Solar-Tracker: Optimierte Erträge dank dynamischer Modul-Ausrichtung

Herkömmliche Photovoltaikanlagen sind in der Regel fest installiert und statisch zum Himmel ausgerichtet – anders als die Sonne selbst, die im Tagesverlauf wandert. Aus diesem Grund treffen die Sonnenstrahlen immer in einem anderen Winkel auf die Solarpanels und die Stromerträge schwanken entsprechend. Solar-Tracker sind bewegliche Systeme, die die Solarmodule über den Tag hinweg jeweils optimal zur Sonne ausrichten. Wir erklären in diesem Beitrag, wie solche nachgeführten Solaranlagen funktionieren und wann der Einsatz von Solar-Trackern sinnvoll ist.

Was ist eine Solar-Tracker? 

Solarmodule liefern die höchsten Erträge, wenn die Sonneneinstrahlung im Winkel von 90 Grad auf die Module trifft. Da die Sonne im Laufe des Tages von Osten nach Westen über den Himmel wandert, steht sie jeweils nur für kurze Zeit im optimalen Winkel zu den Solarmodulen. Solar-Tracker lösen dieses Problem, indem sie die Solarpanels  dynamisch steuern, sodass sie sich immer im optimalen Winkel zur Sonne hin ausrichten. Auf diese Weise können die Stromerträge der Photovoltaikanlage deutlich gesteigert werden.
 

Wie funktioniert ein Solar-Tracker?

Solar-Tracker oder Sun-Tracker (to track = verfolgen) werden auf Deutsch auch als „nachgeführte Solaranlagen“ oder „Nachführsysteme für Solaranlagen“ bezeichnet. Dieser Name beschreibt ihre Funktion recht gut: Anders als bei herkömmlichen, statisch installierten Solaranlagen sind bei Solar-Tracking-Systemen die Solarmodule auf einer beweglichen Unterkonstruktion montiert. Ein Elektromotor bewegt das Gestell auf der vertikalen und teilweise auch auf der horizontalen Achse. Auf diese Weise lassen sich die Module so drehen bzw. neigen, dass sie dem Stand der Sonne am Himmel folgen, damit die Sonnenstrahlen jeweils im optimalen Winkel auf die Module treffen.
 

Welche Arten von Solar-Trackern gibt es?

Es gibt sowohl einachsige als auch als zweiachsige Solar-Tracker. Zudem unterscheidet man zwischen zwei verschiedenen Steuerungssystemen, die die Bewegung der Solarpanels kontrollieren: sensorgesteuerte Systeme und astronomisch gesteuerte Systeme. 
 

Sensorgesteuerte und astronomische Nachführsteuerung

• Sensorgesteuerte Nachführsysteme 
  Bei sensorgesteuerten Nachführsysteme ist der Elektromotor mit einem Sonnenlicht-Sensor verbunden, der die jeweils aktuelle Position der Sonne am Himmel erfasst und die Solarmodule präzise danach ausrichtet. Sensorgesteuerte Systeme reagieren also in Echtzeit auf Witterungsveränderungen.
   
• Astronomisch gesteuerte Nachführsysteme
  Astronomisch gesteuerte Nachführsysteme haben keinen Sensor. Stattdessen arbeiten sie mit einer Software, die die Position der Sonnen zu jeder Tageszeit und an jedem Tag im Jahr exakt berechnet und die Solarpanels entsprechend ausrichtet. Da die Berechnung des Sonnenstandes auf einem Algorithmus beruht, eignet sich die astronomische Steuerung besonders für Regionen mit relativ stabilen Wetterverhältnissen

   

Wo werden Solar-Tracker eingesetzt?

Solar-Tracker werden vor allem auf kommerziellen Freiflächenanlagen eingesetzt – auf privaten Dächern oder Grundstücken findet man sie nur äußerst selten. Zum Teil liegt das daran, dass die Nachführsysteme deutlich teurer sind als statische Photovoltaikanlagen. Ein weiterer wichtiger Punkt ist aber, dass man für Solar-Tracker mehr Fläche benötigt. Die beweglichen Module müssen mit größerem Abstand zueinander installiert werden, damit sie sich beim Drehen und Neigen nicht gegenseitig verschatten.
 

Wirtschaftlichkeit: Für wen sind Solar-Tracker sinnvoll?

• Freiflächenanlagen mit einem hohen Maß an direkter Sonneneinstrahlung: Hier können Nachführsysteme die Erträge durch das Ausrichten zur Sonne deutlich steigern.
   
• Parkplatz-Bedachung und Agri-Photovoltaik: Hier erzeugen die beweglichen Module über den Tag hinweg nicht nur mehr Strom, sie spenden auch dauerhaft Schatten – zum Beispiel für geparkte Autos oder für Tiere, die auf der Grasfläche unter den Solarmodulen weiden.
   
• Kleine Solaranlagen wie Balkonkraftwerke: Mittlerweile gibt es auch Nachführsysteme für private Balkonkraftwerke. Ist der Balkon nach Süden ausgerichtet, lassen sich die Stromerträge durch das Solar-Tracking deutlich steigern. Bedenkt man, dass Solar-Tracker ebenfalls Strom verbrauchen und zudem regelmäßig gewartet werden müssen, halten sich die finanziellen Vorteile allerdings in vielen Fällen in Grenzen. 
   

Wie hoch ist die Ertragssteigerung durch Solar-Tracker wirklich? 

Wie hoch der Mehrertrag eines Solar-Trackers gegenüber einer statischen Photovoltaikanlage ist, hängt zum einen davon ab, ob das System einachsig oder zweiachsig nachgeführt ist. Zweiachsig nachgeführte Solaranlagen können sich deutlich präziser zur Sonne ausrichten.  

Der zweite wichtige Faktor für die Ertragssteigerung ist der Anteil der direkten Sonneneinstrahlung. Wenn die Sonne im Winkel von 90 Grad auf ein Solarmodul trifft, ist der Anteil an direkter Sonneneinstrahlung am höchsten und der Anteil an Strahlen, die von der Glasoberfläche des Moduls reflektiert werden, am niedrigsten. 

Daher erreichen Solarmodule ihre optimale Leistung , wenn sie jeweils im 90-Grad-Winkel zur Sonne ausgerichtet sind. Diese Leistungssteigerung geht jedoch ausschließlich auf die direkte Sonneneinstrahlung zurück. Die Diffusstrahlung – also Sonnenstrahlen, die z. B. durch Wolken gebrochen werden – lässt sich durch den Einsatz von Nachführsystemen nicht effizienter nutzen. 

Nachgeführte Solaranlagen: Vorteile und Nachteile auf einen Blick

Trends und Entwicklung: Welche Rolle spielen Solar-Tracker in Zukunft?

Auch wenn die Anschaffungskosten für Solar-Tracker in den letzten Jahren gefallen sind – für private Photovoltaikanlagen werden Nachführsysteme auch in Zukunft keine große Rolle spielen. Hier stehen die Anschaffungskosten und der Platzbedarf meist in keinem sinnvollen Verhältnis zum Mehrertrag.

Aber auch bei Freiflächenanlagen werden kosten- und wartungsintensive Solar-Tracker künftig nur in bestimmten Situationen zum Einsatz kommen. Denkbar ist zum Beispiel, dass die nachgeführten Systeme überall dort installiert werden, wo die Solarmodule nicht nur Strom erzeugen, sondern auch Schatten spenden sollen. Das gilt zum Beispiel für Parkplatz-PV-Anlagen, die in vielen Bundesländern bereits verpflichtend sind. Aber auch in der Agri-Photovoltaik – der kombinierten Nutzung landwirtschaftlicher Flächen für Photovoltaik und als Anbau- oder Weidefläche – können Solar-Tracker eingesetzt werden. Die nachgeführten Solarmodule erzeugen nicht nur Strom, sondern können Weidetieren oder Gemüsepflanzen in den Sommermonaten effektiv Schatten spenden.

Fazit

Solar-Tracker sind bewegliche Solaranlagen, die die Solarmodule immer im möglichst optimalen Winkel zur Sonne ausrichten. Insbesondere bei direkter Sonneneinstrahlung können Solar-Tracker deutliche Mehrerträge gegenüber statischen Solaranlagen erzielen. Die Ertragssteigerung zeigt sich sowohl über den Tag hinweg als auch beim durchschnittlichen Jahresertrag.

Aufgrund der hohen Anschaffungskosten, des Platzbedarfs und des Installations- und Wartungsaufwandes sind Solar-Tracker für private Betreiberinnen und Betreiber in der Regel meist nicht sinnvoll. Auch bei gewerblichen Freiflächenanlagen muss je nach Standort und Witterungsbedingungen geprüft werden, ob der Einsatz von Solar-Trackern einen wirtschaftlichen Vorteil gegenüber einer fest installierten Photovoltaikanlage bietet.