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Sonnenenergie im Dauer(trocken)lauf

Schmiermittelfreie Polymer-Gleitlager für Photovoltaik-Nachführsysteme

Der Photovoltaik-Markt ist im Umbruch. Sinkende Einspeisevergütungen für Solarstrom haben Auswirkungen auf die generelle Investitionsbereitschaft. Trotzdem behauptet sich ein noch junges Unternehmen in der Branche. Es setzt auf robuste Nachführsysteme, die die Sonnenenergie ganztägig effizient nutzen. Damit sie bei Wind und Wetter einwandfrei funktionieren, kommen Polymer-Gleitlager ins Spiel. Sie sorgen für die notwendige Funktionssicherheit.

„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.“

Kein Verschandeln der Landschaft

Zurzeit liegt die Nachfrage eindeutig auf den vertikale Einachsnachführsystemen, die wirtschaftlicher zu betreiben sind. Je weiter man in den Süden Europas kommt, wo die Sonneneinstrahlung deutlich höher ist, desto eher rechnen sich dagegen Zweiachsnachführungen Solarmodule erreichen ihre maximale Leistung erst dann, wenn die Sonnenstrahlen in einem 90°-Winkel auf die Module treffen. 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.

Die Kraft wird mit Hilfe eines extrem stabilen Drahtseils übertragen, welches jeweils um die einzelnen Nachführgestelle gelegt wird. Der Motor erhält von einer elektronischen Steuerung Stellimpulse. Diese werden auf eine Drehspindel übertragen, die wiederum das Drahtseil bewegt, welches dann die einzelnen Gestelle auslenkt. Auf diese Weise wird die Position der Nachführanlage laufend an den Sonnenstand angepasst.

Jahrzehntelange Laufzeiten

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.

Schnee, Zugbelastungen und Verkantungen

„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.

Im Traktionsring kommen je drei Polymer-Gleitlager zum Einsatz.

Im Traktionsring kommen je drei Polymer-Gleitlager zum Einsatz.

 
Die grünen Gleitlager aus iglidur® N54 (besteht zu 54% aus nachwachsenden Rohstoffen)

Thomas Vogel von TecnoSun Solar Systems (li.) und Bernhard Hofstetter von igus® zeigen, wie die einzelnen Lager bei den umfangreichen Tests im Vorfeld abgeschnitten haben. Die grünen Gleitlager aus iglidur® N54 (besteht zu 54% aus nachwachsenden Rohstoffen) kommen im Schwenkhebel der 2-Achssysteme zum Einsatz.

 
Polymer-Gleitlager aus dem Werkstoff iglidur® P sind unschlagbar.

Versuchsreihe der einzelnen Lager, die im Vorfeld umfangreich vor allem in Bezug auf Belastungen getestet worden sind. Polymer-Gleitlager aus dem Werkstoff iglidur® P waren unschlagbar.

 
Allein in dieser PV-Anlage sind an die 13.000 Polymer-Gleitlager verbaut.

Bernhard Hofstetter (li.), Thomas Vogel im Solarpark in Postbauer-Heng. Allein in dieser PV-Anlage sind an die 13.000 Polymer-Gleitlager verbaut.

 
Drei trocken laufende Polymer-Gleitlager sorgen für die notwendige Verfügbarkeit.

Auf Lärmschutzwänden können auch Photovoltaik-Anlagen montiert werden. Drei trocken laufende Polymer-Gleitlager sorgen für die notwendige Verfügbarkeit.

 
Vertikale Nachführsysteme sorgen ganztägig für höchste Ausnutzung der Sonnenenergie.

Vertikale Nachführsysteme sorgen ganztägig für höchste Ausnutzung der Sonnenenergie.

 

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.“

Polymer-Gleitlager aus nachwachsenden Rohstoffen

Auch bei den Zweiachssystemen kommt neben den Drehpunkten ein weiterer Werkstoff aus dem umfangreichen Polymer-Gleitlagerprogramm zum Einsatz. Am Steuerhebel werden Gleitlager aus dem Werkstoff iglidur® N54 eingesetzt. Das Biopolymer besteht zu 54 % aus nachwachsenden Rohstoffen, ist universell einsetzbar und erfüllt sämtliche Anforderungen an Schmiermittel- und Wartungsfreiheit.

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!“

Gemeinde setzt auf PV-Anlage

Auf einer ca. 5,5 ha großen Flächen ist in der Gemeinde Postbauer-Heng bei Neumarkt ein Solarpark entstanden über 9.000 Solarmodule sind auf dem Areal 'Kuhtrift' nahe der Bahnlinie in Rekordzeit von gut sechs Monaten einschließlich sämtlicher Genehmigungsverfahren errichtet worden. Die Anlage verfügt über eine Maximalstundenleistung von rund 2,1 Megawattstunden. Dazu sagt Thomas Vogel: „Wir gehen davon aus, dass die Anlage rund 2.400.000 Strom pro Jahr liefern wird.“ Zur Orientierung: Ein Mehrfamilienhaus verbraucht im Jahr rund 4 000 Kilowattstunden.

Ökonomie und Ökologie werden in den PV-Anlagen verwirklicht. Wirtschaftlich in der Anschaffung und schmiermittelfrei im Einsatz sorgen die Polymer-Gleitlager dauerhaft für eine hohe Verfügbarkeit. „Der Kosten- und Nutzeneffekt stimmt einfach“, bestätigt abschließend Thomas Vogel. „Das ist für ein Unternehmen, das sich noch in der Aufbauphase befindet, überlebenswichtig. Und wenn jetzt die Politik keine größeren Kapriolen schlägt, können wir beruhigt in die Zukunft blicken.“

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