Solar-Tracker: immer der Sonne nach

Wie viel Strom Photovoltaik-Anlagen produzieren, hängt von der Menge der direkten Sonneneinstrahlung ab. Je mehr Sonnenstrahlen die Module treffen, desto höher ist die Ausbeute. Doch der Sonnenstand ändert sich im Laufe des Tages, das Sonnenlicht trifft die Solarpanels nicht immer im optimalen Winkel. Solar-Tracker helfen dabei, die Stromausbeute zu erhöhen und die vorhandenen Solarmodule noch besser zu nutzen. Es handelt sich hierbei um den Oberbegriff für verschiedene Nachführsysteme, die dabei helfen, die Solarmodule immer perfekt zur Sonne auszurichten. In diesem Beitrag erfahren Sie, wie Sie auch für Ihre Anlage davon profitieren können.

Wofür benötige ich einen Solar-Tracker?

Wie jeder weiß, „wandert“ die Sonne im Laufe des Tages von Osten nach West. Sind die Module fest montiert und daher unbeweglich, trifft die Sonne immer in einem anderen Winkel auf die Solarzellen. Das bedeutet, dass mit 0 bis 100 Prozent alle Werte für die tatsächlich beschienene Fläche auftreten. Während bestimmter Zeiten erreicht Ihre Anlage eine hervorragende Ausbeute, den ganzen Tag über sind diese idealen Ergebnisse aber nicht erreichbar. An dieser Stelle kommen die Solartracker ins Spiel. Sie sorgen für eine Nachführung über eine oder mehrere Achsen und stellen damit eine effektive Lösung für das Problem der optimalen Ausrichtung der Solarzellen dar. Durch eine Drehung sorgen sie dafür, dass die Module dem aktuellen Sonnenstand folgen.

Wie funktionieren die Solar-Tracker?

Grundsätzlich bestehen zwei Wege für die Nachführung von Solarmodulen: horizontal und vertikal. Besonders wichtig ist die horizontale Nachführung. Sie ermöglicht es, die Sonne bei ihrer Wandung von Osten nach Westen zu verfolgen. Dank dieser Funktion zeigt die Anlage am Morgen in Richtung Sonnenaufgang und am Abend in Richtung Sonnenuntergang.

Zusätzlich besteht die Möglichkeit, die Module vertikal auszurichten. Das ist nützlich, weil die Sonne morgens und abends niedriger und mittags höher steht. Besonders effektiv arbeiten Systeme, die beide Nachführungsarten unterstützen.

Zusammenfassung:

• Nachführung über horizontale Achse -> folgt dem Anstellwinkel der Sonne (Elevation) im Tagesverlauf

• Nachführung über vertikale Achse -> folgt der Sonnenbahn (Azimut)

Weiteres Unterscheidungskriterium: die Anzahl der Achsen

Solar-Tracker erhalten Sie auf dem Markt in ein- und zweiachsiger Ausführung. Die einachsigen Varianten bewegen sich entweder nur horizontal oder nur vertikal. Es ist nicht möglich, beide Nachführungsarten gleichzeitig zu nutzen. Mehr Möglichkeiten bieten die zweiachsigen Modelle. Die Nachführung erfolgt für Anstellwinkel und Azimut gleichzeitig. Im Ergebnis lässt sich das Modul auf diese Weise auf jeden Punkt am Himmel ausrichten. Damit ist die Voraussetzung erfüllt, die Sonnenausbeute jederzeit auf einem hohen Niveau zu halten. Aufgrund der doppelten Nachführung sind diese Tracker in der Anschaffung entsprechend teurer.

Aufbau: Aus diesen Komponenten setzen sich Solar-Tracker zusammen

Zum typischen Aufbau eines Solar-Trackers gehören Ständer und Rahmengestell. Den Ständer bezeichnen manche Hersteller auch als Mast. An diesem ist das Rahmengestell befestigt, das selbst wiederum die Solarmodule aufnimmt. Es handelt sich hierbei um einen einfachen, robusten und bewährten Aufbau für ein solches System.

Der Ständer besteht aus einer Reihe miteinander verschweißter Rohre. Um das Gewicht der Konstruktion niedrig zu halten, verwenden die Hersteller für das Rahmengestell bzw. die Unterkonstruktion Aluminium als Material. Um das Ständersystem bewegen zu können, kommen Getriebemotoren und eine Steuerungseinheit hinzu. Außerdem verfügt jeder Solar-Tracker über einen Wechselrichter und einen Windmesser.

<span class=“highlight-section-orange“>Bei der Verwendung von Solar-Trackern spielt der Wind immer eine Rolle. Die Solarmodule stellen für den Wind einen Widerstand dar. Fällt dieser zu hoch aus, kann es zum Beispiel zu einer Beschädigung des Getriebes kommen. Aus diesem Grund schreiben die Hersteller für ihre Produkte eine maximale Windstärke vor und geben Anweisungen, wie sich die Anlage bei Überschreitung der Werte am besten vor Beschädigungen bewahren lässt. Ziel ist es, den Widerstand so weit wie möglich zu reduzieren.</span>

Sonderlösungen

Nicht alle Anlagen müssen zwingend dem oben beschriebenen Aufbau folgen. Es sind auch Sonderlösungen möglich. Denkbar ist zum Beispiel die Lagerung der Module auf einem Unterkonstruktionstisch, was für Freiflächen typisch ist. Hier besteht die Möglichkeit, über eine Achse den Azimutwinkel anzupassen. Sehr viel aufwendiger und teurer sind sogenannte Drehhallen. Damit lässt sich das komplette Dach samt Solarmodulen der Sonne zuwenden. Hierbei sprechen wir aber von einer kostspieligen Lösung.

Steuerung: Nach diesen Prinzipien funktionieren moderne Tracking-Systeme

Der entscheidende Punkt beim Solar-Tracking betrifft das Nachverfolgen der Sonne. Doch woher weiß das System, wo sich die Sonne gerade befindet? Hier bestehen mit dem astronomischen und dem sensorischen Tracking zwei Herangehensweisen.

Beim astronomischen Tracking ist der Verlauf der Sonne während eines Tages fest im Gerät gespeichert. Die Daten liegen für das ganze Jahr über vor und berücksichtigen den Standort, an dem sich die Anlage befindet. Der Vorteil liegt auf der Hand: Es muss keine Messung erfolgen, da alle benötigten Werte vorausberechnet sind. Sollten sich Wolken am Himmel befinden und die Sonne verdecken, spielt das für den Solar-Tracker keine Rolle. Das Tracking fällt also störungsunanfällig aus. Einen Nachteil hat dieses Prinzip aber: Der aktuelle Stand der Sonne muss nicht zwingend dem hellsten Punkt am Himmel entsprechen.

Aus diesem Grund steht mit dem solaren Tracking eine Alternative zur Verfügung. Diese Systeme ermöglichen es, stets den hellsten Punkt am Himmel zu verfolgen. Damit lässt sich die Sonnenenergie potenziell noch besser nutzen. So besteht zum Beispiel die Möglichkeit, dass die Sonne an den Rändern von Wolken reflektiert und die Helligkeit hier besonders hoch ausfällt. Ein sensorischer Solar-Tracker kann das ausnutzen und sich entsprechend ausrichten. Das gilt sogar für Schnee, Fassaden und andere stark reflektierende Flächen.

Die Tabelle fasst die wesentlichen Merkmale dieser beiden Steuerungsprinzipien noch einmal zusammen:

<table border=“1″>
<thead>
<tr><th>Steuerungsprinzip</th><th> Ausrichtung</th><th> Einsatzbereich</th><th> Typische Region</th><th> Preis</th></tr>
</thead>
<tbody>
<tr><td></td></tr>
<tr><td>Astronomisch</td><td> anhand gespeicherter Daten</td><td> wolkenarme Gebiete mit stabiler Witterung</td><td> Südeuropa</td><td> mittel</td></tr>
<tr><td></td></tr>
<tr><td>Solar</td><td> anhand des hellsten Punkts am Himmel</td><td> Gebiete mit extremer und wechselhafter Witterung</td><td> Nordeuropa</td><td> hoch</td></tr>
</tbody>
</table>

Wie groß sind die Ertragsvorteile im Vergleich zu starren Lösungen?

Wie groß die Vorteile durch den Einsatz eines Solar-Trackers ausfallen, hängt immer von den individuellen Voraussetzungen am Standort ab. Allgemeine Aussagen lassen sich daher nur schwer treffen. Die Hersteller sprechen von einer Steigerung der Leistung ab mindestens 20 Prozent und das bereits bei einer einachsigen Nachführung. Kann Ihre Anlage bisher standortbedingt nur wenig Licht nutzen und lässt sich die Nachführung bei Ihnen optimal umsetzen, sind auch Steigerungen jenseits von 100 Prozent möglich.

Zusätzliche Erträge erzielen Sie noch einmal durch den Einsatz zweiachsiger Systeme. Diese können Mehrerträge von etwa 15 Prozent bringen. Allerdings muss eine ehrliche Betrachtung auch den Verbrauch einer solchen Anlage berücksichtigen. Denn gerade die Motoren und auch die Steuerungstechnik benötigen selbst Strom. Diesen Verbrauch müssen Sie gegenrechnen, um den Nettomehrertrag durch die Verwendung eines Solar-Trackers zu erhalten.

Grundsätzlich gilt: Je aufwendiger ein Solar-Tracker aufgebaut ist, desto höher fällt auch sein Stromverbrauch aus. Thermohydraulische Nachführsysteme haben hier dank ihres einfachen Aufbaus Vorteile, weil Sie keine Elektromotoren benötigen und selbst die Steuerungstechnik wegfällt. Zudem ist die Geschwindigkeit des Trackings als Faktor zu berücksichtigen. Je schneller die Anlage der Sonne folgen kann, desto höher fallen die Ertragsteigerungen aus. Gleichzeitig verbrauchen die Motoren dann aber auch mehr Strom. Die genaue Kalkulation von Kosten und Nutzen kann hier sehr aufwendig sein.

Alles Wissenswerte zur Antriebstechnik

Ein verlässlicher Antrieb ist wichtig, um den Solar-Tracker dauerhaft mit der gewünschten Funktion nutzen zu können. Schließlich ist die Sonne immer in Bewegung, was bedeutet, dass eine laufende Nachführung über den ganzen Tag hinweg notwendig ist. Dabei sind zwei Antriebstechniken zu unterscheiden:

Elektromotor-Antrieb

Bei dieser Variante kommt ein Elektromotor zum Einsatz. Es handelt sich um einen aktiven Antrieb, der seine eigene Stromversorgung benötigt. Es ist möglich, für jeden Solar-Tracker einen eigenen Motor zu verwenden oder über einen einzelnen Motor und mithilfe von Drahtseilen mehrere Systeme zu versorgen.

Die Kosten für diese Lösung hängen von der konkreten Umsetzung ab. Günstig sind zum Beispiel die Varianten mit Schneckengetriebe. Der Elektromotor treibt dieses an, das Getriebe überträgt dann seine Rotation auf die gewünschte Achse. Teurere Varianten setzen hingegen zum Beispiel auf einen Elektrozylinder mit DC-Motor und Trapezgewindespindel.

Thermohydraulischer Antrieb

Neben der aktiven Nachführung per Elektromotor sind auch passive Varianten mit thermohydraulischem Antrieb (THA) zu finden. Der Vorteil besteht darin, dass dieser Antrieb keine Stromversorgung und auch keine Steuerelektronik benötigt. Die benötigte Energie bezieht das System direkt aus der Sonne. Durch die Verschiebung einer Flüssigkeitssäule lässt sich bei einer Variante dieses Antriebs eine Gewichtsverlagerung erreichen, die Nachführung erfolgt hier nach dem Schwerkraftprinzip. Möglich ist auch die Bewegung eines Stellzylinders nach dem hydrostatischen Prinzip. In beiden Fällen erhalten Sie eine Anlage, die sich selbst reguliert und energieautark arbeitet.

Solartracker: Das sind die Vor- und Nachteile

Sie sind sich noch nicht sicher, ob ein Solar-Tracker die richtige Anschaffung für Sie darstellt? Folgende Vor- und Nachteile sind bei der Abwägung zu berücksichtigen:

Vorteile:

• höherer Ertrag im Vergleich zu starren Solaranlagen

• besseres Verhältnis von Anlagengröße zu Ertrag dank optimaler Quadratmeterausnutzung

• einfacher Aufbau praktisch an jedem Ort möglich

• keine Verschattung dank Befestigung an Masten

• keine direkte Befestigung der Module am Dach mehr erforderlich

• Konstruktion ist leicht zugänglich für Wartungsmaßnahmen oder Reparaturen

• optimale Hinterlüftung aufgrund Mastkonstruktion

Nachteile:

• relativ hoher Platzbedarf für Aufstellung der Masten

• hohe Anschaffungskosten im Vergleich zu starren Systemen

• höherer Aufwand für Wartung und Instandhaltung

• geringere Einspeisevergütung bei Behandlung als Freilandanlage (wegen Mastanbringung)

• aufwendigere Konstruktion für den Windschutz erforderlich

• Anbindung an das Stromnetz aufwendiger

Diese Vorzüge bietet eine aufwendige Sensorik beim Solar-Tracker

Verfügt ein Solar-Tracker über Sensoren, kann er flexibler auf die Umgebungsbedingungen eingehen. Den Stand der Sonne am Himmel zu kennen reicht nicht aus, um das System optimal einzustellen. Aus diesem Grund verbauen einige Hersteller zusätzlich Regen-, Licht- und Windsensoren, um mehr Daten sammeln zu können. Diese sind nützlich für die Ertragsteigerung und die Erhöhung der Sicherheit der Anlage.

Wolken, Bäume oder Gebäude in der Nähe der Solaranlage haben alle Einfluss auf die Helligkeit. Mit einer passenden Sensorik ist es möglich, sich diesen wechselnden Bedingungen anzupassen. Lichtsensoren gehören daher zur Ausstattung vieler moderner Solar-Tracker. Der Solar-Tracker kann damit aktiv nach der Sonne am Himmel suchen und findet den hellsten Punkt, auch wenn dieser vom aktuellen Stand der Sonne abweichen sollte. Die Systeme der Hersteller verfügen über verschiedene automatische Anpassungsfunktionen, die dabei helfen, den Ertrag der Photovoltaik-Anlagen zu maximieren. Dazu gehören zum Beispiel der Nachführungs-, Such- und Schlafmodus.

Einige Solar-Tracker verfügen auch über einen Regensensor. So ist es zum Beispiel möglich, den Winkel der Solarpanel bei starkem Regen anzupassen. Das dient dazu, weiterhin möglichst viel Solarstrom produzieren zu können und die Anlage vor den Regenmassen zu schützen. In Regionen in Deutschland mit hohen Niederschlägen und extremen Wetterereignissen kann eine solche Ausstattung sinnvoll sein.

Um das Solarmodul noch besser anpassen zu können, ergänzen Windsensoren die Ausstattung. Ein solcher Solar-Tracker erkennt automatisch, wenn er hohen Windstärken ausgesetzt ist. Diese Stellen eine potenzielle Gefahr für die Anlage dar. Das System kann nun dank der Daten des Windsensors rechtzeitig die Einstellung eines flachen Winkels mit zum Beispiel 10 Grad veranlassen, um sich zu schützen.

Worauf ist bei der Anschaffung der Solar-Tracker zu achten?

Für die Aufstellung der Solar-Tracker benötigen Sie mehr Platz als bei einem System mit starrer Befestigung. Achten Sie bei der Unterbringung mehrerer Masten auf einen ausreichenden Abstand zueinander. Das ist wichtig, damit es während der Drehung der Anlage zu keiner Tageszeit zu Verschattungen kommt.

Außerdem ist zu berücksichtigen, dass es sich um eine Installation im Außenbereich handelt. Das bedeutet, dass die verwendeten Komponenten wasserdicht sein sollten. Doch nicht alle Steuergeräte auf dem Markt sind zum Beispiel auch bei starkem Regen wasserdicht. Achten Sie hier auf die jeweils unterstützte Schutzklasse.

Planen Sie bereits frühzeitig, wie Sie den Aufbau und die Montage der Solar-Tracker vornehmen möchten. Viele Systeme erhalten Sie als Bausatz und es wäre ein Fehler, hier nicht so sorgsam wie möglich vorzugehen. Legen Sie sich alle Teile vor dem Zusammenbau zurecht und überprüfen Sie, ob alles vollständig vorhanden ist. Sie müssen das Steuergerät und eventuell eine Sensorbox installieren können und bei den Solarpanelen auf eine korrekte Anbringung an der Unterkonstruktion achten. Abschließend gilt es, die Anlage an das Stromnetz anzuschließen, wenn eine Einspeisung des produzierten Stroms vorgesehen ist. Wenn Sie sich das nicht zutrauen, sollten Sie für die Montage eventuell einen Fachmann wie etwa einen Elektriker hinzuziehen.

Was ist der richtige Aufstellort für meinen Solar-Tracker?

Solar-Tracker können Sie im Prinzip überall dort aufstellen, wo genügend Platz und eine freie Sicht zum Himmel vorhanden ist. Die Aufstellung kann auf einer freien Fläche im Garten ebenso erfolgen wie auf dem Flachdach oder je nach Ausführung auch platzsparend per spezieller Halterung am Geländer eines Balkons. Der Vorteil dieser Systeme besteht also in Hinblick auf eine hohe Flexibilität bei der Unterbringung.

Bei der Aufstellung auf dem Rasen oder einer anderen Freifläche ist auf einen ausreichend festen Boden zu achten. Schließlich soll der Solar-Tracker auch der Witterung wie etwa starkem Wind trotzen können, ohne umzukippen.

Starre und bewegliche Photovoltaik-Anlagen im Vergleich

Wenn Sie das Licht der Sonne für Ihre Energieerzeugung nutzen möchten, spielt die Position der Solarmodule auf dem Dach eine entscheidende Rolle. Auf der einen Seite möchten Sie den Ertrag maximieren. Andererseits möchten Sie die Module möglichst platzsparend, sicher und optisch unauffällig unterbringen. Eine wesentliche Festlegung nehmen Sie hier mit der Wahl starrer oder beweglicher Photovoltaik-Anlagen vor.

Früher haben Experten das Argument angeführt, dass starre Systeme eine deutlich längere Lebensdauer aufweisen würden. Sie kommen schließlich ohne die mechanischen Verschleißteile aus, wie sie bei beweglichen Anlagen mit Tracking zu finden sind. Die Hersteller haben ihre Solar-Tracker aber massiv verbessern können, sodass Nachteile in dieser Hinsicht kaum noch bestehen. An regelmäßigen Wartungen kommen Sie aber nicht vorbei.

Für die Solar-Tracker spricht neben dem höheren Ertrag auch, dass sie sich bequem um ein Monitoring ergänzen lassen. Diese Systeme senden dem Hersteller wichtige Daten zum Zustand der Anlage zu. Daher ist es möglich, frühzeitig auf sich entwickelnde Probleme mit dem Tracker zu reagieren. Das schützt Ihre Investition und trägt zu deren Langlebigkeit bei.

FAQ

Wann ist ein Solar-Tracker nützlich?

Solar-Tracker lohnen sich für alle Besitzer von Solaranlagen, die mehr Sonnenstrahlen einfangen und Solarenergie gleichmäßiger über den Tag hinweg auf einem hohen Niveau nutzen möchten. Das gelingt, weil die Solarzellen dank Tracker immer optimal zur Sonne ausgerichtet sind.

Welches Solar-Tracking-System ist bei mir sinnvoll?

Entscheiden Sie sich in Regionen mit häufig wechselnder Witterung für eine sensorische Tracking-Lösung, um einen höheren Ertrag zu erhalten. Diese Systeme verfolgen immer den hellsten Punkt am Himmel unabhängig vom aktuellen Sonnenstand.

Benötigt der Solar-Tracker Strom?

Wenn Sie sich für eine Variante mit Elektromotoren entscheiden, benötigen diese ihre eigene Stromversorgung. Es sind aber auch Solar-Tracker verfügbar, die ihre Energie direkt aus dem Sonnenlicht beziehen und daher einen energieautarken Betrieb ermöglichen.

Muss ich den Solar-Tracker bei starkem Wind abbauen?

Es kann tatsächlich erforderlich sein, den Solar-Tracker vor extrem starkem Wind zu schützen. bei Windstärken ab Stufe 8 ist darüber nachzudenken, ob ein Abbau und das Verstauen zum Beispiel im Geräteschuppen oder im Keller sinnvoll wären. Hier sind die Sicherheitshinweise des Herstellers entscheidend.