Pilotprojekt kombiniert Hallenbau und nachgeführte Photovoltaik

Der Sonne entgegen: Solartracker auf Hallen versprechen höchste Ausbeute – wenn die Statik stimmt

Blaue Photovoltaikpaneele auf Dächern gehören längst zum gewohnten Anblick in Deutschland, ebenso wie Solarparks, in denen gesteuerte Tracker die Module wie Sonnenblumen immer nach der Sonne ausrichten. Ungewöhnlich sind dagegen beide Komponenten in Kombination: Auf einer Lagerhalle im baden-württembergischen Hechingen folgen seit kurzem vier Solartracker dem Sonnenstand. Die Anschauungsanlage der Techmaster GmbH nutzt damit die maximale Sonnenscheindauer und wird zudem nach dem besseren Satz für Installationen auf Gebäuden vergütet. Entscheidende Basis für das Pilotprojekt war eine vom Stahlbauexperten IBB Bönnigheim eigens angepasste Baustatik.

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Die freistehenden Solarpaneele auf der Lagerhalle bieten dem Wind eine große Angriffsfläche – für die Statik des Gebäudes eine Herausforderung

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Die freistehenden Solarpaneele auf der Lagerhalle bieten dem Wind eine große Angriffsfläche – für die Statik des Gebäudes eine Herausforderung

Nach § 33 des Erneuerbare-Energie-Gesetzes (EEG) erhalten Betreiber von Photovoltaik-Anlagen auf Gebäuden, die 2009 in Betrieb genommen wurden, pro kWh mit 43,01 Cent. „Vergleichbare Freiflächenanlagen auf dem Boden werden hingegen nur mit 31,94 Cent vergütet“, erklärt Volker Pfister, Geschäftsführer der auf Photovoltaiktechnik spezialisierten Techmaster GmbH. „Da wir für unseren täglichen Betrieb ohnehin eine neue Lagerhalle brauchten, bot es sich deshalb an, die Tracker auf der Halle zu montieren statt wie üblich ebenerdig.“ Geschätzte 36.000 kWh Strom sollen die vier Solarpaneele auf der neugebauten Halle künftig pro Jahr erzeugen. Der Erlös für diesen sauberen Strom läge damit umgerechnet bei 15.484 Euro pro Jahr.  

Sonnenblumeneffekt per Elektronik

Grundlage dieses hohen Ertrags ist die Nachführung der Photovoltaik-Module nach der Sonne. Zwei Sensorzellen am Tracker liefern Referenzwerte, gemäß derer die ganze Konstruktion immer auf die hellste Stelle am Himmel ausgerichtet wird. Die Lichtausbeute maximiert sich dadurch. Wird wie in Hechingen ein zweiachsiges System verwendet, kann sogar der Lichteinfallswinkel konstant gehalten und damit Reflexionen vermieden werden, was den Energieertrag um bis zu 45 Prozent erhöht. Selbst Bewölkung wird ausgeglichen, indem sich das Modul nicht direkt zur Sonne dreht, sondern zu dem Punkt, an dem das meiste Licht durch die Wolken bricht.

Wie effizient die Tracker-Technik arbeitet, zeigt sich am Beispiel des Solarparks Schwenningen, der 2005 den Betrieb aufnahm. Durch die Weiterentwicklung der vorhandenen Seriensteuerung der Module lag der Park in den vergangenen vier Jahren konsequent rund 600 kWh/kWp über dem deutschen Mittelwert. Damit zählt Schwenningen in Sachen Effizienz zu den besten Photovoltaik-Anlagen in Deutschland. Die Gesamtleistung der Installation von 27,84 kWp verteilt sich hier auf mehrere Module über eine Fläche von rund 215 Quadratmetern. Die Paneele auf der Lagerhalle in Hechingen erreichen immerhin eine Leistung von 25,8 kWp.

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Bei starkem Wind drehen sich die Tracker automatisch in eine waagrechte Ruhestellung, um Schäden zu vermeiden.

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Bei starkem Wind drehen sich die Tracker automatisch in eine waagrechte Ruhestellung, um Schäden zu vermeiden.

Gefährliche Windlasten auf dem Gebäude

Die freistehenden, beweglichen Tracker brachten für die Planer der Halle aber auch ein Problem mit sich: erhöhte Windlast. Mit Maßen von 8,65 auf 4,65 Metern bieten die Elemente dem Wind eine enorme Angriffsfläche. Schon bei einer mäßigen Brise von 22 Stundenkilometern – dem Mittelwert für die Windzone Baden-Württemberg – erreicht der Geschwindigkeitsdruck pro Quadratmeter 320 N. Schwere Stürme oder Orkane könnten deshalb nicht nur die Tracker beschädigen, sondern durch Kraftübertragung auf die Gebäudestruktur auch die Halle selbst. „Es gibt für diese Art von Bauteil keine Normen“, berichtet Hans-Peter Armbruster von der IBB Bönnigheim GmbH, die mit dem Stahlbau beauftragt war. „Allerdings hatten wir Erfahrungen mit Windlasten aus einem früheren Projekt.“

Erster Schritt der Ingenieure war daher, sich mit Bauherr und Betreiber auf eine maximale Windgeschwindigkeit zu einigen, auf die das Gebäude ausgelegt werden sollte. Da sich die Tracker normalerweise ab einer Geschwindigkeit von 10 Metern pro Sekunde aus dem Wind drehen und in eine waagrechte Ruheposition gehen, um Schäden zu vermeiden, mussten Orkane dabei nicht berücksichtigt werden. Die Module in Hechingen sollten dem Wind bis zu Windstärke 9, also Stürmen mit 75 bis 88 Stundenkilometern, standhalten können, ohne die Hallenkonstruktion zu gefährden. „Von dieser Vorgabe ausgehend wurden bei uns die entsprechenden Statik-Berechnungen durchgeführt“, so Armbruster. „Die Lösung war letztlich eine höhere Dimensionierung der Eckstützen.“

1. Teil: Der Sonne entgegen: Solartracker auf Hallen versprechen höchste Ausbeute – wenn die Statik stimmt
2. Teil: Sonnenfänger in luftiger Höhe