Schmiermittelfreie Polymer-Gleitlager für Photovoltaik-Nachführsysteme

„Die Grundidee unseres Unternehmens war, Sonnennachführung mit einer pfiffigen Technik günstig und effektiv umzusetzen“, erläutert Thomas Vogel, Geschäftsleiter und Firmensprecher der TecnoSun Solar Systems AG in Neumarkt/Oberpfalz. Das im April 2010 gegründete Unternehmen ist mit rund 12 Mitarbeitern als Hersteller von Photovoltaiksystemen (PV) tätig.

Der Firmensitz ist günstig: Die Standortbedingungen einer auf erneuerbare Energien setzenden Stadt bieten gute Rahmenbedingungen für das junge Unternehmen. Da die Dezentralisierung der Strommärkte ein wichtiges Zukunftsthema bleibt, sind es vor allem Kommunen und Gemeinden, aber auch Privatinvestoren, die auf regenerative Energie setzen.

Bestand das Grundsystem ursprünglich aus einer Zweiachsführung, wird sie heute durch ein Einachsführung ergänzt. Dazu kommt ein aerodynamisches System für Flachdächer. Es handelt sich um eine festaufgeständerte Lösung, die ohne Verletzung der Dachhaut auf Flachdächern installiert werden kann. „Und auf der Intersolar stellen wir eine Anlage für Lärmschutzwände vor, die schon im Vorfeld auf großes Interesse stößt“, so Thomas Vogel. „Sie wird spätestens ab Mitte des Jahres in Serie produziert.“

Problem

Die TecnoSun Solar Systems AG war auf der Suche nach Gleitlagern für vertikale Nachführsysteme. Die Anforderungen an die Lager waren dabei ziemlich groß: Reibungsarm sollten sie sein und sich durch eine hohe Leistungsfähigkeit auszeichnen. Zudem sollten die Gleitlager über Jahrzehnte witterungsbeständig sein, da die Anlagen Hitze, Kälte, Regen und Schnee ausgesetzt sind. Wartungs- und Instandhaltungsarbeiten müssen schnell und unkompliziert von statten gehen.

Lösung

Mit iglidur Gleitlagern hat der Photovoltaik Experte eine kostengünstige Lösung gefunden, die seinen Anforderungen gerecht wird. Durch inkorporierte Festschmierstoffe sind die Gleitlager reibungsarm und machen Lagerstellen wartungsfrei. Somit sind zusätzliche Schmiermittel überflüssig. Die Gleitlager sind unempfindlich gegenüber extremer Witterung und auch Schmutz stellt für ihre Funktionsfähigkeit kein Hindernis dar.

Nachführsysteme für PV-Anlagen (Tracker) sind Systeme, die unabhängig von der Grundflächenausrichtung sind. Sie folgen dem Sonnenverlauf während eines Tages und stellen somit einen optimalen Winkel zwischen Sonne und Solarmodul her, die Auslastung der Module wird optimiert.

Der Mehrertrag durch den Einsatz eines Nachführsystems liegt nachweisbar bei bis zu 40 %. Es wird eine deutlich höhere Leistung und eine gleichmäßige Leistungsausbeute während des gesamten Tages erzielt. „Bisher wurden Trackersysteme häufig mit nachteiligen Argumenten belegt“, so Thomas Vogel. „Sie gelten landläufig als zu teuer und verschandeln aufgrund ihrer Größe die Landschaft, da sie meist mehrere Meter hoch sind. Wir sind einen anderen Weg gegangen und wollten die Bauhöhe niedrig halten, was ebenfalls die Kosten im Vergleich zu anderen Systemen sehr weit gesenkt hat.“

Die Vorteile der Nachführsysteme dieses Anbieters sind dementsprechend schnell auf den Punkt gebracht: Sie liegen unter anderem in der geringen Bauhöhe von rund 1,5 m und der damit verbundenen Materialeffizienz. Dadurch lassen sich die PV-Anlagen gut in das Landschaftsbild integrieren und bieten eine geringe Windangriffsfläche. Dazu kommt das Antriebskonzept. Bis zu 120 Tracker werden mit nur einem Motor betrieben. Das entspricht einer Modulfläche von rund 400 m2. Hierdurch konnten die Systemkosten deutlich gesenkt werden.

Normalerweise ist eine nachgeführte Anlage mit Betonelementen in der Bodenfläche verankert, die irgendwann mühsam entfernt werden muss. „Unsere Verankerung besteht aus Erdschrauben, darauf wird das relativ einfache mechanische System, eine reine Metallkonstruktion, aufgebaut“, so Thomas Vogel. Die Reibung im System ist komplett zu vernachlässigen. Dafür sorgen schmiermittelfreie Polymer-Gleitlager der igus GmbH, Köln. Es gibt fast keine Anwendung, in der die schmierfreie Lagertechnik ihre Vielseitigkeit nicht unter Beweis stellt.

Je drei ungeschmierte Lager kommen Zwischen Trommel und Traktionsring, der Grundplatte, zum Einsatz. „An dieser Stelle haben wir eine hochwertige und leistungsfähige Lösung gesucht, die zum einen komplett trocken laufend sein muss, zum anderen aufgrund der Umgebungsbedingungen nicht anfällig sein darf“, blickt Thomas Vogel zurück. Anlagenlaufzeiten von mehreren Jahrzehnten gehören zum Anforderungsprofil. Und im Fall der Fälle müssen die Gleitlager im Rahmen von Wartungs- und Instandhaltungsarbeiten schnell und unkompliziert ausgetauscht werden können.

Das Anforderungsprofil erfüllt der Allround-Werkstoff iglidur P. Aufgrund der Wärmestabilität und der geringen Wasseraufnahme gehört dieses Gleitlager zu den dimensionsstabilsten bei wechselnden Umgebungsbedingungen. Es wird grundsätzlich für Rotationsbewegungen bei mittleren bis hohen Belastungen empfohlen. Dazu ist es kostengünstig, was sich wiederum auf der betriebswirtschaftlichen Seite bemerkbar macht.

„Im Vorfeld der Anlagenentwicklung haben wir aufwändig eine Reihe von Praxistests mit den unterschiedlichsten Lagern durchgeführt, um verlässliche Aussagen zum Verhalten bei Belastungen treffen zu können. Verschiedene Anbieter haben ihre Produkte präsentiert“, so Thomas Vogel. „Die Testergebnisse haben technisch immer eindeutig für die schmiermittelfreien Polymer-Gleitlager gesprochen. Dazu kommen das gute Preis-/Leistungsverhältnis sowie die umfassende Betreuung. Unser zuständiger Ansprechpartner im Außendienst, Bernhard Hofstetter, steht mit uns im ständigen Dialog und informiert uns über Neu- und Weiterentwicklungen, so dass wir immer auf dem neuesten Stand der Technik sind.“

Das Anforderungsprofil an die Gleitlager ist extrem hoch. Sie müssen über Jahrzehnte witterungsbeständig sein, Schmutz und Feuchtigkeit aushalten sowie einfach zu montieren sein. Auch Gewicht durch Schneelasten spielt eine Rolle. Dazu werden sie in Teilbereichen stark belastet, da relativ starke Drehbewegungen auf die mechanische Grundkonstruktion einwirken. Außerdem treten an den Eckpunkten, wo das Seil zieht, Zugbelastungen auf, die mehrere 100 kg betragen können.

Vor der Entscheidung, welcher Werkstoff am besten für dieses Anforderungsprofil geeignet ist, hat auch der Polymerlieferant unter anderem verschiedene Belastungsberechnungen durchgeführt und nach dem Ausschlussverfahren den Werkstoff iglidur P empfohlen.

Vor der Entscheidung, welcher Werkstoff am besten für dieses Anforderungsprofil geeignet ist, hat auch der Polymerlieferant unter anderem verschiedene Belastungsberechnungen durchgeführt und nach dem Ausschlussverfahren den Werkstoff iglidur P empfohlen.

Im Gegensatz zu Anwendungen im Maschinenbau rotieren die nicht eingepressten Gleitlager um vollverzinkte Oberflächen. Aufgrund der notwendigen Einbautoleranzen besteht somit das Restrisiko, dass das Lager sowohl außen als auch innen festsitzen kann. Auch hier haben die Tests im Vorfeld gezeigt, dass das Polymer-Gleitlager damit keine Probleme hat. Die Lager laufen in den Nachführsystemen vom ersten Tag an, ohne dass es zu unnötigen Stillständen kommt.

„Es hat auch unser Standardwerkstoff iglidur G, der sich in unzähligen Anwendungen weltweit bewährt, zur Debatte gestanden“, berichtet der zuständige technische Verkaufsberater des igus Büro Bayern Nord-Ost, Bernhard Hofstetter. „Wir haben zunächst erste Bemusterungen durchgeführt. Aber aufgrund der niedrigeren Wasseraufnahme und Wärmeausdehnung ist schließlich die Entscheidung auf den Werkstoff iglidur P gefallen.“

Außerdem beweist in einem Zweiachssystem, das in den Schweizer Bergen auf einer Höhe von 1.800 m steht, der Werkstoff iglidur Q2 seine Verschleißfestigkeit. Formstabil bei hohen Lasten ist er prädestiniert für hoch belastete Schwenkanwendungen unter extremen Bedingungen.

„In dieser Höhe schwanken ganzjährig extrem die Temperaturen, dazu kommt der Schneefall im Winter“, macht Thomas Vogel klar. „Um unser Nachführsystem noch robuster und wartungsfreundlicher zu machen, setzen wir das verschleißfeste Lager ein. Unter diesen schwierigen klimatischen Bedingungen sind die Belastungen naturgemäß am stärksten. Und unsere ersten Erfahrungen sind sehr gut. Auch das Polymerlager wird unseren grundsätzlichen Anforderungen, auf wirtschaftliche Lösungen, ohne Abstriche bei der Qualität zu machen, gerecht!“