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Vor- und Nachteile verschiedener Nachführsysteme im Vergleich

Nachgeführte Anlagen (nachführen engl. = tracking) folgen im Tagesverlauf dem Sonnenstand und sorgen so dafür, dass mehr Ertrag erwirtschaftet wird. Die am meisten verbreitete Variante ist ein mit Modulen bestückter Gestellrahmen der auf einem Mast befestigt ist.
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Einachsige und zweiachsige Steuerung

Man unterscheidet ein- und zweiachsige Solar Tracker. Bei der einachsigen Photovoltaik Nachführung folgt das Modulfeld der Sonne nur horizontal nach dem Anstellwinkel der Sonne (Elevation) oder vertikal nach der Sonnenbahn (Azimut). Zweiachsige Tracker können beides und haben daher die höchste Energieausbeute, weil sie jeden x-beliebigen Punkt am Himmel anvisieren können.

Ein einachsig nachgeführtes System hat gegenüber einer fest Richtung Süden montierten Anlage Ertragsvorteilevon bis zu 30%. Zweiachsig nachgeführte PV-Tracker können bei einer optimal ausgelegten Anlage sogar bis zu 45% Mehrertrag erreichen, und das im Jahresmittel.

Solarus Drehhalle - Quelle: Eggert Stahlbau

Besonders imposant sind Drehhallen, hier dreht sich das gesamte Gebäude auf einem Laufring, das geneigte Dach wendet sich so immer der Sonne entgegen. Beim der abgebildeten Installation Solarius ist der Unterbau stabil und nur das Dach dreht sich. Auf diesem Dach können bis zu 100 kWp installiert werden.

Astronomisch und sensorgesteuerte Nachführung

Bei der astronomischen Steuerung der PV-Tracker ist der Verlauf der Sonne an den verschiedenen Tagen im Jahr für den vorhandenen Standort fest in der Steuerung eingespeichert. Das bedeutet, dass die Nachführung stur dem vorgegebenen Sonnenlauf folgt, ganz unabhängig von den Umgebungsbedingungen wie Wolken, die sich vor die Sonne schieben.

Ein sensorgesteuerter Tracker richtet die Photovoltaikmodule immer nach dem hellsten Punkt am Himmel aus. Das muss nicht immer zwangsläufig der Punkt sein, an dem die Sonne steht. Schiebt sich eine Wolke vor die Sonne, so werden die Sonnenstrahlen beispielsweise an den Wolkenrändern reflektiert. Diese Strahlen treffen an einem anderem Punkt auf die Oberfläche der Erde. Diesen hellsten Punkt sucht der Sensor heraus und richtet die Solarmodule danach aus. Auch Reflexionen durch Schnee oder hellen Flächen wie Fassaden führen zu einer abweichenden Ausrichtung.

Nachführsysteme in der Praxis

Ganz extrem ist der Unterschied zu sehen, wenn der Himmel vollständig mit einer Wolkendecke überzogen ist. Was ist jetzt der optimale Anstellwinkel? Eine astronomische Steuerung würde jetzt die Module in Richtung der Sonne, die sich hinter den Wolken versteckt fahren.

Sensorgesteuerte Nachführung einer Photovoltaik Anlage© Moritz Rose

Anders dagegen die Steuerung mit Sensor: Der optimale Winkel beträgt 180 Grad, oder besser ausgedrückt stehen die Module genau waagrecht. Damit kann das restliche vorhandene Sonnenlicht, welches die Wolken durchdringt genau senkrecht auf die Module treffen. Die Module können dann durchaus fast den ganzen Tag in dieser Stellung ausharren. Eine sensorgesteuerte PV-Anlage kann an extremen Tagen, also Tagen mit stark wechselnder Bewölkung bis zu 70% Mehrertrag einfahren als eine stationäre Anlage.

Sensorgesteuerte Nachführung einer Photovoltaik Anlage© Moritz Rose

Herzlichen Dank an dieser Stelle an Herrn Rose, der mir freundlicherweise diese zwei Luftaufnahmen einer sensorgesteuerten Anlage aus der Nähe vom Oberhausen zugesandt hat. Auf dem unteren Bild ist die Anlage bei Sonne zu sehen, schön erkennbar an den Schatten, den die Module werfen. Und oben bei bedeckten Himmel, wo jeder Tracker in eine andere Richtung schaut. Das hat dann schon groteske Züge und sieht recht chaotisch aus.

Welche Steuerung ist die bessere?

Die sensorgesteuerte Nachführung bringt nachweisbar bessere Ergebnisse. Dies gilt vor allem für Regionen, bei denen mit sehr wechselhaften Wetterbedingungen zu rechnen ist. Das ist in Deutschland absolut der Fall. Hier haben Tracker mit Sensorsteuerung große Vorteile. In südlichen Ländern hingegen, wie Italien oder Spanien und noch mehr in Afrika ist das Wetter sehr viel gleichmäßiger. Die Sonne scheint meist den ganzen Tag, ohne dass sich eine störende Wolke der Sonne in den Weg stellt. Auch hier hat die Steuerung mit Sensoren zwar Vorteile, aber wenn man die Mehrkosten für eine Sensorsteuerung berücksichtigt, wird es eher Vorteile für die astronomische Steuerung geben. Berücksichtigen sollte man auch, dass eine Sensorsteuerung komplizierter, und damit auch störanfälliger als eine astronomische Steuerung ist.

Vorteile einer Nachführung

  • Höhere Erträge als bei starren Anlagen
  • Durch die Verwendung von Masten keine Verschattungsprobleme
  • Sehr gute Hinterlüftung der Module
  • Eigenes Dach muss nicht verwendet werden
  • Gute Zugänglichkeit für die Wartung

Nachteile einer Nachführung

  • Geringere Einspeisevergütung, da hauptsächlich als Freilandanlage genutzt
  • Höherer Flächenbedarf, Masten müssen, um zu jeder Tageszeit gegenseitige Verschattung zu vermeiden weit auseinandergestellt werden.
  • Höhere Investitionskosten
  • Gefahr der höheren Störanfälligkeit. Die Wartungs- und Instandhaltungskosten sind gegenüber einer starren, ohne bewegliche Komponenten ausgestatten Anlage höher.
  • Es müssen Wechselrichter eingesetzt werden, die für den Outdoor-Betrieb geeignet und zugelassen sind.
  • Diebstahlschutzvorrichtungen bei Freilandanlagen
  • Höherer Materialeinsatz wegen hohen Windlasten
  • Meist hoher Aufwand bei der Anbindung ans Stromnetz
  • Ersatzteilbeschaffung über die Laufzeit von mindestens 20 Jahren, gibt es den Hersteller in 20 Jahren noch?

Aufbau der Nachführsysteme - Tracker sowie deren Zuverlässigkeit

Der Aufbau eines Nachführsystems ist nicht sehr kompliziert. Verschweißte Stahlrohre, ein Rahmengestell, eventuell aus Aluminium, ein oder zwei Getriebemotoren, die das Gestell, an denen die Module befestigt sind bewegen, die Steuerung und im Normalfall ein Wechselrichter für jeden Solartracker. Dazu kommt dann bei einer sensorgesteuerten Anlage eben der Sensor.

Ebenfalls sollte unbedingt ein Windmesser dabei sein. Eine freistehende Nachführanlage auf einem Mast bietet dem Wind eine enorm große Angriffsfläche, vergleichbar mit einem Segel. Übersteigt die Windstärke einen vom Hersteller ermittelten Höchstwert, müssen die Module aus dem Wind in eine Stellung bewegt werden, an der der geringste Windwiderstand herrscht.

Trotz der relativen Einfachheit des Aufbaues einer getrackten Anlage ist der große Vorteil stationärer PV-Anlagen, nämlich deren Langlebigkeit aufgrund dem nicht Vorhandensein beweglicher Teile nicht mehr in dem Maße gegeben. Ein Betreiber einer nachgeführten Solarstromanlage muss sich im Klaren darüber sein, dass er regelmäßig, also mindestens einmal im Jahr alle Komponenten auf Herz und Nieren untersuchen (lassen) sollte. Auf die Tracker-Anlage gibt es wie auf stationäre Anlagen auch mindestens zwei Jahre Garantie.

Es gibt aber weitere Möglichkeiten, sich vor Ausfällen abzusichern. Entweder durch zusätzliches Monitoring, bei denen die Daten dem Hersteller zur Verfügung gestellt werden, oder durch einen Vollwartungsvertrag. Bei solch einem Vollwartungsvertrag kann dann die Garantielaufzeit beliebig erweitert werden, 20 Jahre und mehr werden angeboten. Solch eine Vollabsicherung ist natürlich mit entsprechenden Mehrkosten verbunden, der Betreiber muss sich aber dann keine Gedanken mehr über eine erhöhte Ausfallwahrscheinlichkeit der Anlage machen.

Welche Module sind die richtigen für eine nachgeführte Anlage?

Wichtig zu wissen: Wenn Sie sich für eine nachgeführte Anlage interessieren, lassen Sie sich von einem Fachbetrieb beraten und wählen Sie nur Module mit einem sehr hohen Wirkungsgrad. Damit bekommen Sie am meisten installierte Leistung kWp auf einen Mast und fahren damit von der Rendite her am besten. Unbedingt vermeiden sollte man Dünnschicht auf Trackern. Das ist, solange die Wirkungsgrade amorpher Module noch weit hinter der kristallinen Technik hinterherhinken ein NO-GO! Inzwischen werden Nachführsysteme angeboten, auf die Module mit mehr als 50 kWp montiert werden können.

Kosten und Rentabilität von Nachführsystemen

Die Preise für Module sind, parallel zur Absenkung der Einspeisetarife konstant am sinken. Während auf Modulebene weiterhin viel Kostensenkungspotential vorhanden ist, sieht es bei den Nachführsystemen nicht so gut aus. Stahl- und Aluminiumpreise steigen eher, als dass sie fallen. Nach Wegfall der Freiflächenvergütung in Deutschland wird es für die Hersteller noch schwieriger. Vor allem Anbieter zweiachsiger Systeme tun sich schwer. Beispielsweise wurde die Herstellung des zweiachsigen Solon-Movers komplett eingestellt. Dennoch lohnt es sich weiterhin, zu rechnen. Ausgehend von einem Mehrertrag von 40% erscheint die Anschaffung vor allem bei Großanlagen durchaus immer noch als lukrativ.

Bei Trackern, die auf Gebäuden installiert werden können und daher Anspruch auf die Einspeisevergütung für Dachanlagen besitzen, können sich auch kleinere Anlagen rechnen. Da es viele verschiedenen Anbieter mit unterschiedlichen Systemen von PV-Trackern auf dem Markt gibt, ist eine Aufführung der Kosten für eine Nachführung nicht möglich.

Ein Nachteil von Nachführsystemen ist der größere Flächenbedarf, da sich bei einem Solarpark die Module auf den Trackern möglichst nicht gegenseitig verschatten sollten. Das gilt für jede Tageszeit und das ganze Jahr über. Einachsige Systeme sind hier im Vergleich zu zweiachsig nachgeführten Trackersystemen klar im Vorteil. Die Anbieter von Nachführsystemen verfügen aber meist über eine Optimierungssoftware, die ein Optimum aus dem Flächenbedarf und Verschattung berechnet. So kann es beispielsweise von Vorteil sein, in den Morgen- und Abendstunden und/oder in der sonnenarmen Winterzeit eine gegenseitige Verschattung der Solartracker zu akzeptieren. Dafür bekommt man aber entsprechend mehr Leistung pro Flächeneinheit installiert.

Es gibt aber sogar einachsig um die Horizontalachse drehende Modulsysteme, bei denen sich die Module enger zusammenstellen lassen als bei fest montierten Modulen. Der Trick ist relativ einfach und nennt sich im Fachjargon "Backtracking". Morgens und abends oder im Winter, wenn die Sonne relativ flach über dem Horizont steht, würden sich die Module gegenseitig verschatten. Jetzt sorgt die Steuerung dafür, dass sich die Module etwas flacher legen. Damit sind sie zwar nicht optimal zum Sonnenstand ausgerichtet, aber, und das ist viel wichtiger, sie bekommen keinerlei Schatten ab.

Abschließend hier noch ein paar Links von Herstellern für Nachführsysteme:

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Dieser Artikel wurde erstellt von: Christian Märtel, Redakteur Photovoltaik-Web.de
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