Faltbare Photovoltaikanlage erzielt bis zu 56 Prozent mehr Ertrag

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Ein neues PV-System der TU Graz kombiniert zweiachsiges Sonnenstand-Tracking mit einem automatischen Faltmechanismus. So erzielt die Anlage höhere Erträge und schützt sich bei Sturm, Hagel und Schnee.

Ein an der Technischen Universität Graz entwickeltes Photovoltaik-System soll höhere Solarerträge mit einem wirksamen Schutz vor Sturm, Hagel und Schnee verbinden. Die Anlage mit dem Namen Flap-Track richtet ihre Module kontinuierlich nach dem Sonnenstand aus. Bei Nacht oder drohendem Unwetter faltet sie sich automatisch zusammen und legt die Module flach am Boden ab.Eine Demonstrationsanlage mit einer Leistung von 1,8 Kilowattpeak ist derzeit auf einem Bürogebäude am Campus Inffeldgasse der TU Graz installiert. Entwickelt wurde das System von Forschenden um Armin Buchroithner vom Institut für Elektrische Messtechnik und Sensorik.

Zweiachsige Nachführung für höhere Erträge

Flap-Track richtet die PV-Module sowohl horizontal als auch vertikal zur Sonne aus. Die horizontale Bewegung erfolgt über einen Riemenantrieb in einer bodennahen Kreisführung. Im Vergleich zu fest installierten Photovoltaikanlagen erzielt das System dadurch im Durchschnitt knapp 40 Prozent mehr Energie. An einzelnen Tagen lag der Mehrertrag bei bis zu 56 Prozent.Besonders groß ist der Vorteil in den frühen Morgen- und späten Abendstunden. „Durch das optimale Sonnenstand-Tracking liefert Flap-Track dann mehr als doppelt so viel Strom wie traditionelle PV-Anlagen“, sagt Armin Buchroithner. Gerade zu diesen Tageszeiten ist der Stromverbrauch häufig hoch. Die zusätzliche Erzeugung könnte daher auch zur Entlastung der Stromnetze beitragen.Im Winterhalbjahr und in höheren geografischen Lagen fällt der Effekt besonders deutlich aus. Dort steht die Sonne niedriger, sodass eine bewegliche Anlage gegenüber fest installierten Modulen stärker profitieren kann. Zudem soll der Faltmechanismus verhindern, dass Schnee auf den Modulen liegen bleibt und den Wirkungsgrad reduziert.

Patentierter Mechanismus schützt vor Unwettern

Kern des Systems ist ein patentierter linearer Aktuator. Er übernimmt sowohl die Nachführung zur Sonne als auch das Zusammenfalten der Anlage. „Durch diese Doppelfunktion sparen wir Installations- und Betriebskosten, wodurch sich die Wirtschaftlichkeit verbessert“, erklärt Buchroithner.Bei Sturm- oder Hagelgefahr klappt Flap-Track die Module mit den empfindlichen Vorderseiten aufeinander. Anschließend legt sich die Anlage flach am Boden ab. Dadurch verringert sich die Angriffsfläche für starke Windböen. Ein zusätzliches Hagelnetz kann die Modulrückseiten vor Beschädigungen schützen.Hagelschäden können die Solarzellen dauerhaft beeinträchtigen. Risse in den Siliziumwafern können beispielsweise sogenannte Hotspots verursachen und den Wirkungsgrad eines Moduls verringern. Die Anlage ist deshalb mit einer lokalen Wetterstation und regionalen Wettervorhersagemodellen verbunden. Auf dieser Grundlage soll die Anlage Unwetter automatisch erkennen und rechtzeitig in die Schutzposition wechseln.

Langzeittest soll System weiter verbessern

Für einen Langzeittest haben die Forschenden die Demonstrationsanlage mit zahlreichen Sensoren ausgestattet. Sie erfassen unter anderem Wetterdaten, Energieertrag, Verschleiß und die während des Betriebs auftretenden Windkräfte. Die Messdaten sollen dazu beitragen, den autonomen Betrieb weiterzuentwickeln und die Anlage durch eine leichtere Bauweise zu optimieren.