Fest montierte Solarmodule können die Sonne nur während eines Teils des Tages optimal nutzen. Bewegliche Anlagen liefern höhere Erträge, sind aber Wind, Hagel und zusätzlichem Verschleiß ausgesetzt. Forschende der TU Graz wollen beide Probleme mit demselben Mechanismus lösen: Ihre Anlage folgt der Sonne und faltet sich bei drohendem Unwetter schützend zusammen.
Auf dem Dach eines Bürogebäudes der Technischen Universität Graz arbeitet derzeit eine ungewöhnliche Photovoltaikanlage. Der FLAPTrack genannte Prototyp besitzt eine Leistung von 1,8 Kilowattpeak und richtet seine Module sowohl horizontal als auch vertikal nach dem Stand der Sonne aus.
Dadurch treffen die Sonnenstrahlen über einen längeren Zeitraum in einem günstigen Winkel auf die Module. Nach Angaben des Forschungsteams liegt der Energieertrag im Durchschnitt knapp 40 Prozent über dem fest montierter Vergleichsmodule. An einzelnen Tagen wurden bis zu 56 Prozent Mehrertrag gemessen.
Ein Antrieb übernimmt zwei Aufgaben
Solche Solarnachführungen sind grundsätzlich nicht neu. Vor allem in großen Freiflächenanlagen werden sogenannte Tracker eingesetzt, die Module dem Tagesverlauf der Sonne folgen lassen.
Die Grazer Entwicklung verbindet die Nachführung jedoch mit einem Schutzmechanismus. Ein patentierter linearer Aktuator verändert nicht nur den vertikalen Neigungswinkel der Module, sondern faltet sie bei Bedarf auch zusammen. Für die horizontale Bewegung sorgt ein Riemenantrieb in einer bodennahen Kreisführung.
Die Doppelfunktion soll Bauteile, Installationsaufwand und Betriebskosten sparen. Genau darin sieht das Team seine Kerninnovation: Statt für Ausrichtung und Wetterschutz zwei getrennte Systeme einzubauen, übernimmt ein Mechanismus beide Aufgaben.
Bei Unwetter liegen die empfindlichen Seiten innen
Eine lokale Wetterstation und regionale Prognosedaten melden, wenn Sturm oder Hagel drohen. Die Anlage klappt ihre Module dann mit den Vorderseiten zueinander und legt sie flach ab.
Dadurch bietet sie Windböen weniger Angriffsfläche. Die empfindlichen Oberflächen liegen geschützt im Inneren, während sich die Rückseiten zusätzlich durch ein vergleichsweise günstiges Hagelnetz sichern lassen. Auch nachts wird die Anlage zusammengefaltet.
Der Mechanismus soll außerdem verhindern, dass Schnee auf den Modulflächen liegen bleibt. Bei herkömmlichen Anlagen kann eine geschlossene Schneedecke die Stromproduktion zeitweise nahezu vollständig unterbrechen.
Mehr Strom zur richtigen Tageszeit
Für das Stromnetz könnte nicht nur die zusätzliche Gesamtmenge interessant sein, sondern auch der Zeitpunkt der Erzeugung.
Fest ausgerichtete Anlagen erreichen ihre höchste Leistung meist rund um die Mittagsstunden. FLAPTrack produziert nach Angaben der Forschenden vor allem morgens und abends deutlich mehr Strom, weil sich die Module auch bei tief stehender Sonne günstig ausrichten. In diesen Stunden soll der Ertrag mehr als doppelt so hoch sein wie bei fest montierten Anlagen.
Das könnte den Wert des erzeugten Stroms erhöhen. Mittags entsteht an sonnigen Tagen häufig gleichzeitig sehr viel Solarenergie. Morgens und am frühen Abend ist der Verbrauch dagegen oft höher, während gewöhnliche Photovoltaikanlagen weniger leisten.
Besonders ausgeprägt soll der Vorteil im Winter und in nördlicheren Regionen sein, weil die Sonne dort über längere Zeit tief am Himmel steht.
Der entscheidende Test läuft noch
Von einer marktreifen Solaranlage kann bislang keine Rede sein. Der Demonstrator an der TU Graz besitzt nur 1,8 Kilowattpeak und ist damit wesentlich kleiner als eine typische private Dachanlage.
Zahlreiche Sensoren erfassen derzeit Wetter, Stromertrag, Windkräfte und den Verschleiß der beweglichen Teile. Mithilfe dieser Daten soll das System leichter werden und langfristig möglichst autonom arbeiten.
Gerade die Mechanik entscheidet über die Wirtschaftlichkeit. Bewegliche Teile verursachen Anschaffungs-, Wartungs- und Reparaturkosten, die bei fest verschraubten Modulen kaum anfallen. Auch der Eigenstromverbrauch der Motoren und Steuerung muss vom Mehrertrag abgezogen werden.
Das Team geht davon aus, dass der kombinierte Antrieb die Kosten gegenüber herkömmlichen beweglichen Systemen reduziert. Ob der zusätzliche Solarertrag diese Kosten während der gesamten Lebensdauer tatsächlich übersteigt, ist durch den bisherigen Prototyp aber noch nicht abschließend belegt. Das ist eine Schlussfolgerung aus dem laufenden Langzeittest und dem gegenwärtigen Entwicklungsstand.
Nicht für jedes Dach geeignet
Auch Platz und Statik dürften eine Rolle spielen. Die Module benötigen Bewegungsraum und eine Unterkonstruktion, die Drehbewegungen sowie Windkräfte aufnehmen kann. Auf kleinen, steilen oder bereits dicht belegten Hausdächern könnte eine fest installierte Anlage deshalb weiterhin praktischer sein.
Interessant erscheint das Konzept vor allem für Flachdächer und Standorte, an denen Hagel, Schnee oder starke Winde ein größeres Risiko darstellen. Dort könnte der Wetterschutz nicht nur Schäden vermeiden, sondern auch Versicherungs- und Betriebskosten beeinflussen.
Eine kommerzielle Serienfertigung, einen Verkaufspreis oder einen Termin für die Markteinführung nennt die TU Graz bislang nicht. Das Projekt war zunächst als Machbarkeitsstudie angelegt.
Stefanie S. Klief
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