Nutzen von Nachführsystemen in Deutschland

Wissenschaftler des Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung (ZSW) in Stuttgart haben bereits vor sechs Jahren eine Studie veröffentlicht, die systematisch den Mehrertrag analysiert, den nachgeführte im Vergleich zu fest installierten Module liefern. Dazu haben sie meteorologische Daten herangezogen und mit einem Simulationsmodell die gesamte Strahlung berechnet, die auf ein Modul trifft. Dabei berücksichtigt das Programm sowohl die Direktstrahlung, die diffuse Strahlung und die Ausrichtung des Moduls zum jeweiligen Zeitpunkt. Ihr Modell haben die Wissenschaftler mit fest installierten und nachgeführten Strahlungsmessgeräten auf dem Versuchsfeld des ZSW in Widderstall verglichen.

Die Messung ergab, dass auf die nachgeführte Fläche über fünf Jahre 27,2 Prozent mehr Strahlung trifft als auf die fest installierte. Mit der Rechnung kamen sie auf 27,3 Prozent, also unwesentlich mehr. Viel mehr ist an keinem Standort in Deutschland zu erwarten, wie die Berechnung für Anlagen an verschiedenen Breitengraden mit verschiedenen Jahreseinstrahlungen zeigen. Diese Werte haben die ZSW Forscher im übrigen mit Werten vom amerikanischen Forschungsinstitut für erneuerbare Energien NREL verglichen und ebenfalls eine gute Übereinstimmung gefunden.

Weniger Ertrag im Kraftwerk

Diese Werte gelten allerdings nur für freistehende Tracker. In Solarkraftwerken – fest installierten und nachgeführten – müssen sich die Planer immer dafür entscheiden, wie viel Verschattungsverluste sie in Kauf nehmen. Denn wenn sie ein System für den Sommer optimieren, treten im Winter, wenn die Sonne niedriger steht, Verschattungen auf. Wenn sie es für den Winter optimieren, wird im Sommer die Strahlung, die auf die Fläche trifft, nicht optimal genutzt. Die Wissenschaftler führen deshalb einen Parameter ein, der die Belegung einer gegebenen Anlagenfläche mit Modulen beschreibt und berechnen den Mehrertrag der nachgeführten zu den fest installierten Systemen in Abhängigkeit dieses „Flächenbelegungsfaktors“.

Das Ergebnis ernüchtert noch mehr. Denn der Mehrertrag der Tracker kommt ja genau zu den Zeiten zustanden, zu denen die Sonne nicht von Süden kommt. Um diesen Mehrertrag einzufangen, müssen die Tracker auch einen relativ großen Ost-West-Abstand haben. Bei feststehenden Generatoren ist eine Verschattung bei tief stehender Sonne zwar auch nicht schön, macht aber energetisch nicht soviel aus. Deshalb sinkt schon bei einer Flächenbelegung von 20 Prozent der Mehrertrag durch Tracker von 28 auf 20 Prozent.

Andere Ergebnisse für sensorgeführte Systeme

Man muss sich allerdings klar machen, welche Aussage diese Studie trifft. Für astronomisch nachgeführte Systeme, die sich nach Jahres- und Uhrzeit ausrichten und nicht mit Sensoren die Richtung der maximalen Strahlung messen, trifft nicht mehr als 28 Prozent mehr Strahlung auf das Modul. Wird ein Modul mit Sensoren gesteuert nachgeführt, kann sich der Einstrahlungszugewinn von der ZSW-Zahl unterscheiden. Außerdem war es nicht Gegenstand der Untersuchung, wie ein Modul die Strahlung verwertet. So kommt gerade in den fest installierten Systemen ein Teil der Strahlung aus Richtungen, bei denen sie nicht so gut genutzt und teilweise reflektiert wird. Dadurch kommen die fest aufgeständerten Module bei der Untersuchungsmethode zu gut weg.

Allerdings ist dieser Effekt nicht besonders groß. Auch bei fest installierten Systemen kommen über das gesamte Jahr aufaddiert nur zwölf Prozent der eingestrahlten Energie aus Richtungen mit Einfallswinkeln größer als 60 Grad. Selbst wenn, was unrealistisch ist, diese Energie vollkommen verloren sein sollte, stiege der Mehrertrag mit Trackern nur um vier Prozentpunkte auf 32 Prozent.

Viele Trackerhersteller behaupten, dass Erfahrungen mit installierten Anlagen einen Mehrertrag von 40 Prozent oder sogar mehr erwarten lassen. Diese Differenz zu den Strahlungsmessungen ist bisher noch nicht geklärt.

Allerdings, so die ZSW-Experten, muss man bei der genauen Messung von Erträgen sicher stellen, dass man die Bedingungen unter Kontrolle hat. Man muss die Nennleistung der Module exakt bestimmen und die Einstrahlung mit so genannten Pyrometern oder kalibrierten Referenzzellen genau messen. Darüber hinaus sollten alle Betriebsparameter auch zeitaufgelöst erfasst werden. Damit würde dann zum Beispiel auffallen, ob ein Teil des Mehrertrags dadurch zustande kam, dass auf den nachgeführten und den fest installierten Modulen unterschiedlich lange Schnee lag.

Außerdem muss man die Anlage über mehrere Jahre betrachten, da auch über die in der Studie betrachteten fünf Jahre der Mehrertrag zwischen 23 und 31 Prozent schwankte. Für Investoren wäre es jedenfalls wünschenswert, wenn sich Trackerhersteller dieser Hausaufgabe annehmen würden. (Michael Fuhs)

Quelle: Energ Yield of PV Tracking Systems – Claims and Reality, Hans-Dieter Mohring, Fritz H. Klotz, Hansjörg Gabler, 21st European Photovoltaic Solar Energy Conference an Exhibition, Dresden, 4-8 Sept. 2006

Lohnen sich Tracker in Deutschland oder nicht? Das ist dasTitelthema der nächsten Ausgabe, die am 2. Februar erscheint.