werden.
Besondere Beachtung verdienen auch die Abstandsflächen. Da sich nachgeführte Photovoltaikanlagen bewegen, müssen größere Abstände zu Nachbargrundstücken eingehalten werden als bei starren Systemen. Dies gilt besonders für zweiachsige Nachführungen, die mehr Raum für ihre Bewegungen benötigen.
Wartung und Betrieb
Nachgeführte Photovoltaikanlagen erfordern aufgrund ihrer beweglichen Komponenten und der komplexeren Technik eine regelmäßige, intensive Wartung. Diese sollte mindestens einmal jährlich durchgeführt werden, um eine optimale Funktion zu gewährleisten. Die Wartungshäufigkeit hängt jedoch auch stark von den Umgebungsbedingungen ab – in Umgebungen mit viel Laub und Schmutz kann es sinnvoll sein, die Anlage mehrmals pro Jahr zu warten.
Zu den Standardwartungsarbeiten zählen
- die Überprüfung und Schmierung der mechanischen Teile,
- die Kontrolle der elektrischen Verbindungen,
- die Reinigung der Module sowie
- die Kontrolle der Sensoren und Steuerungssysteme.
Im Winter ist mit zusätzlichen Herausforderungen zu rechnen, da Schnee und Eis die Beweglichkeit der Systeme beeinträchtigen können. Um Ausfälle zu minimieren, sind nachgeführte Anlagen oft mit speziellen Schneeschmelzsystemen ausgestattet. Zudem sind sie so konstruiert, dass Schnee leichter abrutschen kann.
Bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt sollten die Anlagen in eine flache Position gebracht werden – insbesondere bei Vorhersagen von starkem Frost. Diese Schutzposition reduziert das Risiko von mechanischen Schäden durch die Ausdehnung von Eis oder die Ansammlung von Schneelasten auf den Anlagenkomponenten.
Einsatzbereiche von nachgeführter Photovoltaik
Nachgeführte Photovoltaikanlagen eignen sich besonders für Standorte mit hoher Sonneneinstrahlung und ausreichend verfügbarem Platz. Daher sind diese modernen Systeme häufig in großen Solarparks zu finden – denn hier spielt die maximale Energieausbeute eine wesentliche Rolle.
Ideale Standorte sind weitläufige, offene Flächen ohne Verschattung durch Gebäude oder Bäume. Standorte mit hoher Sonneneinstrahlung maximieren den Ertrag und verbessern die Amortisationszeit der Investition. Zeitgleich sollten eine geringe Luftfeuchtigkeit und konstante Wetterbedingungen gegeben sein.
Typische Anwendungsfälle umfassen somit die Nutzung in kommerziellen Solarfarmen, bei denen es auf maximale Effizienz ankommt. Aber auch in der Landwirtschaft, wo große Flächen zur Verfügung stehen, werden nachgeführte Systeme eingesetzt, um neben der landwirtschaftlichen Nutzung zusätzliche Einkünfte durch Stromerzeugung zu generieren.
FAQ
Nachgeführte Systeme können ihre Solarmodule direkt zur Sonne ausrichten können, was zu einer höheren Energieausbeute führt. Insbesondere in den Morgen- und Abendstunden sowie während der Wintermonate ist dies ein klarer Vorteil gegenüber starren Photovoltaiksystemen.
Die Kosten sind in der Regel höher als bei feststehenden Anlagen, da zusätzliche mechanische Komponenten und Steuerungstechnik erforderlich sind. Die genauen Kosten hängen von der Größe und Art der Installation ab.
Die Wartungshäufigkeit hängt von der Umgebung und der Nutzung ab. Es sollte jedoch mindestens einmal pro Jahr eine vollständige Wartung durchgeführt werden, um die optimale Leistung zu gewährleisten.
Nachgeführte Systeme sind in der Regel robust, müssen aber bei extremen Wetterbedingungen wie starkem Wind oder Schneelasten möglicherweise in eine Schutzposition gebracht werden.
In vielen Ländern gibt es spezifische Förderprogramme für erneuerbare Energien, die auch die Installation von nachgeführten Photovoltaikanlagen einschließen können. Es empfiehlt sich, lokale Fördermöglichkeiten zu recherchieren.
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