Spindeln und Sensoren für Konzentratoranlagen

Wenn es stimmt, was die Konzentratorexperten behaupten, und der Markt kurz vor dem Durchstarten steht, werden die Trackerhersteller stark profitieren – und nachlegen müssen. Denn nicht nur eine zweiachsige Nachführung ist für die Technologie ein Muss. Ebenso muss sie sehr genau sein.

Hohe Genauigkeit, Präzision und Steifigkeit sind bei Nachführsystemen für konzentrierende Module deutlich relevanter als bei solchen für kristalline Silizium-Standardmodule, so Ignasi Sivillà Llobet, Raumfahrtingenieur und Manager von Trackers Feina, einem Unternehmen, das auf die Herstellung von Anlagen für Konzentratorsysteme spezialisiert ist. Genauigkeit ist dabei die Eigenschaft, mit dem Tracker möglichst den optimalen Wert anzufahren. Präzision ist die Fähigkeit, die Streuung, die bei diesem Anfahren zwangsläufig auftritt, zu reduzieren. Trackers Feina setzt zum Beispiel einen Controller mit einer Genauigkeitvon 0,08 Grad ein, der zusätzlich mit einem Lichtsensor, GPS sowie astronomischen Algorithmen ausgestattet ist.

Auch Siemens bietet für konzentrierende Systeme extra Komponenten an. Das Unternehmen stellt Controller für Nachführsysteme im Auftrag von Erstausrüstern (OEM) her. Firmen wie Mecasolar, Kemper und MP-Tec setzen für ihre Nachführsysteme für kristalline Standardmodule auf die Siemens-Controller. Ein Controller umfasst Software-Bausteine wie etwa astronomische Algorithmen, Motorsteuerung, Park-Energie-management, Sturmsteuerung und Nachtabschaltung. Die Controller können in einem Bus-System verknüpft werden und unterstützen Standard-Protokolle für die Fernverwaltung wie zum Beispiel Ethernet.

Dieselben Controller sind auch in der an die erhöhten Anforderungen für Konzentratorphotovoltaik angepassten Version erhältlich. Der astronomische Algorithmus, der auf dem Algorithmus des National Renewal Energy Laboratory basiert, hat eine Genauigkeit von 0,003 Grad. Unter anderem zählen Semprius und Circadian Solar zu den Konzentrator-Kunden von Siemens.

Anspruchsvolle Mechanik

Bei einem Tracker für Konzentratormodule muss neben den Controllern auch die Mechanik eine größere Genauigkeit bieten. Ein Nachführsystem benötigt zudem einen robusten und starren Rahmen sowie ein Antriebssystem mit minimierter Zellenvibration an windigen Tagen. „In jedem mechanischen System wird es Abweichungen zwischen der Spindel und der Spindelmutter geben. Man muss minimales Spiel erreichen“, so Nicolai Andresen, Business Development Manager bei Linak, einem dänischen Anbieter von Antrieben für Nachführsysteme, der unter anderem Degerenergie und Lorentz zu seinen Kunden zählt.

Der Antrieb spielt für den reibungslosen Bewegungsablauf und die Interaktion mit dem mechanischen Antrieb des Trackers eine große Rolle. Bei einem System für Konzentratormodule hat die Spindel eine viel geringere Steigung und niedrigere Toleranzen. Die Steigung darf jedoch auch nicht zu klein ausfallen. Denn wenn sie zu gering ist, dann verbraucht der Tracker bei der Anpassung der Positionierung mehr Strom als nötig. „Normalerweise ist eine Steigung von acht Millimeter ausreichend. Bei einer CPV-Spindel jedoch liegt der bevorzugte Wert bei 2,5 Millimeter, wodurch langsamere Bewegungen ermöglicht werden sowie eine hohe Feedback-Auflösung“, sagt Andresen. „Normalerweise hat das Positionierungs-Feedback über Hallsensorsignale eine Auflösung von 0,5 Millimeter pro Impuls. Bei konzentrierender Photovoltaik ist ein Wert von 0,07 Millimeter pro Impuls ideal“, erklärt Andresen. Hallsensorsignale und -impulse werden durch das Drehen der Zahnräder erzeugt.

Dies sind nur einige Aspekte der zweiachsigen Nachführung bei konzentrierender Photovoltaik. Zweifelsohne wird es in den kommenden Monaten und Jahren weitere Neuerungen in dieser Richtung geben, denn die Trackerhersteller sind mit Forschung und Entwicklung beschäftigt, um die neuen Chancen zu nutzen.