Solartracker nutzen: Wann lohnen sie sich?

Am meisten Strom produzieren Solarzellen, wenn das Sonnenlicht in einem Winkel von 90 Grad auf die Zellen trifft. Die Sonne verändert ihren Stand jedoch sowohl im Laufe eines Tages als auch mit den Jahreszeiten: Morgens und abends steht die Sonne niedriger am Himmel – wie auch im gesamten Winterhalbjahr im Vergleich zum Sommerhalbjahr. 

Fest installierte Solarmodule, zum Beispiel in Photovoltaikanlagen auf Schrägdächern, werden in einem Winkel von etwa 35 Grad montiert. Dieser Winkel ist über das Jahr betrachtet im Durchschnitt am günstigsten für einen hohen Ertrag. Solartracker führen die Solarmodule dem Sonnenstand nach, sodass möglichst oft der optimale Einfallswinkel von 90 Grad erreicht wird. Dadurch lässt sich der Ertrag weiter erhöhen. 

Typischerweise besteht ein Solartracker-System aus einem Ständer oder Mast, auf dem ein Rahmengestell befestigt wird. Die Solarmodule werden auf diesem Gestell montiert. Bewegt wird das Gestell mithilfe von Elektro- oder von thermohydraulischen Motoren. Letztere werden aus der Sonnenenergie selbst gespeist und benötigen daher keinen zusätzlichen Strom. Hinzu kommt die Steuerung, deren Beschaffenheit ebenfalls Auswirkungen auf den Ertrag hat.

Das bewegliche Gestell, auf dem die Solarmodule montiert werden, kann einachsig oder zweiachsig geführt werden.

Einachsig geführte Solartracker können entweder horizontal (waagerecht) oder vertikal (senkrecht) ausgerichtet werden. Auf der horizontalen Achse folgt der Solartracker der Sonne, während sie sich von Osten (am Morgen) über Süden (zur Mittagszeit) nach Westen (am Abend) bewegt. Die vertikale Bewegung berücksichtigt hingegen, dass die Sonne in den Morgen- und Abendstunden tiefer steht als am Mittag. 

Zweiachsig geführte Solartracker kombinieren diese beiden Bewegungen. Sie können die Solarmodule also sowohl horizontal als auch vertikal ausrichten, um möglichst häufig einen Einfallswinkel von 90 Grad zu erzielen. Mit einer zweiachsigen Nachführung lässt sich der Ertrag gegenüber einachsigen Solartrackern noch steigern. Allerdings sind die Investitionskosten entsprechend höher. 

PV-Anlagen mit Solar-Tracker sind häufig kleinteiliger aufgebaut. Eine 10 kWp-Anlage benötigt auf dem Dach ca. 45 Quadratmeter, sprich sie ist ca. 5 x 9 Meter groß. Diese Fläche lässt sich “am Stück” mithilfe eines Solartrackers nicht so leicht bewegen. Bei Dachanlagen dreht man z.B. das Haus oder das Dach auf einem Umlaufring. Bei aufgeständerten Anlagen werden die Module einzeln oder in Gruppen bewegt. Die Modulflächen zweiachsiger Solartracker liegen in der Regel unter 10 Quadratmetern - es werden also mehrere dieser Anlagen benötigt, um einen vergleichbaren Ertrag zu erzielen. 

Die Steuerung von Solartracker-Systemen

Solartracker werden astronomisch oder sensorisch gesteuert. 

Die astronomische Steuerung ist fest vorgegeben: Da sich im Voraus berechnen lässt, wo die Sonne zu welchem Zeitpunkt stehen wird, kann die gesamte Nachführung im Voraus programmiert werden. Der Solar-Tracker richtet die Solarmodule dann jederzeit nach dem Stand der Sonne am Himmel aus. 

Der Nachteil besteht darin, dass bei bedecktem Himmel die Ausrichtung nach dem Sonnenstand nicht die sinnvollste ist. Eine sensorische Steuerung berücksichtigt, wo der Himmel tatsächlich am hellsten ist. Aufgrund von Reflexionen (durch Wolken, Fassaden oder auch Schnee) ergibt sich so möglicherweise eine ganz andere Ausrichtung. Die sensorische Steuerung führt somit zu verbesserten Erträgen, ist jedoch auch teurer als die astronomische. 

Die Preise für Solartracker richten sich – neben der Qualität – nach der Anzahl der Achsen und der Art der Steuerung. Zweiachsige Solartracker-Systeme kosten mehr als einachsige, eine astronomische Steuerung ist günstiger als eine sensorische. 

Insgesamt sind die Kosten für nachgeführte Systeme höher als die Kosten für fest installierte Photovoltaikanlagen. Grund dafür sind die zusätzlichen Kosten für die Konstruktion, die Sensoren, die Motoren etc. 

Mit etwas handwerklichem Geschick lassen sich Solartracker auch selbst bauen. Es ist allerdings fraglich, ob sich dadurch die Kosten tatsächlich senken lassen, da die Bauteile ihren Preis haben und es bei weniger professioneller Umsetzung zu einem Ertragsverlust kommen kann. Wer ausreichend Platz hat, profitiert oft mehr davon, ein paar zusätzliche Solarmodule anzuschaffen, anstatt einen Solartracker zu kaufen. 

Dass Solartracker grundsätzlich den Ertrag von Photovoltaikanlagen erhöhen, steht außer Frage. Bei einachsigen Systemen ist über das Jahr betrachtet mit einem um etwa 12 bis 18 % erhöhten Ertrag zu rechnen, bei einem zweiachsigen System kann der Ertrag sogar um etwa 30 % höher ausfallen. Eine Messung in Lübeck ermittelte einen um 26 % erhöhten Ertrag gegenüber einer fest installierten Anlage mit einem Neigungswinkel von 30 Grad. In Ländern mit höherer Sonneneinstrahlung – etwa in Südeuropa – sind die Unterschiede noch gravierender. 

Dem gegenüber stehen zwei nachteilige Aspekte: der Ertrag an bewölkten Tagen und die erhöhten Kosten. Bei wechselhaftem Wetter wirkt sich ein Solartracker mit astronomischer Steuerung im Vergleich zu fest installierten Modulen sogar nachteilig aus – der Ertrag fällt um etwa 10 % geringer aus. An Standorten mit häufig wechselndem Wetter bzw. bedecktem Himmel – was in Deutschland der Fall ist – kommt somit nur eine sensorische Steuerung infrage, die höhere Kosten verursacht. Hier müssen die Mehrkosten und der mögliche Mehrertrag vorab genau berechnet und gegenübergestellt werden, um die Wirtschaftlichkeit zu ermitteln.

Bei einem Balkonkraftwerk ist ein Solartracker nur selten eine sinnvolle Investition. Aufgrund der Bauweise von Balkonen können die Tracker ohnehin nicht den ganzen Tag über die bestmögliche Ausrichtung finden, und in der Regel ist auch nicht genügend Platz vorhanden. Anders ist das bei der Installation von Flachdach-Photovoltaik, wobei auch hier der begrenzte Platz häufig ein Hinderungsgrund ist. 

Vorteilhaft ist die Installation von Solartrackern bei Freiflächen-Photovoltaikanlagen, für die ausreichend Platz zur Verfügung steht. Ein willkommener Nebeneffekt können die Schatten sein, die aufgrund der Rahmengestelle mit den Solarmodulen entstehen. Gewünscht sind diese zum Beispiel bei Parkplatzüberdachungen. 

Im Netz lassen sich zahlreiche Anleitungen finden, wie man sich selbst einen Solartracker bauen kann.  Zum einen werden dafür Sensoren benötigt, die den Einfallwinkel des Solarlichtes messen können oder aktuelle Verschattungen registrieren. Alternativ können auch typische Sonnenstände "abgefahren" werden, wofür eine programmierbare Steuerung erforderlich ist. Damit das funktioniert, müssen die Module auf beweglichen Halterungen installiert werden. Die Nachführung selbst erfolgt über einen Motor, der die Module in die gewünschte Position bewegt. Mit einigem handwerklichen Geschick lässt sich das bewerkstelligen, allerdings ist fraglich, ob der zusätzliche PV-Ertrag Aufwand und Kosten rechtfertigt. Nicht zu vergessen die Gefahren, die von unsachgemäß befestigten Modulen ausgehen.