Solar-Tracker: Mehrertrag mit dynamischer Modul-Ausrichtung

Was ist ein Solar-Tracker?

Ein Solar-Tracker ist ein System, das Solarmodule dynamisch nach dem Stand der Sonne ausrichtet. Im Gegensatz zu herkömmlichen, fest installierten Photovoltaikanlagen können nachgeführte Solaranlagen die Module ständig optimal zur Sonne positionieren. Dadurch treffen die Sonnenstrahlen den ganzen Tag über im bestmöglichen Winkel auf die Solarfläche.

Der Zweck von Solar-Trackern ist es, die Stromerträge einer Photovoltaikanlage zu steigern. Da die Module immer präzise zur Sonne ausgerichtet sind, kann die direkte Sonneneinstrahlung effizienter genutzt werden als bei einer statischen Anlage. Solar-Tracker ermöglichen es, den Energieertrag einer PV-Anlage um 15-30% zu erhöhen im Vergleich zu einer fest montierten Anlage.

Wie funktioniert ein Solar-Tracker?

Solar-Tracker, auch als nachgeführte Solaranlagen oder Nachführsysteme bezeichnet, richten die Solarmodule dynamisch nach dem Stand der Sonne aus. Im Gegensatz zu herkömmlichen, statisch installierten Photovoltaikanlagen sind die Module bei Solar-Trackern auf einer beweglichen Unterkonstruktion montiert.

Ein Elektromotor bewegt dieses Gestell auf der vertikalen und teilweise auch auf der horizontalen Achse. So lassen sich die Module drehen und neigen, um sie präzise zur Sonne auszurichten. Die Sonnenstrahlen treffen dadurch immer im optimalen Winkel von 90 Grad auf die Moduloberfläche.

Bewegungsmechanismus

Am Rahmengestell sind ein oder zwei kleine Getriebemotoren angebracht, die das Gestell in die gewünschte Richtung drehen oder neigen. Die Motoren werden von einer Steuerungseinheit angetrieben, die entweder mit einem Sensor verbunden ist oder eine Steuerungssoftware enthält.

Steuerungssysteme

Es gibt zwei Hauptarten von Steuerungssystemen für Solar-Tracker:

Sensorgesteuerte Nachführsysteme verwenden einen Sonnenlicht-Sensor, der die aktuelle Position der Sonne erfasst. Die Solarmodule werden dann präzise nach dieser Position ausgerichtet und reagieren in Echtzeit auf Wetteränderungen.

Astronomisch gesteuerte Nachführsysteme arbeiten mit einer Software, die den Sonnenstand zu jeder Tages- und Jahreszeit exakt berechnet. Basierend auf diesem Algorithmus werden die Solarpanels entsprechend ausgerichtet. Diese Systeme eignen sich besonders für Regionen mit relativ stabilen Wetterbedingungen.

Welche Arten von Solar-Trackern gibt es?

Es gibt sowohl einachsige als auch zweiachsige Solar-Tracker. Zudem unterscheidet man zwischen sensorgesteuerten und astronomisch gesteuerten Nachführsystemen, die die Bewegung der Solarmodule steuern.

Einachsige vs. zweiachsige Nachführsysteme

Bei einachsigen Nachführsystemen werden die Solarmodule nur auf einer Achse gedreht, meist vertikal von Ost nach West, um den Lauf der Sonne abzubilden. Es gibt aber auch Varianten, die die Module auf der horizontalen Achse drehen, um den Stand der Sonne von Sonnenaufgang bis -untergang zu verfolgen.

Zweiachsige Nachführsysteme drehen die Module nicht nur in Ost-West-Richtung, sondern neigen sie gleichzeitig nach oben oder unten. Dadurch kann sowohl der Lauf als auch der Stand der Sonne am Himmel präzise verfolgt werden. Daher erzielen zweiachsig nachgeführte Solaranlagen meist die höchsten Erträge.

Sensorgesteuerte und astronomische Nachführsteuerung

Sensorgesteuerte Nachführsysteme haben einen Sonnenlicht-Sensor, der die aktuelle Position der Sonne erfasst. Der Elektromotor richtet die Solarmodule dann präzise danach aus und reagiert in Echtzeit auf Wetteränderungen.

Astronomisch gesteuerte Systeme arbeiten ohne Sensor, sondern mit Software, die den Sonnenstand basierend auf Algorithmen für jede Tageszeit und jeden Standort berechnet. Diese Steuerung eignet sich besonders für Regionen mit stabilen Wetterverhältnissen.

Einsatzbereiche von Solar-Trackern

Freiflächen-Photovoltaikanlagen
Solar-Tracker finden ihren Haupteinsatz auf großflächigen Freifeld-Solarparks. Dank der dynamischen Ausrichtung der Module zur Sonne können die Erträge im Vergleich zu feststehenden Anlagen deutlich gesteigert werden. Dies ist besonders in Regionen mit hoher direkter Sonneneinstrahlung und geringen Diffusstrahlungsanteilen vorteilhaft. Die höheren Investitions- und Betriebskosten für Nachführsysteme lassen sich hier oft durch die Ertragssteigerung ausgleichen.

Parkplatzüberdachungen
Eine innovative Anwendung für Solar-Tracker sind Überdachungen von Parkplätzen. Die nachgeführten Module richten sich nicht nur optimal zur Sonne aus, sondern spenden auch gezielt Schatten für die darunter geparkten Fahrzeuge. Dies schützt die Autos vor Überhitzung und macht die Parkplätze attraktiver für Kunden und Mitarbeiter. Gleichzeitig wird die Fläche zur Stromerzeugung genutzt.

Agri-Photovoltaik
In der Agri-Photovoltaik werden landwirtschaftliche Flächen gleichzeitig für den Anbau von Nutzpflanzen und die Erzeugung von Solarstrom genutzt. Solar-Tracker bieten hier den Vorteil, dass die nachgeführten Module den Pflanzen je nach Sonnenstand Schatten spenden können. Dies schützt die Kulturen vor Austrocknung und Überhitzung. Die Effizienz der Doppelnutzung der Flächen wird so maximiert.

Privathaushalte
Für Privathaushalte spielen Solar-Tracker aktuell noch eine untergeordnete Rolle. Die Investitionskosten für Nachführsysteme sind selbst bei kleinen Balkonanlagen vergleichsweise hoch. Zudem ist der Platzgewinn auf begrenzten Dachflächen oft gering. In Zukunft könnten smarte, kostengünstige Lösungen den Einsatz von Solar-Trackern aber auch für Haushalte attraktiver machen.

Wie hoch ist die Ertragssteigerung durch Solar-Tracker wirklich?

Die mögliche Ertragssteigerung von nachgeführten Solaranlagen im Vergleich zu stationären Anlagen hängt von verschiedenen Faktoren ab. Zum einen spielt es eine Rolle, ob ein ein- oder zweiachsiges Nachführsystem zum Einsatz kommt. Zweiachsige Systeme können die Module sowohl in der horizontalen als auch in der vertikalen Ebene ausrichten und damit die Sonneneinstrahlung noch präziser nutzen. Studien des Fraunhofer ISE zeigen, dass zweiachsige Nachführsysteme den Jahresertrag im Durchschnitt um bis zu 30% gegenüber feststehenden Anlagen steigern können.

Ein weiterer wichtiger Einflussfaktor ist der Anteil der direkten Sonneneinstrahlung am Standort. Je höher dieser ist, desto größer sind die Vorteile der modulgenauen Ausrichtung zur Sonne. Die diffuse Streustrahlung lässt sich hingegen durch Nachführsysteme nicht besser nutzen. In Regionen mit häufiger Bewölkung fällt der Ertragsgewinn daher tendenziell geringer aus. Insgesamt lässt sich festhalten, dass die Ertragssteigerung je nach System und Standortbedingungen im Bereich von 15-30% gegenüber stationären Anlagen liegen kann.

Was ist ein Solar-Tracker?

Ein Solar-Tracker ist ein bewegliches System, das Solarmodule dynamisch zur Sonne ausrichtet. Im Gegensatz zu herkömmlichen, fest installierten Photovoltaikanlagen können nachgeführte Solaranlagen die Solarmodule ständig im optimalen Winkel zur Sonne positionieren. Dadurch wird die direkte Sonneneinstrahlung auf die Module maximiert, was zu deutlich höheren Erträgen führt.

Die präzise Ausrichtung der Solarmodule zur Sonne hat gleich mehrere Vorteile: Zum einen wird die direkte Sonneneinstrahlung optimal genutzt, was die Stromerzeugung erhöht. Zum anderen lässt sich durch die Beweglichkeit der Module die Verschattung effektiv steuern. Außerdem sind die Module auf Ständern montiert und gut hinterlüftet, wodurch sie auch reflektierte Sonnenstrahlen aufnehmen können.

Nachteile von Solar-Trackern

Solar-Tracker bieten zwar höhere Erträge, haben aber auch einige Nachteile im Vergleich zu stationären Photovoltaikanlagen:

Höhere Anschaffungskosten: Die Investitionskosten für Solar-Tracker liegen deutlich über denen für fest installierte Solarmodule. Die beweglichen Konstruktionen mit Motoren und Steuerungssystemen sind wesentlich aufwändiger herzustellen.

Größerer Platzbedarf: Da sich die Solarmodule bei Trackern drehen und neigen müssen, ist ein größerer Abstand zwischen den Modulreihen erforderlich, um Verschattungen zu vermeiden. Somit benötigen Solar-Tracker mehr Fläche pro installierter Nennleistung.

Höherer Wartungsaufwand: Die beweglichen Teile und Motoren der Tracker müssen regelmäßig gewartet werden, um einen reibungslosen Betrieb zu gewährleisten. Dies verursacht zusätzliche Kosten und einen höheren Arbeitsaufwand.

Stromverbrauch der Antriebe: Die Motoren, die für die Nachführung der Module verantwortlich sind, benötigen selbst Strom. Ein Teil der Erträge wird also wieder für den Betrieb der Tracker aufgewendet.

Höhere Windsensibilität: Die exponierten, hochragenden Tracker-Konstruktionen sind stärker den Windlasten ausgesetzt als bodennah installierte, stationäre Solaranlagen. Dies erfordert eine besonders robuste und windlastgerechte Auslegung und Befestigung.

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 hohem Maß an direkter Sonneneinstrahlung: Hier können Nachführsysteme die Erträge durch das Ausrichten zur Sonne deutlich steigern.

• Parkplatz-Überdachungen 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 aber, dass Solar-Tracker ebenfalls Strom verbrauchen und regelmäßig gewartet werden müssen, halten sich die finanziellen Vorteile in vielen Fällen in Grenzen.

Solar-Tracker: Trends und Entwicklungen

In Zukunft werden Solar-Tracker vor allem in spezifischen Anwendungsbereichen zum Einsatz kommen, in denen ihre Vorteile besonders zum Tragen kommen. Einer dieser Bereiche ist die Parkplatz-Photovoltaik. In vielen Bundesländern ist es bereits vorgeschrieben, große Parkplätze mit Photovoltaikanlagen zu überdachen. Hier bieten nachgeführte Solarmodule gleich mehrere Vorteile: Sie erzeugen nicht nur Strom, sondern spenden auch gezielt Schatten für die geparkten Fahrzeuge. Durch die Nachführung können die Module den Schattenwurf optimal an den Tagesgang der Sonne anpassen.

Ein weiteres vielversprechendes Anwendungsfeld ist die Agri-Photovoltaik, also die Kombination von Photovoltaik und landwirtschaftlicher Nutzung auf derselben Fläche. Nachgeführte Solarmodule können hier ebenfalls als “intelligente Beschattung” dienen. Sie lassen sich so ausrichten, dass Weidetiere oder Nutzpflanzen gerade dann Schatten erhalten, wenn die Sonne am stärksten scheint. Dies kann die landwirtschaftlichen Erträge in Zeiten des Klimawandels stabilisieren.

Für private Hausdächer werden Solar-Tracker hingegen auch künftig kaum eine Rolle spielen. Hier überwiegen die Nachteile wie hohe Anschaffungskosten, Platzbedarf und Wartungsaufwand gegenüber den eher moderaten Ertragssteigerungen. Lediglich bei nach Süden ausgerichteten Balkonkraftwerken können kleine, speziell für den Privatgebrauch konzipierte Nachführsysteme unter Umständen wirtschaftlich sinnvoll sein.

Insgesamt ist davon auszugehen, dass der Markt für Solar-Tracker in den kommenden Jahren weiter wachsen wird. Entscheidend sind die kontinuierliche Kostensenkung bei Anschaffung und Betrieb sowie die Entwicklung intelligenter Steuerungssysteme, die den Aufwand für Überwachung und Wartung minimieren. So können nachgeführte Solaranlagen künftig in immer mehr Bereichen zum Einsatz kommen.

James

Gründer von Balkonkraftwerk800W. Seit 2019 spezialisiere ich mich auf das Verfassen zahlreicher Solar-PV-Testberichte, PV-Produktvergleiche und Balkonkraftwerk-Ratgeber. Ich behalte stets eine objektive und unabhängige Perspektive bei.