Photovoltaik-Nachführsystem

Wind, Sand und Sonne: Kunststoff-Gleitlager für die Solartechnik

Conergy setzt igus®-Komponenten in neuem Photovoltaik-Nachführsystem ein

Steckbrief
Was wurde benötigt: Bauteile die auch nach Jahren im Ausseneinsatz reibungslos funktionieren, egal bei welcher Witterung
Anforderungen: möglichst hohe Lebensdauer im 24/7-Betrieb, Wartungsfrei, beständig gegen Sand, Dreck, Regenwasser, Frost und großer Hitze
Material: drylin W Lineargleitlager, iglidur Gleitlagerbuchsen und unsere igubal Gelenkköpfe
Branche: Solartechnik
Erfolg für den Kunden: Einbauen und vergessen können. Der Erfolg bei dieser Anwendung ist es, eine möglichst lange Lebensdauer zu gewährleisten, ohne das jemand die Teile jemals ersetzen muss

Immer im richtigen Winkel zur Sonne: Das gewährleisten die SolarOptimus- Nachführsysteme bei den Photovoltaik-Anlagen der Conergy AG. Die zweiachsigen Antriebssysteme, die nach einem astronomischen Algorithmus gesteuert werden, erhöhen die Ausbeute an umweltfreundlicher Energie um rund 30%. Damit die Anlagen auch unter extremen Wetterbedingungen wartungsfrei über lange Zeiträume laufen, hat sich Conergy sowohl bei den Lagerbuchsen als auch bei Gelenkköpfen und Lineareinheiten für Komponenten von igus® entschieden.

Wenn es um Windkraft und Solartechnik geht, nimmt Deutschlands Maschinen- und Anlagenbau weltweit eine Spitzenstellung ein. Diese Position geht auf dynamische Marktteilnehmer zurück wie insbesondere der Conergy AG: Das erst 1996 als solarer Systemintegrator in Hamburg gegründete Unternehmen, bietet heute eine breite regenerative Produktpalette zur Erzeugung von Strom, Wärme oder Kühlung. Seit März 2005 an der Börse notiert und im TechDAX gelistet konnte die Conergy AG seit 2001 den Umsatz um sage und schreibe 1830% steigern. Damit zählt Conergy zu den am stärksten wachsenden Technologieunternehmen Deutschlands.

Der Erfolg wird zum einen davon getragen, dass Conergy weltweit komplette Systemlösungen für die Erzeugung regenerativer Energien (Wind, Sonne und Biomasse) anbietet – einschließlich Projektmanagement, Service und Finanzierung. Zum anderen wird das beeindruckende Wachstum daraus generiert, dass das Unternehmen zunehmend eigene Produkte entwickelt und fertigt. So entsteht zurzeit in Frankfurt/ Oder Europas modernste Fabrikationsstätte zur voll integrierten solaren Wafer-, Zell- und Modulproduktion, in die Conergy rund 250 Mio. € investiert. Im Endausbau werden dort rund 1000 Mitarbeiter beschäftigt sein.

Spanien: Mit den SolarOptimus-Anlagen können Solarkraftwerksbetreiber in sonnenreichen Gegenden die Energieausbeute um mehr als 30% steigern.

Pragmatische „Make or buy“-Entscheidungen

Die Frage „Make or buy?“ wird dabei immer sehr genau analysiert. Bernd Krabbe, Leiter der Abteilung Engineering and Service im „Global Technology Team (GTT) Electronics“ in der Hamburger Firmenzentrale: „Wir schauen uns auf dem Markt um und bewerten, ob es ein System gibt, das unseren hohen Kundenanforderungen genügt. Ist das nicht der Fall, entwickeln wir ein eigenes Produkt.“ Bei den Nachführsystemen für Photovoltaik-Anlagen entsprachen die vorhandenen Produkte offenbar nicht den hohen Ansprüchen, denn hier hat Conergy kürzlich eine Eigenentwicklung vorgestellt: den „SolarOptimus“

Nachführung erhöht Ausbeute

Dieses System hat die Aufgabe, die Photovoltaik-Generatoren immer optimal zur Richtung der einfallenden Strahlung auszurichten – eine Investition, die sich für den Betreiber lohnt, denn mit zweiachsigen Nachführungen kann man die Energie-Ausbeute um mehr als 30% steigern. (In Deutschland und den Nachbarländern lässt sich die optimale Position der PVModule mit Helligkeitssensoren erfassen – die Sensoren fahren dann bei Bewölkung immer den hellsten Punkt an.) [Das klingt als würde ein astronomischer Algorithmus in Deutschland nicht funktionieren, dass ist aber nicht der Fall] In Südeuropa hingegen, wo der Himmel oft wolkenlos und die Helligkeit sehr groß ist, sind Systeme effektiver, die die PV-Module anhand astronomischer Daten immer im rechten Winkel zur Sonneneinstrahlung halten.

An den Hauptachsen des Nachführungssystems sind iglidur®-Buchsen installiert: Sie sorgen für reibungsarme Drehbewegungen auch unter ungünstigen Bedingungen.

Langlebigkeit auch unter unwirtlichen Bedingungen

Dieses Steuerungsprinzip nutzt auch der SolarOptimus, der eigens für strahlungsintensive südliche Regionen entwickelt wurde. Produktmanager Philipp Vanicek: „Die Module werden nach einem astronomischen Algorithmus in zwei horizontalen Achsen bewegt.“ Bei der Entwicklung des Gestellsystems standen Langlebigkeit und Wartungsfreiheit im Vordergrund, denn die Anlagen arbeiten oft in abgelegenen Gegenden ohne Personal vor Ort. Daher verzichteten die Entwickler bewusst auf komplexe Antriebssysteme, sondern verwendeten einfach aufgebaute, aber qualitativ hochwertige Komponenten. Das gilt für die Motoren ebenso wie für die Lagerstellen. Bernd Krabbe, der auch Projektleiter der SolarOptimius-Entwicklung ist: „Wir haben verschiedenen Anbietern von Lagerungen unsere Anforderungen erläutert und um Lösungsvorschläge gebeten.“ Dabei galt es zu berücksichtigen, dass die Aufstellorte der Solaranlagen häufig sehr trocken sind; entsprechend hoch ist das Aufkommen an Sand und feinem Staub. Hinzu kommt ein sehr breites Temperaturspektrum, in dem die Lager einwandfrei arbeiten müssen.

„iglidur®“ an Hauptlagerstellen

Angesichts dieser Kriterien konnten die von igus® vorgeschlagenen Lösungen am meisten überzeugen: Alle Lagerstellen des SolarOptimus sind mit igus®-Produkten ausgerüstet. An den Hauptachsen der rund 20 Meter langen Gestellsysteme sorgen Lager aus iglidur®- Kunststoff für reibungsarme und wartungsfreie Lagerung. Der „eingebaute“ Festschmierstoff des Hochleistungs-Polymers gewährleistet zudem, dass man keine Schmierstoffe zugeben muss, an denen sich Verschmutzungen ansetzen können. Das ist eine zentrale Voraussetzung für die Langlebigkeit des Lagers unter den gegebenen Einsatzbedingungen.

Mit iglidur® G setzt Conergy den „Allrounder“ unter den zahlreichen iglidur®-Werkstoffen ein, der sich für Schwenk- und Drehbewegungen mit niedriger bis mittlerer Geschwindigkeit eignet. Die Unempfindlichkeit gegenüber Verschmutzungen ist eine weitere wichtige Eigenschaft der iglidur® G-Lagerbuchsen.

Für die Kinematik der Verstellsysteme hat Conergy sich für drylin®-Linearlager von igus entschieden.

Gleitlager für Entlastung der Motoren

Um die Antriebe zu entlasten, haben die Conergy- Entwickler an der Kinematik der Verstellsysteme Linearlager vorgesehen. Auch hier kommen Hochleistungs-Polymere von igus® zum Einsatz: Die drylin®-Lineargleitlager sorgen für eine exakte lineare Führung der Achsen. Das drylin® W-Lagergehäuse aus robustem Zinkdruckguss bewegt sich auf einem stabilen Schienenprofil; die Gleitpaarung von hartanodisiertem Aluminium (Schiene) und iglidur®-Gleitfolie (Gehäuse) schafft die Voraussetzung für reibungsarmen Lauf ohne „Stick/slip-Effekte“. Die Montageplatte zur Aufnahme der beweglichen Komponenten wurde von igus® an die Wünsche der Conergy-Entwickler angepasst. Sand und Staub können diesem Linearlager nichts anhaben: Sie werden im „Schneeschieber-Effekt“ einfach weggeschoben, ohne dass die Gleiteigenschaften beeinträchtigt werden.

Gelenkig: Verbindung von Solarmodul und Gestellsystem

Bei den Koppelstangen, die die Solarmoduleträger untereinander verbinden, hat sich Conergy für igubal®- Gelenkköpfe entschieden. Diese Verbindungselemente nehmen hohe Kräfte auf, haben sehr gute Dämpfungseigenschaften und wiegen dabei im Vergleich zu herkömmlichen metallischen Lagergehäusen nur ein Fünftel. Was für den Einsatz in den Nachführsystemen aber noch wichtiger ist: Auch wenn die Umgebung mit Feinstäuben oder groben Verunreinigungen belastet ist, bleiben die Gelenkköpfe wartungsfrei. Es besteht keine Gefahr des Fressens oder Blockierens, und die eingearbeiteten Festschmierstoffe sorgen für geringen Reibung bei höchster Abriebfestigkeit.

Seitenansicht eines drylin® W-Gleitlagers am SolarOptimus-Nachführungssystem. Die Montageplatte zur Aufnahme der beweglichen Komponenten wird speziell für Conergy gefertigt.

Versuche mit „Testsand“ aus Südspanien

Die Antriebe der Modulrahmen, die für die Nord-Süd- Ausrichtung verantwortlich sind, bringen eine Kraft von 6.800 N auf, der Antrieb der Hauptrahmen für die Ost- West-Nachführung 10.000 N. Die Geschwindigkeit ist mit maximal 4 mm/s gering, und pro Tag wird der Antrieb maximal eine volle Umdrehung bewegt. Dennoch werden hohe Anforderungen an die Verschleißfestigkeit gestellt, denn die Umgebungsbedingungen setzen allen Komponenten zu. Deshalb hat igus® für Conergy auch umfassende Testreihen durchgeführt und dabei extra abrasiven Sand aus Südspanien „einfliegen“ lassen, wo inzwischen die ersten SolarOptimus-Anlagen installiert wurden. Das (erfreuliche) Ergebnis: Auch unter Bedingungen, die härter sind als der reale Praxisbetrieb, müssen die igus®-Lager über die gesamte rechnerische Lebensdauer des SolarOptimus nicht ausgetauscht werden. Und das gilt nicht mit Blick auf den Umgang mit Sand und Staub, sondern auch für die UV-Beständigkeit des Kunststoffs sowie den breiten Temperaturbereich und die Feuchte.

Erfolgreicher Praxisbetrieb

Inzwischen bewähren sich die ersten SolarOptimus- Anlagen seit einigen Monaten in Südspanien im Praxisbetrieb – und alle Anzeichen deuten darauf hin, dass der errechnete Mehrertrag durch die astronomisch gestützte Nachführung erreicht wird. Im Endausbau werden an diesem Standort 800 bewegliche Systeme umweltfreundliche Solarenergie erzeugen und ins Netz einspeisen. Darüber hinaus hat Conergy schon mehrere andere Projekte mit größeren Stückzahlen von Nachführsystemen geplant. Bernd Krabbe: „Wir haben bereits Solar Optimus-Systeme mit einer Gesamtleistung von 13 MW verkauft.“

Kundenspezifischer „igubal®“-Gelenkkopf als Anbindungselement für die Koppelstangen, welche die Solarmodule mit dem Rahmen verbinden.

igus® begleitet diese erfreuliche Entwicklung nicht nur als Lieferant, sondern auch mit der kundenspezifischen Optimierung der Lagerstellen. Dadurch reduzieren sich die Fertigungskosten bei größeren Stückzahlen. Und dass die Stückzahlen sich vergrößern, daran dürfte bei der dynamischen Entwicklung der Conergy AG kein Zweifel bestehen.

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