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Nachführsysteme bei Photovoltaikanlagen

Nachführsysteme für Photovoltaikanlagen optimieren die Sonneneinstrahlung auf die Solarmodule, indem sie diese im Tagesverlauf der Sonne nachführen. Dadurch kann der Energieertrag erheblich gesteigert werden. Es gibt einachsige Systeme, die der Sonne horizontal oder vertikal folgen, und zweiachsige Systeme, die eine vollständige Ausrichtung nach dem Sonnenstand ermöglichen. Diese Systeme erhöhen den Wirkungsgrad, erfordern aber auch höhere Investitions- und Wartungskosten. Die Entscheidung für ein Nachführsystem hängt vom Standort, der Platzverfügbarkeit und dem Budget ab. Einachsige Systeme bieten einen guten Kompromiss zwischen Kosten und Leistungssteigerung, während zweiachsige Systeme maximale Energieerträge liefern, aber teurer und wartungsintensiver sind. Der Einsatz eines Nachführsystems kann eine lohnende Investition sein, um die Rentabilität einer PV-Anlage zu maximieren.
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    Eine der Optimierungsoptionen, um aus der eigenen Photovoltaikanlage das meiste herauszuholen, sind sogenannte Nachführsysteme oder Solartracker. Diese Systeme bewegen die Solarmodule mit dem natürlichen Stand der Sonne mit und sorgen so für eine optimale Belichtungszeit und damit höhere Erträge.

    Nachführsystem-TypBeschreibungVorteileNachteileEinachsige SystemeDiese Systeme folgen der Sonne entlang einer Achse, normalerweise von Osten nach Westen.Höhere Energieausbeute als starre SystemeHöherer Aufwand bei Installation und WartungZweiachsige SystemeBei zweiachsigen Systemen folgen die Module der Sonne sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung.Maximale EnergieausbeuteHöhere Kosten und größerer WartungsaufwandAzimut-SystemeAzimut-Systeme folgen der Sonne entlang des Himmelsbogens und haben eine horizontale Rotationsachse.Gute Leistung in mittleren BreitengradenZusätzlicher PlatzbedarfZenit-SystemeZenit-Systeme verfolgen die Sonne entlang der vertikalen Achse und haben eine Neigungsverstellbarkeit.Gute Leistung in niedrigeren BreitengradenBegrenzte AnwendungsbereicheHinterkantensystemeDiese Systeme sind an der Hinterkante der Solarmodule angebracht und folgen der Sonne nur partiell.Geringerer Aufwand und niedrigere KostenGeringere Energieausbeute im Vergleich zu anderen Nachführsystemen

    Systemarten

    Die geht im Osten auf und wandert über den Tag, bis sie schließlich im Westen untergeht. So werden bei einem herkömmlichen Solarmodul die einzelnen Solarzellen jederzeit in einem anderen Winkel bestrahlt. Dies führt zu Beleuchtungszeiten und -intensitäten, welche die meiste Zeit suboptimal sind.

    Es besteht grundsätzlich die Möglichkeit Solarmodule mit ihren Zellen horizontal von Ost nach West zu bewegen, als auch die Solarmodule um die vertikale Achse aufzustellen beziehungsweise abzusenken. So würden dann die Solarmodule zum Sonnenaufgang nach Osten zeigen und im Verlauf des Tages der Sonne Richtung Westen bis hin zum Sonnenuntergang folgen. Bei einer Führung um die vertikale Achse startet das Modul innerhalb der nachgeführten Anlage in steilem Zustand und wird bis zum Mittag hin abgesenkt, wenn die Sonne im Zenit steht.

    Grundsätzlich sind nachgeführte Photovoltaikanlagen entweder einachsig oder zweiachsig. Bei einachsigen Solartrackern kann die Sonne nur in einer Dimension verfolgt werden. Hier muss zwischen einer waagerechten und einer horizontalen Verschiebung gewählt werden.
    In zweiachsigen Nachführsystemen können dann beide Dimensionen verfolgt werden. So können zweiachsige Nachführsysteme jederzeit jeden Punkt anvisieren, welches eine optimale Ausrichtung möglich macht und die derzeit höchsten Erträge ermöglicht.

    Komponenten

    Die gängigste nachgeführte Anlage besteht aus einem Ständer, welcher meistens aus geschweißtem Stahl besteht, an welchem das als Unterkonstruktion für die Solarmodule fungierende Rahmengestell befestigt ist. Dieses Rahmengestell besteht meist aus Aluminium zur Gewichtsreduktion. Eine Steuereinheit steuert die Getriebemotoren, welche jeweils mit einem Wechselrichter ausgestattet sind, die das Gestell bewegen. Ein Windmesser verhindert Sturmschaden, indem bei einer Grenzwindgeschwindigkeit die Anlage so verstellt wird, um möglichst geringe Windwiderstände zu haben.

    Es wird bei Solartrackern zwischen zwei Steuerprinzipien unterschieden. Astronomische Steuerungen bewegen die Solarmodule durch vorab gespeicherte Informationen über den Sonnenstand. Vorab wird der standortspezifische tägliche Sonnenstandverlauf für die Zeitspanne von einem Jahr eingespeichert und dann täglich angesteuert. Hierbei werden äußere Faktoren wie Verschattung durch Wolken nicht miteinbezogen.
    Bei einer sensorischen Steuerung werden Solarmodule immer nach dem hellsten Punkt am Himmel ausgerichtet. Aufgrund von etwaigen Wolkendecken weichen die Standorte hier teils von dem Sonnenstand ab. Im Vergleich miteinander ist die astronomische Steuerung nur an Standorten mit wenig Wolkendeckung und viel klarem Himmel sinnvoll. Ein Beispiel in Deutschland ist hier das Breisgau. Anhand einer sensorgesteuerten Anlage wird selbst an Tagen mit extremer Witterung oder suboptimalen klimatischen Bedingungen ein möglichst hoher Ertrag erwirtschaftet. Dies ist abgesehen für kleine lokal begrenzte Regionen in der Bundesrepublik Deutschland der Fall. Astronomische Steuerungen sind in Äquatornähe sinnvoller und wirtschaftlicher.

    Neben der Systemsteuerung wird auch die Antriebsart in zwei Arten unterteilt. Zum einen sind dies Elektromotoren und zum anderen durch einen thermohydraulischen Antrieb. Bei einem Antrieb mittels Elektromotoren muss jederzeit eine Stromzufuhr gegeben sein, welches dann wiederum die netto Stromausbeute der Photovoltaikanlage mindert. Vorteil dieser Antriebsart ist die kostengünstige Erhältlichkeit der einzelnen Motoren.
    Ein thermohydraulischer Antrieb ist ein sogenanntes passives Nachführsystem. Diese Antriebsart benötigt weder einen Stromanschluss, noch irgendwelche Steuerelektronik und funktioniert durch Gewichtsverlagerungen aufgrund einer Expansion der Flüssigkeiten durch Hitze. Diese Antriebsart ist zusätzlich sehr wartungsarm und wie angesprochen energieautark. Deutlich teurer ist jedoch die Anschaffung sowie die Installation.

    Wie funktionieren Nachführsysteme bei Solaranlagen?

    Nachführsysteme sind mechanische Vorrichtungen, die die Solarmodule entlang einer oder zwei Achsen der Sonne nachführen, um den Einfallswinkel der Sonnenstrahlen auf die Module zu optimieren und die Energieausbeute zu erhöhen.

    Lohnt sich ein Nachführsystem für meine Photovoltaikanlage?

    Ein Nachführsystem kann die Energieausbeute einer Photovoltaikanlage erhöhen, jedoch sind damit auch höhere Investitions- und Wartungskosten verbunden. Ob sich ein Nachführsystem lohnt, hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie z.B. Standort, verfügbarem Platz und Budget.

    Welche Arten von Nachführsystemen gibt es?

    Es gibt verschiedene Arten von Nachführsystemen, darunter einachsige, zweiachsige, Azimut-, Zenit- und Hinterkantensysteme. Jedes System hat seine eigenen Vor- und Nachteile, die je nach Standort und Anforderungen der Anlage abgewogen werden sollten.

    Welche Faktoren beeinflussen die Wahl des richtigen Nachführsystems?

    Die Wahl des richtigen Nachführsystems hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie z.B. geographischer Standort, Neigungswinkel des Daches, verfügbarer Platz, Budget und individuelle Energieziele.

    Wie viel zusätzliche Energie kann ein Nachführsystem erzeugen?

    Ein Nachführsystem kann die Energieausbeute einer Photovoltaikanlage um bis zu 45% erhöhen, abhängig von der Art des Systems und den Standortbedingungen. Einachsige Systeme bieten in der Regel eine moderate Leistungssteigerung, während zweiachsige Systeme die maximale Energieausbeute ermöglichen.

    Fazit

    Durch die Implementation eines zweiachsigen Nachführsystems lässt sich der erwirtschaftete Ertrag deutlich steigern. Es sind im Vergleich zu einem unbeweglichen Solarmodul Leistungssteigerungen von insgesamt 45 % erwartbar. Somit erhöhen sich die Erträge und dadurch die Einspeisevergütungen enorm und sind trotz der erweiterten Stromzufuhr wirtschaftlich lohnenswert. Aufgrund der Konstruktion auf einem Rahmengestell, welches auf einem Mast positioniert ist, besteht eine besser Hinterlüftung. Wartungsarbeiten sind weiterhin einfacher durchzuführen. Der einzige wirkliche Nachteil besteht in der benötigten Fläche. Durch das erhobene Rahmengestell ist zusätzlicher Platz nötig, welche eventuell nicht immer verfügrbar ist.

    Carsten Steffen
    Autor: Carsten Steffen
    Carsten Steffen, Gründer von photovoltaik.sh, bringt sein tiefes Verständnis für Photovoltaik und seine Begeisterung für erneuerbare Energien ein, um Kunden in Schleswig-Holstein seit 2021 schneller und kostengünstiger zu ihrer eigenen Photovoltaikanlage zu verhelfen. Ermöglicht wird das Dank der Zusammenarbeit mit lokalen Solarteuren. Regelmäßige Schulungen runden unsere Expertise ab. Mit der Gründung von photovoltaik.sh sind wir Ihr vertrauenswürdigen Partner für alle, die ihren Stromverbrauch nachhaltig gestalten möchten.
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