Solaranlagen: Faltbares Solarmodul bringt mehr Stromausbeute und Schutz vor Unwetter
Ein an der TU Graz entwickeltes PV-System steigert durch zweiachsiges Tracking des Sonnenstands die Energieausbeute – insbesondere morgens und abends. Bei Sturm, Hagel oder Schnee faltet es sich zusammen.
Armin Buchroithner (rechts) und Thomas Neubauer vom Institut für Elektrische Messtechnik und Sensorik der TU Graz neben der Flaptrack-Demonstrationsanlage.
Foto: Lunghammer/ TU Graz
Am Institut für Elektrische Messtechnik und Sensorik der TU Graz haben sie eine neuartige Solaranlage entwickelt: Sie soll der Sonne folgen und sich bei Unwetter selbst schützen. Dafür kombiniert sie zweiachsiges Nachführen der Solarmodule mit einem Faltmechanismus. Der schützt die Module sensorgesteuert vor Sturm, Hagel und Schnee. Die Nachführung bringt bis zu knapp 40 % Mehrertrag im Vergleich zu fest installierten Modulen, in der Spitze bis zu 56 %.
Flaptrack (Face-to-Face Lay-Down Anti-Degradation Protection) heißt diese Solaranlage, die eine Arbeitsgruppe um den Ingenieur Armin Buchroithner entwickelt hat. Bisher steht ein 1.8-kW-Demonstrator auf dem Flachdach eines Bürogebäudes der TU Graz und sammelt jetzt Praxiserfahrung. Technisch ist die Kombination von Zwei-Achs-Tracking und Faltmechanismus der Clou der Anlage, ohne Vorläufer ist sie aber nicht. Ein Blick in die trickige Technik, das Zusammenspiel zwischen Sensorik und Aktorik, sowie die Geschichte hinter solchen Spezial-Solaranlagen.
Inhaltsverzeichnis
- Der Clou aus Graz: Nachgeführte Solaranlage mit patentiertem Faltmechanismus
- Solaranlage bringt in der Spitze bis zu 56 % Mehrertrag
- Schutz der Solaranlage vor Sturmböen und Hagelschäden
- Wo steckt der Tracker in Flaptrack?
- Was ist an Flaptrack tatsächlich neu? Ein Blick in den Markt faltbarer Solaranlagen.
Der Clou aus Graz: Nachgeführte Solaranlage mit patentiertem Faltmechanismus
„Kerninnovation des Systems ist ein patentierter linearer Aktuator, der die Anlage sowohl zur Sonne ausrichtet als auch zusammenfaltet“, erklärt Armin Buchroithner. Das europäische Patent EP3916319B1 hierzu wurde der TU Graz 2022 erteilt. „Durch diese Doppelfunktion sparen wir Installations- und Betriebskosten, wodurch sich die Wirtschaftlichkeit verbessert.“
Eine 2025 an der UC San Diego veröffentlichte, begutachtete Machbarkeitsstudie beschreibt den Aufbau detailliert. Demnach sind zwei Solarmodulrahmen über ein Viergelenk gekoppelt (siehe Bild unten). Fährt der lineare Aktuator aus, öffnet sich in einem ersten Schritt das Paket der gefalteten Module. In einem zweiten Schritt passt dasselbe Stellelement den Höhenwinkel ein. Sowohl in der offenene wie der geschlossenene Stellung sorgen Verriegelungen für die nötige Stabilität. Ein bodennaher Karussellrahmen mit Riemenantrieb sorgt für die Drehung um die senkrechte Achse. Eine Bürste oder Abstreiflippe soll beim Falten dafür sorgen, lose Ablagerungen zu entfernen.
Die gefalteten, flach gelegten Module bieten Wind wenig Angriffsfläche. Was aber auch möglichst fehlerfrei funktionieren muss, ist das Zusammenspiel von mechanischer Aktorik (Gelenke, Lager und Riemen) und elektronischer Sensorik. Sollten Sand oder Eis die Mechanik behindern, müssten Prognose und Stromversorgung rechtzeitig reagieren. In der Machbarkeitsstudie nennt das Autorenteam Lebensdauer, Zusatzkosten, Schnee- und Reinigungseffekt als noch in der Praxis zu ermittelnde Größen. Wie zuverlässig Flaptrack im Betrieb wirklich ist, wie hoch der Ertrag real ist, das soll der Feldtest ermitteln. Der läuft derzeit mit der auf dem Dach der TU Graz montierten Anlage.
Solaranlage bringt in der Spitze bis zu 56 % Mehrertrag
„Durch die optimale Ausrichtung zur Sonne – die Drehung in der Horizontalen erfolgt per Riemenantrieb in einer bodennahen Kreisführung – liefere Flaptack einen durchschnittlichen Mehrertrag von knapp 40 % im Vergleich zu fest installierten Solarmodulen“, so die TU Graz. An einzelnen Tagen lag das Plus sogar bei 56 %. „Entscheidend für die Wirtschaftlichkeit des Systems ist aber die zusätzliche Stromausbeute in den Tagesrandzeiten: Morgens und abends, wenn der allgemeine Stromverbrauch besonders hoch ist, liefert Flaptrack durch das optimale Sonnenstand-Tracking mehr als doppelt so viel Strom wie traditionelle PV-Anlagen, was auch zur Netzentlastung beiträgt“, sagt Buchroithner.
Dieser Effekt sei im Winterhalbjahr und an Standorten in höheren Breitengraden durch den niedrigeren Sonnenstand besonders groß. Hinzu komme, dass der Faltmechanismus die Solarmodule frei von Schnee halte. Das sei vor allem im Winter in der Steiermark ein Faktor, der dort den Wirkungsgrad üblicher Solaranlagen im Winter oft drastisch reduziere.
Wie valide diese ersten Zahlen des Entwicklerteams um Buchroithner wirklich sind, muss der weitere Feldtest erweisen. Flaptrack ist noch kein Serienprodukt. Die veröffentlichten Zahlen sollten also noch nicht als eine belastbare Prognose für den Jahresertrag eines realen Produktes missverstanden werden. Es läuft die wissenschaftlich-ingenieurstechnische Evaluation. Deren Ergebnisse gilt es abzuwarten. Und danach erst beginnt der Weg aus zum marktreifen Produkt.
Schutz der Solaranlage vor Sturmböen und Hagelschäden
Bei Flaptrack faltet sich die Solaranlage aus dem Unwetter in eine Schutzposition. Sturmböen finden weniger Angriffsfläche, Hagel trifft nur die besser geschützte Rückseite. Ein Hagelnetz könnte weiteren Schutz bieten. „Beides ernsthafte Gefahren für PV-Anlagen, die in Folge des Klimawandels tendenziell zunehmen werden“, so die TU Graz in ihrer Mitteilung. Trifft ein Hagelkorn eine Solarzelle, also den Silizium-Waver, dann drückt das Hagelkorn die Zelle durch den Aufprall zusammen. Folge könnten, so Buchroithner sogenannte Hotspots sein, „die durch ihren erhöhten Innenwiderstand den Wirkungsgrad des gesamten Moduls reduzieren“, so der Ingenieur.
Für den Langzeit-Feldtest ist Flaptrack mit Sensoren präpariert, die Daten zu Wetter, Ertrag und Verschleiss erheben. Auch die Kräfte, die Wind auf die Solaranlage ausübt, messen die Grazer. Mit den Daten will Buchroithner später den autonomen Anlagenbetrieb optimieren und mit Hilfe von Eichtbautechniken das Gewicht verringern.
Wo steckt der Tracker in Flaptrack?
Für Freiflächenanlagen sind ein- und zweiachsige Nachführsystem, so genannte Tracker, ein anerkannter Stand der Technik für bestimmte Photovoltaikanwendungen. Allgemeiner Stand der Technik als Standardlösung sind immer noch fest montierten Systeme. Um den Ertrag zu steigern, sind Tracker aber etabliert. Schutzstellungen gegen Wind, Schnee oder Hagel sind in großen Solarparks üblich. In diese Technologieentwicklung reiht sich Buchroithner mit seinem Flaptrack ein.
- Nachführsystem, englisch Tracker, führen Solarmodule dem Sonnenstand nach, sodass möglichst oft der optimale Einfallswinkel von 90 °erreicht wird. Das erhöht den Ertrag, muss isch aber in jedem Fall rechnen.
- Ein Solartracker ist ein Mast/Ständer mit einem daran befestigten Gestell. Darauf sind die Solarmodule befestigt. Die Bewegung erzeugen Elektro- oder von thermohydraulische Motoren. Die Anlage erzeugt die Bewegungsenergie oft selbst. Komplett ist der Tracker mit der Steuerungseinheit.
- Die Gestelle lassen sich entweder um eine oder zwei Achsen bewegen/nachführen.
- Einachsige Solartracker sind entweder horizontal oder vertikal ausgerichtet. Horizontal nachgeführt, folgt das Solarmodul der Sonne von Ost nach West. Vertikal nachgeführt folgt das Modul der Höhe der Sonne über dem Horizont.
- Zweiachsig Solartracker kombinieren beiden Achsen und können einen Einfallswinkel der sonnenstrahlen von 90 ° ziemlich oft sicherstellen. Mit einer zweiachsigen Nachführung lässt sich der Ertrag gegenüber einachsigen Solartrackern noch steigern. Die Investitionskosten entsprechend höher.
- Solartracker erhöhen den Ertrag. Der deutsche Solarhersteller Solarwatt gibt in seinem Informationsportal www.solarenergie.de an, dass bei einachsigem Tracking mit etwa 12 % bis 18 % Mehrertrag rechnen sei, bei einem zweiachsigen System sogar um etwa 30 %.
Was ist an Flaptrack tatsächlich neu? Ein Blick in den Markt faltbarer Solaranlagen.
Trakcer sind also ein alter Hut bei Solaranlagen. Aber auch faltbare Solaranlagen gibt es schon zu kaufen. Am engsten verwandt und mit stylischem Desing kommt Smartflower daher. Zwölf Modulblätter bilden einen Fächer, der sich öffnet, zweiachsig nachführt und schließt; Bürsten reinigen dabei die Flächen. Die Anbieterin EMI (Energy Management Inc. ) aus der MIT-Heimstadt Boston, Massachussetts, nennt einen Einstiegspreis von 44.950 $ vor Transport und Installation. Spannend: Smartflower hat österreichische Wurzeln. ingenieur.de berichtete bereits 2015. Das Ursprungsunternehmen Smart Flower Energy Technology GmbH aus Güssing im Burgenland ging 2017 mit rund 5,2 Mio. € Verbindlichkeiten in die Insolvenz, wie der Standard damals berichtete. An der TU München steht eine 2,3-kW-Anlage, Jahresertrag rund 5000 kWh. Vorteil von Flattrack: beide Modulflächen verschwinden in einer kompakten Parkstellung.
Mit EU-Geldern entwickelt ist ein einfahrbares solarbetriebenes und faltbares Solardach namens Helioflex, das die dhp Technology AG aus Zizers, Graubünden, in der Schweiz seit Jahren vertreibt. Die Solarmodule sind glasfrei, hängen an Seilen und fahren bei Unwetter ein. Es gibt keine Nachführung. Das erste 640-kW-Projekt ging 2017/18 über der Kläranlage Chur in Betrieb. Die EU-Projektdokumentation bestätigt die Pilotierung; DHP Anlagen in der Schweit, Östereich und Deutschland.
Während Helioflex ein Dach ist, vorzugsweise über Parkflächen, Kläranlagen oder anderen Arealen, ist der Solarcontainer eine fahrbare autonome Stromversorgung. Statt dem Dieselmotor gibt es hier eine Powerpack in Form faltbarer Solarmodule, laut Anbieter mit bis zu 240 Solarmodulen (140 kW Nennleistung). Auch hier ist Österreich Sitz des Unternehmens: Solarcontainer sitzt in St. Georgen bei Grieskirchen in Oberösterreich. Aus dem nördlichen Ruhgebiet, Dorsten, kommt hingegen Sun2Fold, was eine ähnliche Technologie anbietet. Ebenso das spanische Unternehmen Nomad Solar Energy mit seiner Nomad Energy Box.
Das spannende an Flaptrack ist die Kombination aus Nachführung; Faltmechanismus und Anlagenschutz. Ob und wie das System aus Graz den Weg in den Markt findet, lässt sich seriös heute nicht sagen. Aber Österreich scheint ein Innovations-Hotspoot der Solartüftler in diesem Bereich zu sein.
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