Vor dem Hintergrund rasch sinkender Kosten und Preise ist die Nachfrage nach Solarstrom in den letzten zwei Jahrzehnten um durchschnittlich 40 Prozent pro Jahr gestiegen. Daher sehen sich die Hersteller und Betreiber von Solaranlagen vor die Herausforderung gestellt, große Solarsysteme zu installieren, die über eine Laufzeit von mindestens 20 Jahren bei idealerweise minimalen Betriebs-, Wartungs- und Ausfallkosten einegleichbleibend hohe Leistung erbringen und Solarstrom gegenüber den fossilen Brennstoffen somit voll wettbewerbsfähig machen. Aus diesem Grund muss die Solarindustrie Wege finden, um maximale Leistung bei minimalen Kosten zu erzielen.

Derartige Bestrebungen zur Kostensenkung werden durch den Einsatz zuverlässiger und positionsgenauer Nachführlösungen unterstützt. In den Bereichen Photovoltaik (PV), konzentrierende Photovoltaik (CPV) und konzentrierende Solarthermie (CSP) (Bild 1) bietet SKF ein umfassendes Angebot an praktisch wartungsfreien Antriebslösungen für Nachführsysteme. Hierzu gehören innovative und speziell für den Solarmarkt entwickelte Produkte wie SKF Solar Linear Aktuatoren (Teil des SKF BeyondZero Portofolio) und die SKF Solar Hub (Bild 2). Beide Produkte sind Eigenentwicklungen und wurden von SKF getestet und validiert.

Hinter diesen speziellen Lösungen stehen mehr als 100 Jahre anwendungstechnisches Know-how durch den technischen Beratungsservice der SKF Gruppe. SKF verwendet nicht nur seine Lager und Mechatronik-Bauteile für die Antriebe, sondern auch eigene Schmiermittel und Dichtungen. Darüber hinaus ist SKF ein Großserienlieferant auf Weltklasseniveau, der dem internationalen Solarmarkt einen weltweiten Service bieten kann.

Warum ist die Nachführung empfehlenswert?
Nachführsysteme spielen bei der effizienten Umwandlung von Sonnenenergie in Solarstrom eine wichtige Rolle, da sie dazu beitragen, die Leistung von Photovoltaik-Modulen zu erhöhen – ein zweiachsiger Tracker bringt bis zu 40 Prozent mehr Leistung – und die Sonnenstrahlung bei CPV- und CSP-Systemen (Bild 3) vollständig einzufangen. Damit diese Systeme ein Höchstmaß an Energie umwandeln können, müssen sie sehr robust sein, über eine hohe Positionierungsgenauigkeit verfügen und eine zuverlässige Lösung für harte Einsatzbedingungen im Freien darstellen. Ein Nachführsystem muss dem Lauf der Sonne mit einer von der verwendeten Technologie abhängigen Genauigkeit folgen können. Bei der PV-Technologie beträgt die Nachführgenauigkeit beispielsweise ± 1 Grad, bei der CPV-Technologie hingegen ± 0,1 Grad. Daher ist es wichtig, dass die Antriebssysteme möglichst wenig Spiel aufweisen. Andernfalls wird eine Solaranlage bei Wind so stark hin- und herbewegt, dass sie weniger effizient arbeitet oder im Extremfall überhaupt keinen Strom erzeugt.

Nachführsysteme
Elektromechanische Antriebe wie der Solar Linear Aktuator und die Solar Hub werden bei den meisten Nachführsystemen dazu verwendet, Solarmodule von Ost nach West (Azimut) oder/und in der Nord-Süd-Richtung (Elevation) auszurichten. Neben den Antrieben bietet SKF auch praktisch wartungsfreie Lager aus dem eigenen umfangreichen Lagersortiment an (Bild 2). Die Solarprodukte von SKF eignen sich sowohl für PV-Tracker als auch CPV-Tracker sowie solarthermische CSP-Systeme wie Parabolrinnen, Heliostate oder Parabolspiegel.

Die Solar Hub bietet erhebliche Vorteile gegenüber den heutigen wartungsintensiven Lösungen. Die für eine Lebensdauer von mindestens 20 Jahren ausgelegte SKF Solar Hub verursacht keine Ausfallzeiten wegen Teiletausch oder Nachschmierung. Robuste Konstruktionseigenschaften wie hochwertige Werkstoffe, optimierte Materialbehandlungen, eine verbesserte Schmierung und optimale Abdichtung zeichnen dieses Produkt für den harten Einsatz im Freien und eine längere Gebrauchsdauer aus. Die SKF Solar Hub senkt nicht nur die laufenden Betriebskosten, sondern auch die Gesamtbetriebskosten. Mit ihrem minimalen Spiel ermöglicht die SKF Solar Hub Effizienzsteigerungen bei der Stromerzeugung und eine Senkung der Stromgestehungskosten.

Aufbau der SKF Solar Hub
Die SKF Solar Hub CRSD 290 (Bild 5) wurde speziell für nachgeführte Systeme entwickelt und deckt einen weiten Bereich von Trackern mit einer Panelgröße von 20 bis 70 m² ab, wobei die maximale Größe je nach Tracker-Design und Windbedingungen bei 90 m² liegen kann. Beim Typ CRSD 290 handelt es sich um einen Drehantrieb mit einer vorgespannten Hauptlagerung, einem Getriebe und einem Gehäuse. Das Vorspannen während des Zusammenbaus ergibt ein minimales Spiel. Das Schneckengetriebe ist selbsthemmend und kann ein statisches Drehmoment ohne zusätzliche Bremse halten. Ferner ist der für das Getriebe verwendete, speziell wärmebehandelte Werkstoff für hohe Drehmomente geeignet und unterliegt einem sehr geringen Verschleiß, was das Produkt langlebiger macht.

Bei der SKF Konstruktion wurde die Abdichtung gegenüber den gängigen Standardlösungen insoweit verbessert, dass der Verlust von Schmierfett während des Betriebs auf ein Minimum reduziert wird. Dadurch wird die Umwelt entlastet und das Nachschmieren gewissermaßen unnötig. Dank SKFs umfassendem Wissen auf dem Gebiet der Schmiermittel und Schmierprozesse konnte für diese Anwendung mit langsamer Bewegung ein optimales Schmierfett ausgewählt werden, das eine Verbesserung der Leistung bewirkt. Da die Reduzierung des Wartungsbedarfs ein wichtiges Konstruktionskriterium war, ist die SKF Solar Hub CRSD 290 praktisch wartungsfrei, das heißt, sie muss 20 Jahre lang nicht gewartet werden, was gegenüber den marktüblichen Standards, die eine jährliche Wartung vorsehen, einen eindeutigen Vorteil darstellt. Schließlich ist das Ganze in einem nach Schutzart IP 65 abgedichteten Gehäuse untergebracht, damit selbst bei extremen Einsatzbedingungen eine optimale Leistung gewährleistet ist.

Die SKF Solar Hub ist mit einem optional integrierten Motor mit Elektronik erhältlich und bietet so eine vollintegrierte Solarlösung. Der Typ CRSD 290 kann mit einem AC- oder DC-Motor ausgerüstet werden, der rechts oder links am SKF Solar Hub befestigt wird.

SKF Solar Linear Aktuatoren
Bei den SKF Solar Linear Aktuatoren CASD-20 und CASD-60 (Bild 6) wurden dieselben hohen Leistungsstandards wie bei der SKF Solar Hub vorgegeben, um Effizienzsteigerungen bei der Stromerzeugung zu erzielen und gleichzeitig die Lebensdauer, die Zuverlässigkeit und den Einbaukomfort zu verbessern sowie die Wartung überflüssig zu machen. Ein SKF Solar Linear Aktuator umfasst eine Spindel mit integriertem Getriebe, einen Motor, Lager, einen Schmierstoff, zwei Endschalter, Hall-Sensoren und eine Leiterplatte, wobei alle Komponenten in einem abgedichteten Gehäuse untergebracht sind (Bild 7). In diesem Fall wird die Zuverlässigkeit durch Verwendung abgedichteter Schutzrohre erhöht, um den Antrieb auch unter den härtesten Einsatzbedingungen verwenden zu können.

Höhere statische/dynamische Belastungsverhältnisse ermöglichen die Erzeugung von Solarstrom auch bei stärkerem Wind. Beim Typ CASD-20 beträgt die max. dynamische Belastung 5 kN und die max. statische Belastung 20 kN. Beim Typ CASD-60 belaufen sich diese Werte entsprechend auf 12 kN und 60 kN. In Abhängigkeit von der statischen Belastung haben beide Aktuatoren einen Hub von bis zu 1.500 mm bei einer Arbeitsgeschwindigkeit von bis zu 2 mm/s beim CASD-20 und 2,5 mm/s beim CASD-60.

Die SKF Solar Linear Aktuatoren der CASD-Reihe steigern die Effizienz beispielsweise durch eine geringere Stromaufnahme, eine höhere Positionierungsgenauigkeit und ein begrenztes Spiel. Die Aktuatoren lassen sich als komplette Einheiten nicht nur einfach in sämtliche Arten von Solaranlagen einbauen, wodurch sie die Konstruktions- und Entwicklungszeiten erheblich verkürzen, sie sorgen auch für Kosteneinsparungen beim Betrieb dieser Anlagen.

Vorteile der Nachführung
Bei Photovoltaik-Anlagen erhöht ein zweiachsiges Nachführsystem mit SKF Solar Linear Aktuatoren und SKF Solar Hubs die Effizienz oder Leistungsabgabe der Anlage um bis zu 40 Prozent. Im Falle der CPV-Systeme und solarthermischen CSP-Anlagen sind Nachführsysteme aus technologischen Gründen für das einwandfreie Funktionieren dieser Einrichtungen erforderlich. Daher ist die Nachführung bei den konzentrierenden Technologien unabdingbar.

Um die Kosten auf ein Minimum zu senken, sollte ein Nachführsystem eingesetzt werden, das eine Senkung der Gesamtbetriebskosten dadurch erzielt, dass der Einbau leichter und schneller erfolgt, Wartungsintervalle auf ein Minimum gekürzt oder ganz überflüssig werden und zuverlässige Produkte zum Einsatz kommen, die keinen Teiletausch oder Reparaturen vor Ort erforderlich machen.

Sowohl die Hersteller als auch die Betreiber von Solaranlagen können von der Zusammenarbeit mit SKF profitieren. Im Rahmen einer partnerschaftlichen Zusammenarbeit können die Hersteller das fundierte Fachwissen und die Fertigungseffizienz von SKF zu ihrem Vorteil nutzen. Hierbei ergeben sich möglicherweise Qualitätsverbesserungen und eine höhere Kundenzufriedenheit, wodurch sich kostspielige Gewährleistungsarbeiten vermeiden lassen. Die Betreiber dieser Anlagen haben niedrigere Betriebs- und Wartungskosten über die gesamte Lebensdauer dank zuverlässigerer Systeme, die mehr Strom über einen längeren Zeitraum hinweg erzeugen können.