Das politische Gezerre um die Energiewende hinterlässt Misstrauen beim Bürger. Auch geben die großen Stromkonzerne ihre Preisvorteile durch Strom aus Wind und Sonne nicht an die Kunden weiter. Also gehen immer mehr Privatverbraucher und Betriebe vom Netz oder beschränken den Stromkauf auf ein Minimum. Ihr Ziel ist die weitgehende Eigenversorgung mit Solarstrom. Klar, dass damit die Wirtschaftlichkeit der eingesetzten Generatoren an Bedeutung gewinnt. Dabei könnten nachgeführte Systeme eine wichtige Rolle erhalten.
Denn allein durch den Einsatz von Speichern könnten die Betreiber von Solaranlagen ihren Eigenverbrauch mehr als verdoppeln, heißt es beim Bundesverband Solarwirtschaft (BSW-Solar). Und das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (Fraunhofer ISE) rechnet vor, dass Verbraucher mit einem Einfamilienhaus und einer Photovoltaikanlage plus Speichersystem „ihren Strombezug um bis zu 60 Prozent reduzieren“ können.
Dass sie damit ihre Haushaltskasse und das Stromnetz entlasten, steht außer Frage. Denn, wie es beim BSW-Solar heißt: „Sonnenstrom ist bereits heute deutlich günstiger als der Strom vom Energieversorger.“ Und die Preisschere zwischen gekauftem und selbst produziertem Strom klafft immer weiter auseinander. Solarteur Dirk Mayer von SBWW aus dem schwäbischen Gäufelden berichtet, dass er unlängst 20 Kunden mit neuen Solaranlagen und Speichersystemen ausrüstete. Keiner der Bauherren habe staatliche Förderung in Anspruch genommen.
Höhere und steilere Erträge
Solargeneratoren erreichen das Maximum ihres Ertrags in der Mittagszeit, wenn die Sonne am höchsten steht. Der Ertrag folgt einer Glockenkurve, die morgens langsam anläuft und abends ebenso langsam schwindet. Werden die Solarmodule auf ein Nachführsystem installiert, bleiben sie länger auf die Sonne ausgerichtet. Ihre Ertragskurve steigt steiler an und fällt steiler ab. Dadurch wird eine Batterie schneller geladen, auch steht schneller Sonnenstrom für den direkten Eigenverbrauch im Gebäude zur Verfügung. Zwar verteuert das Nachführsystem die Montage, dafür steigen die Erträge um 5 bis 30 Prozent, je nach Ort und Betriebsweise. Und: Im Winter stellt sich der Tracker auf die tief stehende Sonne ein. Während Dächer unterm Schnee ächzen, bleibt der Nachführtisch mit den Modulen in der Regel schneefrei.
Zu den Pionieren der Nachführsysteme gehört Artur Deger, Gründer und Geschäftsführer von Deger Energie in Horb am Neckar. Schon 1999 entwickelte er sein erstes sensorgesteuertes System. Sein Ziel damals war: Er wollte möglichst hohe Solarerträge pro Quadratmeter Modulfläche erzielen und den tagsüber erzeugten Überschuss in einer Batterie zwischenspeichern. Aus dieser Idee entstand eines der ersten Komplettsysteme zur Eigenversorgung.
Basis war die Erfindung des MLD-Sensors. MLD steht für Maximum Light Detection. Dahinter verbirgt sich eine kleine Acrylpyramide, die ständig die hellste Stelle am Himmel anpeilt. Ihr Steuersignal richtet die Solarmodule auf dem Nachführtisch danach aus und holt deutlich mehr Sonnenstrom heraus als eine fest installierte Anlage.
Mittlerweile hat Deger mehr als 50.000 Systeme verkauft, rund um den Globus. In Deutschland kam das Geschäft nahezu zum Erliegen, weil die fallenden Modulpreise und die sinkende Einspeisevergütung kaum Spielraum für die Stahlmasten ließen. Es war billiger, die Modulreihen enger zu stellen und sogar die Verschattung im Winter in Kauf zu nehmen.
1,74 Kilowattstunden je Watt im Jahr
Jetzt hat sich der Markt komplett gedreht. Angesichts steigender Strompreise und uninteressanter Einspeisevergütungen erfährt die MLD-Technologie eine zunehmende Nachfrage bei Privatleuten, die das Maximum aus ihren Solarmodulen holen wollen. Die von Deger als Komplettsystem mit Batterie (Maximum Solar Power Storage, MSS) und Energiemanagement betriebene Referenzanlage im Schwarzwald lieferte beispielsweise innerhalb eines Kalenderjahres von nur 22 Quadratmetern Modulfläche insgesamt 7.526 Kilowattstunden Solarstrom. Installiert sind dort 18 Module vom Typ Sanyo 240 mit einer Gesamtleistung von 4,320 Kilowatt. Das ist ein im Vergleich zu starren Anlagen eindrucksvoller Ertrag. Das System ist hoch rentabel, auch ohne Förderung. Es versorgt ein Familienhaus mit Büro. Nicht einmal die Hälfte des Sonnenstroms reichte dafür aus. Die andere Hälfte wurde eingesetzt, um zwei Elektrofahrzeuge anzutreiben und Warmwasser zu bereiten.
Ein zweiter Effekt, der sich nur mit nachgeführten Systemen erzielen lässt, ist die optimierte Ertragskurve, also die gleichmäßige Produktion von Solarenergie über den ganzen Tag. Sie passt sehr gut zur Ladekurve von Batterien. Das wirkt sich gleichfalls auf die Wirtschaftlichkeit des Systems aus: Der ausgeglichene Lastgang belastet die Stromspeicher erheblich weniger als hohe Spannungsspitzen, wie sie für starre Systeme typisch sind. Die Lebensdauer der Batterien erhöht sich, die Speicher können kleiner dimensioniert werden. Die Anschaffungskosten sind niedriger, und die Systeme müssen seltener erneuert werden.
Teure Batterie verkleinern
Hinzu kommt, dass nachgeführte Systeme relativ viel Strom vom Solarmodul direkt in die Steckdose liefern, weil sie die Verbrauchskurve eines typischen Haushalts oder mittelständischen Unternehmens besser abdecken. Sie stellen in der Regel über viele Stunden am Tag genügend Solarenergie zum Direktverbrauch zur Verfügung. Auch bei bedecktem Himmel produzieren sie mehr Strom als starre Systeme. Noch etwas entlastet die Batterien und steigert die Effizienz: Was nicht über die Batterie läuft, wird in nutzbare Leistung umgesetzt und schont den Speicher.
Niedrige und mittlere Sonnenstände
Demgegenüber produzieren starr installierte Photovoltaikmodule um die Mittagszeit besonders viel Strom, liefern aber davor und danach relativ wenig Energie. Das ist schlecht für Verbraucher, die sich möglichst autark mit selbst produziertem Strom versorgen wollen. Sie können ihren Bedarf morgens und abends meist nicht direkt abdecken, sondern müssen das öffentliche Netz oder ihre Speicher stärker in Anspruch nehmen. Dies wirkt sich signifikant auf die Batteriekapazität aus. Als Faustregel gilt: Die Nachführung mit einem MLD-System spart rund 30 Prozent Batteriekapazität. Angesichts der Batteriepreise nimmt sich der Tracker dagegen wie ein Schnäppchen aus.
Zweiachsige Nachführsysteme erzeugen vor allem bei niedriger Einstrahlung und diffusem Licht mehr Solarenergie als dem Sonnenstand nicht nachgeführte Anlagen. Am größten ist das Energieplus bei mittleren bis niedrigen Sonnenständen. Dies ergaben Vergleichsmessungen des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme in Freiburg, die im Frühjahr 2013 abgeschlossen wurden.
Damit ist die sensorgesteuerte Nachführung für äquatorferne Regionen wie Mittel- oder Nordeuropa gut geeignet. Das betrifft die Morgen- und Abendstunden ebenso wie die Bedingungen im Winter und in der Übergangszeit mit häufig niedrigen Sonnenständen und diffusen Lichtverhältnissen.
Tracker wirft den Schnee ab
Diesen Effekt will der Hersteller mit einer neuen Produktgeneration verstärken. Der Elevationswinkel der neuen Systeme wurde von 10 bis 90 Grad erweitert. Dadurch erzielen die neuen Tracker zusammen mit einer weiterentwickelten Version des Energiekonverters bei flacher Sonneneinstrahlung messbar höhere Erträge.
Für mehr Ertrag im Winter sorgen auch Schneesensoren. Sie stellen die Tische steil, damit der Schnee abrutscht und die Solarmodule wieder stromen. „In vielen schneereichen Regionen der Erde gibt es sehr viele sonnenreiche Wintertage mit einer Einstrahlungsintensität wie in Spanien“, erklärt Artur Deger. „Diese Energie wollen wir uns natürlich auch dann zunutze machen, wenn es beispielsweise nachts heftig geschneit hat.“ Der Schneesensor stellt das System bei Schneelast automatisch so lange senkrecht, bis der Schnee abgeworfen ist. „Danach richtet der MLD-Sensor die Module sofort wieder nach der hellsten Stelle am Himmel aus – die Erzeugung von Solarstrom beginnt erneut.“
Derzeit ist Deger dabei, die Heiztechnik mit selbst erzeugtem Solarstrom weiterzuentwickeln. Ziel ist es, möglichst viel Solarstrom selbst zu nutzen. Seit Herbst 2012 ist der Überschussmanager 3.5 verfügbar, der Leistungen von 0 bis 3,5 Kilowatt über einen Heizstab stufenlos der Gebäudeheizung zuführt. Im Frühjahr 2014 kommt der neue Überschussmanager 10.0 mit null bis zehn Kilowatt Heizleistung auf den Markt.
Mehr Sonnenstrom für die Heizung
Das System lässt sich in alle vorhandenen Photovoltaikanlagen integrieren – mit oder ohne Batterie. Am Solarsystem und am Wechselrichter sind keine Veränderungen notwendig. „Entweder kann wahlweise ein kostengünstiger Heizstab angeschlossen werden“, meint Artur Deger. „Er wandelt die elektrische Energie direkt in Wärme um, heizt Brauchwasser oder den Pufferspeicher auf.“ Alternativ bietet der Überschussmanager ein Ausgangssignal, um Wärmepumpen anzusteuern. „Eine Wärmepumpe macht üblicherweise aus einer Kilowattstunde Solarstrom zwischen drei und fünf Kilowattstunden Wärmeleistung“, rechnet Deger vor. „Der Überschussmanager erkennt, wenn die Wärmepumpe zu viel Energie zieht und regelt sie auf das Maß des momentan vorhandenen Solarstromüberschusses zurück. Auf diese Weise wird möglichst wenig Strom aus dem Netz bezogen.“
Mit Kombinationen aus MLD-Nachführung, Überschussmanager und Heizsystemen sei Photovoltaik auch ohne üppige Einspeisevergütung wirtschaftlich, sagt der Solarpionier. „Damit bringen wir die Energiewende voran und bieten vielen Menschen ein System, mit dem sie ihren eigenen Solarstrom gewinnen und ihre Energiekosten reduzieren können.“
Maschinenfabrik Albert GmbH
ASN-Serie für die Nachrüstung
Der oberösterreichische Maschinenhersteller Albert hat Nachführsysteme für Solarmodule entwickelt. Die ASN-Serie ist robust und lässt sich in bestehende Anlagen integrieren. Die Modultische werden astronomisch oder sensorisch nachgeführt. Sie decken vier Baugrößen von 25 bis 130 Kilonewton ab. Durch spezielle Werkstoffe, wartungsfreie Lager und eine Verdrehsicherung des Schubrohrs wird ein reibungsloser Dauerbetrieb sichergestellt. Die Nachführsysteme sind für Zug- und Druckbelastungen ausgelegt und leisten einen maximalen Hub von 2.100 Millimetern. Zur Hubbegrenzung sind die Systeme mit Endschaltern ausgestattet und verfügen zudem über eine mechanische Selbsthemmung. Die Nachführsysteme sind serienmäßig mit einem 24-Volt-Gleichstromantrieb ausgestattet. Auf Wunsch werden die Systeme auch mit Wechsel- oder Drehstrommotor geliefert.
Kemper GmbH
Runderneuerte Nachführsysteme
Leichter und flexibler: Die Kemper GmbH hat ihre zweiachsigen Nachführsysteme vom Typ Kemtrack verschlankt. Der Hersteller aus Vreden baut Modultische von 70 Quadratmeter bis 120 Quadratmeter Modulfläche. Durch die Integration des Elevationsantriebs in das zentrale Tragrohr lässt sich der Tracker komplett nach Osten und Westen schwenken, ohne die azimutale Richtung zu verändern. Die Tracker können längs und quer mit Modulen bestückt werden. Das erhöht die Flexibilität der Verschaltungskonzepte sowie Anzahl und Baugröße von Modulen. Auch wurden die überarbeiteten Tracker flacher. Dadurch reduziert sich ihr Schattenwurf, das Grundstück wird besser ausgenutzt. Jedes Nachführsystem ist mit einer eigenen Steuerungseinheit ausgestattet, die auf astronomischer Basis den Sonnenstand ermittelt und den Tracker optimal zur Sonne ausrichtet. Das verspricht bis zu 40 Prozent mehr Stromertrag als von fest installierten Modulen. Die gemeinsam mit Siemens neu entwickelte Steuerungseinheit ist internetbasiert. Sie kann vom PC oder per Smartphone überwacht und gesteuert werden. Dieser Zugriff vereinfacht das Management von einzelnen Trackern und von kompletten Solarparks.
Kirchner Solar
Tracker für Konzentratormodule
Die Kirchner Solar Gruppe aus Alheim-Heinebach hat ein zweiachsig gesteuertes Nachführsystem für Solarmodule entwickelt. Der Modultisch richtet sich nach astronomischen Daten aus, damit die Sonne genau senkrecht auf die Solarmodule scheint. Der robuste Tracker wurde speziell für konzentrierende Solarmodule in Ländern mit hoher Sonneneinstrahlung konstruiert, kann aber auch in unseren Breiten in der Landwirtschaft oder auf Parkplätzen eingesetzt werden. Entwicklungspartner war der Wechselrichterhersteller SMA. Kirchner verspricht damit Mehrerträge von bis zu 45 Prozent.
Themendossier
Mehr Praxis: Stromspeicher
Für unsere Abonnenten bieten wir im Internet unter dem Menüpunkt Dossiers und Themen die gesammelte Fülle unserer Fachartikel und Meldungen an. Dort finden Sie auch exklusive und kostenfreie Downloads unserer Partner. Die Zugangsdaten stehen auf dem Adressaufkleber auf Ihrem persönlichen Exemplar der photovoltaik.
Nachgeführte Systeme stellen sich auf die tief stehende Sonne besser ein. Dadurch steigt der Anteil derErträge im Winter signifikant an. Deger bietet das System komplett mit Batterien und Energiemanager an.
Dieses Nachführsystem stellt die Module so steil an, dass der Schnee abgeworfen wird.
Die Installationsfirma Leibetseder im österreichischen Altenfelden nutzt den Tracker auch, um ihr Engagement für die erneuerbaren Energien deutlich sichtbar zu machen.
Das Ertragsplateau der Tracker erzielt vor allem am Morgen und nachmittags deutliche Vorteile gegenüber der klassischen Glockenkurve einer fest installierten Photovoltaikanlage.
Einbau eines Trackers im dichten Gebäudebestand.
Das Autohaus von Hugo Kleinmann in Hechingen hat die Solarmodule auf Nachführsystemen von Deger Energie installiert. Damit wirbt es unter anderem für Elektromobilität.
