PV-Nachführsysteme: Immer der Sonne entgegen
Die Sonne geht im Osten auf, steht im Tagesverlauf unterschiedlich hoch und geht im Westen unter. Der Stern scheint also ziemlich beweglich – auch wenn es in Wahrheit die Erde ist, die sich um die Sonne dreht. Für Menschen, die mit einer Photovoltaik-Anlage Strom erzeugen wollen, macht das keinen Unterschied. Sie stehen vor der Herausforderung, mit einer in der Regel unflexiblen und starr auf einen Punkt ausgerichteten Anlage auf die Sonne zu zielen, deren Stand am Himmel dagegen sehr flexibel ist. An geeigneten Standorten ist das kein Problem: Es trifft auch so genug Sonnenlicht auf die Module, um wirtschaftlich Strom mit der Anlage zu erzeugen.
Trotzdem ist noch mehr herauszuholen, wenn die Solarmodule der Sonne im Tagesverlauf folgen. Vorbild ist die Natur, genauer: die Sonnenblume. Junge Gewächse drehen ihren Kopf immer dorthin, wo die Sonne gerade steht. Damit gewinnen sie die meiste Energie, die sie für ihr Wachstum brauchen.
Sollen Photovoltaik-Anlagen das auch können, braucht man ein Nachführsystem. Die gute Nachricht ist, dass diese den Ertrag einer Anlage um bis zu 50 Prozent steigern können. Konkret hängt das von mehreren Faktoren wie der Dauer der direkten Sonneneinstrahlung am Tag und der Art der Nachführung ab. Unter Alltagsbedingungen werden eher Werte am unteren Ende der Bandbreite erreicht. Die schlechte Nachricht ist, dass die Kosten und der Aufwand für nachgeführte Anlagen sehr viel höher ist als bei unbeweglichen. Daher kommen solche Systeme im Privatgebrauch seltener in Betracht. Haupteinsatzgebiete sind bislang eher große Freiflächen wie Weiden oder auch Solarparks.
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Wendig in bis zu alle vier Himmelsrichtungen
Es gibt mehrere Möglichkeiten, die Solarmodule der Sonne nachzuführen. Bei einer horizontalen Nachführung bleiben die Module in der Höhe unbeweglich, doch folgen sie der Sonne im Tagesverlauf von Osten nach Westen. Bei einer vertikalen Nachführung bleiben die Module in eine Himmelsrichtung ausgerichtet, folgen aber dem Stand der Sonne. Eine kombinierte horizontale und vertikale Nachführung sorgt für den höchsten Ertrag, weil sich der Solargenerator sehr flexibel in alle vier Himmelsrichtungen drehen kann.
Dafür kosten sie aber auch mehr. Außerdem ist die Konstruktion aufwendiger, was zu einer Zunahme möglicher Fehlerquellen oder Störungen und zu einer kniffligeren Wartung führt. Im Privatbereich ist der Kosten-Nutzen-Effekt einer einachsigen Anlage in vielen Fällen höher als bei einer zweiachsigen Anlage. Damit kann bereits eine gute Steigerung des Ertrags erreicht werden.
Wer mehrere Solarmodule auf einer Fläche nutzen will, muss außerdem berücksichtigen, dass ein ausreichender Abstand zwischen ihnen gewährleistet ist oder clevere Ständerkonstruktionen gewählt werden. Ansonsten besteht das Risiko, dass sich die Module gegenseitig verschatten, wenn die Sonne tief steht. Dafür haben nachgeführte Anlagen ein Problem nicht, das bei vielen Hausanlagen berücksichtigt werden muss: eine ausreichende Hinterlüftung für die Kühlung. Da die Module bei nachgeführten Anlagen auf Gestängen oder ähnlichen Konstruktionen angebracht sind und nicht fest auf einem Dach aufliegen, ist für ausreichend Luftaustausch gesorgt.
Nicht immer bringt die Nachführung den gewünschten Erfolg – vor allem an bewölkten Tagen, wenn die Motoren stur der Sonne folgen. Dann kann ihr Ertrag sogar unter den einer stationären Anlage fallen. In solchen Konstellationen ist es besser, wenn möglichst viel Diffusstrahlung eingefangen wird – also indirektes Licht, das durch die gestreute Reflexion des Sonnenlichts entsteht. Es gibt Anlagen, die die Solarmodule in dieser Situation nicht mehr der Sonne folgen lassen, sondern sie horizontal ausrichten, um so möglichst viel der diffusen Strahlung zu sammeln.
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Aufbau und Art der Nachführung
Technisch sind die meisten Nachführsysteme handfest konstruiert: Ein Rahmengestell mit Solarmodulen wird entweder an einem Mast, auf einem Schienensystem oder einem Laufring befestigt. Meist sorgen ein oder zwei Motoren – je nach Modell – dafür, dass die Module bewegt werden können. Das geschieht durch eine Steuerungseinheit, dem Tracker. Daneben gibt es auch Anlagen mit thermohydraulischer Steuerung. Da Solarmodule bei Sturm Schaden nehmen können, verfügen viele Anlagen außerdem über einen Windmesser. Weht der Wind zu stark, richtet der Tracker die Module so aus, dass sie möglichst geschützt sind und keinen Schaden nehmen. Gebraucht werden außerdem, wie bei anderen Photovoltaik-Anlagen auch, Wechselrichter, die den erzeugten Gleichstrom in nutzbaren Wechselstrom umwandeln.
Bei der Art der Nachführung wird zwischen zwei Möglichkeiten unterschieden: der astronomischen und der sensorischen Nachführung. Die astronomische Nachführung orientiert sich fix am Fixstern Sonne: Die Module folgen ihr stur – egal, wo sie steht und ob es bewölkt ist oder nicht. Die sensorische Nachführung, auch Helligkeitsnachführung genannt, orientiert sich am Licht. Dabei suchen lichtempfindliche Sensoren nach dem hellsten Punkt am Himmel, um die Module darauf auszurichten und die Ausbeute zu optimieren. Insbesondere an bedeckten Tagen ist der hellste Punkt am Himmel mitnichten immer die Sonne selbst.
In Deutschland erzielt man mit der sensorischen Steuerung in der Regel mehr Ertrag, weil das Wetter – auch im Sommer – oftmals wechselhaft ist. In südlichen Ländern und Gegenden, in denen die Sonne häufig ungestört strahlt, ist die astronomische Nachführung eine gute Alternative. Sie erzielt dann zwar nicht unbedingt eine sehr viel höhere Ausbeute als die sensorische. Dafür ist sie aber wesentlich preisgünstiger und weniger störanfällig als eine Sensorsteuerung.
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Fazit: Für den Privatgebrauch nur eingeschränkt geeignet
Je mehr Sonnenlicht auf die Solarmodule fällt, desto mehr Strom erzeugt die Photovoltaikanlage – diese Gleichung ist einfach. Da liegt es nahe, nach Möglichkeiten zu suchen, die Ausbeute zu maximieren. Solarmodule, die flexibel dem Stand der Sonne folgen, sind daher eine gute Idee. In der Praxis stößt das Konzept aber zumindest im Privatbereich an Grenzen. Der technische Aufwand und die höheren Kosten wiegen den zusätzlichen Ertrag selten auf. Hinzu kommt die größere Störanfälligkeit, die insbesondere bei Reparaturen an Dachanlagen zum Problem werden kann. Wer sich trotzdem für eine nachgeführte Anlage, etwa an einem Mast auf dem eigenen Grundstück, interessiert, sollte sich von einem Fachexperten gut beraten und gründlich durchrechnen lassen, ob sich die Investition lohnt.
Nachführsysteme brauchen außerdem mehr Platz als stationäre Anlagen. Sie spielen folglich vor allem dort ihre Stärken aus, wo genügend freie Fläche zur Verfügung steht, um mehrere dreh- und schwenkbare Solarmodule gleichzeitig zu installieren. Anlagen auf Freiflächen sind leicht zu Fuß erreichbar und damit einfacher zu warten als Dachanlagen. Installiert man mehrere Solarmodule nebeneinander auf einem langen Rohrgestänge, können sogar Investitionskosten gesenkt werden: Statt jedes einzelne Module separat zu drehen, dreht man einfach das komplette Gestänge. Für den Hausgebrauch dürften solche Projekte in der Regel aber mindestens eine Nummer zu groß sein.
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