Solarnachführsystem

Zweiachsiges Solarnachführsystem

Im Rahmen einer Masterarbeit im Jahr 2018 wurde ein zweiachsiges Solarnachführsystem entwickelt. Hierbei wurde ein YL275D-30b Modul der Firma YingLi verwendet. Bau des Gestells, Programmierung des Raspberry Pi und Inbetriebnahme der Anlage waren Teil dieser Masterarbeit.
Die Idee hinter diesem selbst entwickelten System war, den Wirkungsgrad der Photovoltaikanlage zu steigern und somit eine höre Ausbeute zu erzeugen.

Steuerung

Im Bereich der Nachführsysteme, sind zwei verschiedene Systeme am stärksten vertreten. Zum einen die sensorgesteuerten Systeme und zum anderen astronomische Systeme. In dem hier vorgestellten Fall fiel die Entscheidung auf ein mathematisch/astronomisches System. Grund hierfür waren sowohl die geringere Störanfälligkeit als auch die geringere Belastung der Motoren. Diese geringere Belastung der Motoren ist der Tatsache geschuldet, dass sich die Anlage bei einem astronomischen System kontinuierlich ausrichtet, wohingegen die Anlage bei einem sensorgesteuerten System immer wieder komplett neu ausgerichtet wird, selbst bei Wolkenbewegungen, da sich hierdurch auch der primäre Punkt der Sonneneinstrahlung ändert.

Bau der Anlage

Beim Bau der Anlage stand als erstes die Frage im Raum, ob ein einachsiges oder ein zweiachsiges System benutzt werden sollte. Einachsige Systeme werden besonders bei Schrägdächern genutzt, da hier ein geringerer Aufwand nötig ist und trotzdem ein höherer Ertrag erzeugt wird. Die Entscheidung fiel bei dieser Anlage daher auf ein zweiachsiges System, da zum einen die Position auf einem Flachdach die Installation nicht weiter erschwert und zusätzlich ein noch höherer Ertrag erzeugt werden konnte. Im nächsten Schritt wurde das passende Solarpanel ausgewählt. Hierbei entschied man sich aufgrund der Performance für das Solarpanel YL275D-30b von YingLi (Siehe YL275D-30b ).
Zur Bewegung des Panels wurden zuerst vier verschiedene Motoren ausgewählt und diese einem Belastungstest unterzogen. Nach diesen Tests fiel die Entscheidung für die vertikale Achse auf die Motoren CHM-2435 der Firma Molon; für die horizontale Achse hingegen wählte man den Motor SWF 404.406 der Firma SWF. Zur Bestimmung der Position der Motoren wurde, aufgrund der hohen Belastung und dem damit verbundenen Verschleiß, ein magnetischer Sensor ausgewählt, welcher die Motorwellendrehung misst.

Programmierung

Zur Realisierung der Steuerung des Panels wurde ein Raspberry Pi programmiert.
Damit die späteren Bewegungen möglichst exakt dem Sonnenstand folgen, wurde zuerst der Sonnenpfad grafisch Dargestellt und mit Hilfe von Pysolar der Firma Python die Sonnenbahnen berechnet. Durch die Eingabe des Längen- und Breitengrades der Position der Anlage berechnet dieses Programm den Sonnenstand. Durch die Programmierung des Raspberry Pi wird dieser errechnete Stand mit den Daten der Motorsensoren verglichen und, wenn nötig, die Anlage neu ausgerichtet. Diese Überprüfung wird im fünf-Minuten-Takt ausgeführt. Die Grenzen der Bewegung hierbei sind die Position beim Sonnenaufgang und beim Sonnenuntergang des jeweiligen Tages.

Probleme

Während der Bau- und Erprobungszeit sind bereits mehrere Probleme aufgetreten. Zum einen war der verwendete Motor für die horizontal Bewegungen, trotz vorhergehendem Test, zu schwach für die Bewegung der Anlage. Aus diesem Grund musste stattdessen ein Getriebe gebaut werden. Ein zweites Problem war und ist immer noch, dass die Position der Anlage nicht optimal gewählt ist, da das Panel in den Morgenstunden durch die restliche Anlage teilweise verdeckt wird.
Auch der am Panel befindlichen Motor war trotz des Belastungstests nicht geeignet. Aufgrund sehr starker Windbelastungen war der Verschleiß am Motor größer als gedacht. Bis zur Reparatur bzw. dem Austausch dieses Motors ist ein voll umfänglicher Betrieb nicht möglich.

Quelle: Masterarbeit " Bau und Inbetriebnahme eines zweiachsigen Solarnachführsystems für PV-Anlagen mittels Raspberry Pi" - 27.08.2018 Lehrstuhl für Elektrische Energieversorgung.
Bilder der Messdaten von Emoncms©