Ein an der TU Graz entwickeltes Photovoltaiksystem richtet seine Module zweiachsig nach der Sonne aus. Bei Sturm, Hagel oder Schneefall faltet sich die Anlage automatisch zusammen. Eine Demonstrationsanlage wird derzeit im Langzeitbetrieb untersucht.

Forschende der Technischen Universität Graz haben ein Photovoltaiksystem entwickelt, das eine höhere Stromausbeute mit dem Schutz der Module vor extremen Wetterereignissen verbinden soll. FLAPTrack steht für „Face-to-Face Lay-Down Anti-Degradation Protection“. Die Anlage führt die Module dem Sonnenstand horizontal und vertikal nach und kann sie bei drohendem Unwetter mit den Vorderseiten zueinander zusammenfalten.

Entwickelt wurde das System von einem Team um Armin Buchroithner am Institut für Elektrische Messtechnik und Sensorik der TU Graz. Eine Demonstrationsanlage mit einer Leistung von 1,8 kWp befindet sich auf einem Bürogebäude am Campus Inffeldgasse.

Zwei Funktionen mit einem Antrieb

Die technische Besonderheit ist ein patentierter linearer Aktuator. Er verändert die Neigung der Module und bringt sie zugleich in die gefaltete Schutzposition. Die horizontale Ausrichtung erfolgt über einen Riemenantrieb in einer bodennah angeordneten Kreisführung. Indem ein Antrieb mehrere Aufgaben übernimmt, wollen die Forschenden den konstruktiven Aufwand sowie die Installations- und Betriebskosten begrenzen. Ob sich dieser Ansatz auch bei größeren Anlagen wirtschaftlich umsetzen lässt, ist bislang allerdings noch nicht belegt.

Höhere Erträge in den Tagesrandzeiten

Nach Angaben der TU Graz erzeugte FLAPTrack im bisherigen Betrieb durchschnittlich knapp 40 Prozent mehr Strom als fest installierte Vergleichsmodule. An einzelnen Tagen habe der Mehrertrag bis zu 56 Prozent betragen. Besonders deutlich soll der Unterschied morgens und abends ausfallen. Durch die kontinuierliche Ausrichtung zur Sonne lieferte das System in diesen Zeiträumen mehr als doppelt so viel Strom wie die fest installierten Module. Die Forschenden sehen darin einen möglichen Beitrag zur besseren Deckung des höheren Strombedarfs in den Tagesrandzeiten.

Der Effekt dürfte vor allem im Winterhalbjahr und an Standorten in höheren Breitengraden relevant sein, da die Sonne dort vergleichsweise niedrig steht. Zudem kann das Zusammenfalten verhindern, dass sich Schnee auf den Modulvorderseiten ablagert und die Stromerzeugung verringert.

Module falten sich bei Unwetter zusammen

FLAPTrack ist mit einer lokalen Wetterstation sowie regionalen Wetterprognosen verbunden. Erkennt das System eine Sturm- oder Hagelgefahr, legt es die Module zusammengefaltet in einer flachen Position ab. Dadurch verringert sich die Angriffsfläche für Wind. Weil die Vorderseiten der Module aufeinanderliegen, sind sie zugleich vor direktem Hagelschlag geschützt. Die außenliegenden Rückseiten können zusätzlich mit einem Hagelnetz abgedeckt werden. Hagelkörner können in kristallinen Siliziumzellen mechanische Schäden verursachen. Daraus können Bereiche mit erhöhtem elektrischem Widerstand und lokaler Wärmeentwicklung entstehen, die Leistung und Lebensdauer eines Moduls beeinträchtigen. Ein wirksamer Wetterschutz könnte daher nicht nur Reparaturen vermeiden, sondern auch dazu beitragen, Photovoltaikmodule länger zu nutzen.

Langzeittest soll Belastbarkeit zeigen

Für den Langzeitversuch ist die Demonstrationsanlage mit Sensoren ausgestattet. Erfasst werden Wetterbedingungen, Stromertrag, mechanische Belastungen durch Wind und der Verschleiß der beweglichen Bauteile. Auf Grundlage dieser Daten wollen die Forschenden den autonomen Betrieb optimieren und das Gewicht der Konstruktion durch Leichtbau reduzieren. Die bislang veröffentlichten Ertragswerte stammen von der Demonstrationsanlage. Angaben zum Zeitraum der Vergleichsmessungen, zu den Investitions- und Wartungskosten sowie zur Übertragung des Konzepts auf größere Freiflächenanlagen liegen noch nicht vor. Der Langzeitversuch muss deshalb zeigen, ob der zusätzliche technische Aufwand durch höhere Erträge und vermiedene Wetterschäden ausgeglichen werden kann.

Bild ganz oben: Armin Buchroithner vom Institut für Elektrische Messtechnik und Sensorik der TU Graz beobachtet, wie sich das PV-Modul FLAPTrack zusammenfaltet. Foto: Lunghammer – TU Graz