Sonnennachführung

Sonnennachführsysteme gibt es in den verschiedensten Ausführungen, das am weitesten verbreitetste Konzept sieht eine mit Photovoltaik oder Solarthermie bestückbare Fläche vor, welche flexibel auf einem Mast montiert ist, dies wird auch nicht-konzentrische Sonnennachführung genannt. Die so entstehenden Freiheitsgrade ermöglichen es die Fläche dem Verlauf der Sonne anzupassen, wodurch eine in Summe höhere Bestrahlungsstärke erzielt wird.

Grundsätzlich unterscheidet man zwischen einachsigen- und zweiachsigen Nachführsystemen, wobei die zweiachsigen Systeme auch dem täglichen Höhenverlauf der Sonne folgen.

Die erhöhte Bestrahlungsstärke für Photovoltaik oder Solarthermie wirkt sich vor allem in den Morgen- und Abendstunden, sowie im Winter, aus. Abbildung 1 Sonnennachführungsmehrertrag stellt diesen Mehrertrag in dar.

Abbildung 1 Sonnennachführungsmehrertrag [Qua09, S. 69, Abb. 2.18]

In Mitteleuropa lässt sich so mit einer einachsig nachgeführten Fläche eine ca. 20% höhere Bestrahlungsstärke erzielen, ein zweiachsiges System, im Vergleich, erhöht die Bestrahlungsstärke um ca. 30% [Qua09, S.70].

Die Sonnenposition am Himmel, kann sensorisch bestimmt werden. Die einfachsten Sensoren sind Fotodioden, die zusammen mit einer Abschattungsplatte(n) die Bildung von Differenzwerten zulässt, mit denen der hellste Punkt am Himmel annäherungsweise bestimmt werden kann. Die kompliziertesten Varianten verwenden Kameras, zur Sonnenpositionsbestimmung. Der Nachteil eines Sensors liegt im erhöhten Entwicklungsaufwand, Hardwarekosten, der Abhängigkeit zur jeweiligen Hardware[1] und der Fehleranfälligkeit[2].

Die Sonnenposition kann aber auch algorithmisch bestimmt werden, hierfür muss der Standort (auf der Erde) und der Zeitpunkt bekannt sein. Die Berechnungen dahinter können sehr komplex und mehr oder weniger genau sein. Die kompliziertesten Algorithmen, berücksichtigt sogar den Gravitationseinfluss der Planeten in unserem Sonnensystem. An einem bewölkten Tag, bedingt durch die Brechung des Lichts in den Wolken, muss der hellste Punkt am Himmel nicht unbedingt der Sonnenposition entsprechen, an solch einem Tag wäre die sensorische Bestimmung effizienter. In Sonnenpositionsalgorithmus finden sich weitere Details dazu, da in dieser Arbeit ein Algorithmus zur Bestimmung der Sonnenposition verwendet wird.

Eine weitere Unterscheidung bildet die konzentrische, bzw. nicht-konzentrische Nachführung. Die konzentrische Nachführung kann nur mit einem zweiachsigen-System betrieben werden, dabei wird mit Spiegeln[3] das eingefangene Licht auf einen Punkt fokussiert, der dadurch erhitzt wird.

Folgende Einflussfaktoren gelten in Bezug auf die, in dieser Arbeit verwendeten, nicht-konzentrische Sonnennachführung:

Kosten/ Nutzen Begründet durch Fundament, Gestell, Antrieb und Steuerung, stehen entgegen einer statischen Anlage erhöhte Kosten im Raum, die durch den nachführbedingten Mehrertrag gedeckt werden müssen.

Genehmigung & Vergütung Da freistehende Sonnennachführsysteme durch den Gesetzgeber im EEG als Freiflächenanlagen zu betrachten sind, werden diese anders vergütet und erfordern eine Baugenehmigung[4].

Wartung des Antriebs, der beweglichen Teile und gegebenenfalls der Sensoren und elektrischen Bauelemente.

Komplexität Die Steuerung, der Antrieb und das Gestell erhöhen die gesamte Systemkomplexität, sodass die Inbetriebnahme und evtl. die Fehlersuche entgegen einer statischen Anlage deutlich erhöht sind.

              Standort Nicht jeder Standort bietet die Voraussetzung für ein Sonnennachführsystem, in Bezug auf Abschattung und freier Fläche.

[1] vom softwaretechnischen Standpunkt betrachtet

[2] zum Beispiel durch Verschmutzungen oder Moos-Bildung.

[3] oder anderen reflektierenden Oberflächen

[4] was (unter Umständen) nicht gilt, wenn eine Verbindung zu einem Gebäude existiert.


Quellen:

[Qua09]     Volker Quaschning. Regenerative Energiesysteme. Hanser Verlag München, 6th edition, 2009.