Schmierfreie Polymerlager

Immer auf der Sonnenseite

Schmierfreie Polymerlager für verschattungsfreie Solar-Nachführsysteme

Photovoltaik-Nachführsysteme bieten eine Reihe von Vorteilen. Durch automatisches Ausrichten auf den Sonnenstand schöpfen sie die Sonnenenergie perfekt aus und haben somit einen besonders hohen Wirkungsgrad. Dieser Anbieter garantiert bei seinem System darüber hinaus vollkommene Verschattungsfreiheit der Module. Damit diese bei Wind und Wetter über Jahrzehnte störfrei funktionieren, setzt man auf wartungsfreie, langlebige Kunststoff-Gleitlager. „Nachführungssysteme rechnen sich trotz höherer Anschaffungskosten sehr schnell“, erläutert Dipl. Ing. (FH) Gerhard Dirscherl, Entwicklungsleiter bei RWenergy GmbH aus dem bayerischen Schwandorf.

„Im Gegensatz zu einer Festaufständerung erreichen sie einen Mehrertrag von bis zu 30 Prozent. Dieser resultiert aus einer effizienteren Ausnutzung der Vor- und Nach-mittagsstunden, in denen sich die Tracker-Anlagen optimal zur Sonne ausrichten. Das erhöht natürlich nachhaltig deren Wirkungsgrad.“ Die verschiedenen Systeme des Photovoltaikspezialisten basieren auf tausendfach bewährten Komponenten und Konstruktionsprinzipien aus der Automobilindustrie. Im Grunde handelt es sich um bewegten Stahlbau. Hier müssen alle zum Einsatz kommenden Komponenten absolut robust und verschleißfrei sein. Das gilt besonders für die Lagertechnik. In den Solaranlagen kommen tribooptimierte Polymerlager von Lagerspezialist igus® GmbH, Köln, zum Einsatz. Neben ihrer Schmier- und Wartungsfreiheit sind sie robust und sorgen für eine lange Lebensdauer. „Nur so können wir unseren Kunden eine Betriebsgarantie von 25 Jahren geben“, so Entwicklungsleiter Dirscherl.

Solar-Nachführsystem „s:track“ von RWenergy GmbH in wagerechter Mittagsstellung

Optimal ausgerichtet

Im Jahr 2006 kam das Unternehmen mit dem einachsigen Nachführsystem „s:wheel“ auf den Markt. Das bodennahe und somit windunempfindliche System erreicht bis zu 30 Prozent höhere Energieausbeute als stationäre Anlagen. Die azimuthale Nachführung ermöglicht eine perfekte Ausnutzung der Sonnenenergie. Die konsequente Ausrichtung erfolgt im Zehn-Minuten-Intervall. Durch diese exakte Orientierung am tatsächlichen Verlauf der Sonne garantiert das System maximalen Ertrag. Hierbei werden sowohl die Längen- und Breitengrade des Aufstellungsortes berücksichtigt als auch die Verschiebung zwischen tatsächlicher Sonnenzeit und örtlicher Uhrzeit. „In den letzten Jahren haben wir uns überdies weitere Standbeine geschaffen“, berichtet Gerhard Dirscherl. „Neben unseren Tracker-Systemen bieten wir sowohl Lösungen für den Dachanlagenbereich als auch für Freiflächenaufständerungen an.“ Im Bereich der Nachführsysteme ergänzt das solide Modell „s:track“ die Produktpalette und rundet sie nach unten ab. Im Vergleich zu stationären Anlagen ist die Ausbeute hier um bis zu 15 Prozent höher. In Mexiko ist vor kurzem die erste Testanlage in Betrieb genommen worden. Weitere Anlagen sind in Planung.

Während sich das Einachssystem „s:wheel“ auf einer Vertikalachse im Kreis dreht, handelt es sich bei „s:track“ um ein Horizontalkippsystem. Eine Achse verläuft in Nord-Süd-Richtung und macht die Schwenkbewegungen vom Sonnenaufgang im Osten über die Mittagsstellung in der Waagerechten nach Westen bis in die Abendstellung in kurzen Bewegungsintervallen mit.

Robuste, schmier- und wartungsfreie Kunststoff-Gleitlager sichern die Kippbewegung des Nachführsystems.

Stahlbau-Systeme sind nicht immer auf den letzten Millimeter ausgerichtet. Dabei entstehen hohe Kräfte, die die Kunststoff-Gleitlager aushalten müssen.

Ertragskurve muss stimmen

„Den klassischen Horizontalkipper gibt es auch von anderen Herstellern“, erläutert Gerhard Dirscherl. „Wir aber garantieren in unseren Systemen – als Alleinstellungsmerkmal – eine absolute Verschattungsfreiheit. Eine hoch komplexe Steuerungssoftware sorgt sowohl in den frühen Morgen- als auch späten Abendstunden für verschattungsfreie Module. Die Anlage bewegt sich in 2°-Schritten immer in die Idealposition, wodurch das System optimal zur Sonne ausgerichtet ist, damit die Ertragskurve für den Betreiber stimmt.“ Das junge Unternehmen RWenergy GmbH, das zur Josef Rädlinger-Unternehmensgruppe in Cham gehört, hat sich auf dem Gelände eines ehemaligen Kraftwerkes angesiedelt. Dort betreibt es auf dem Dach einer still gelegten Rauchgasentschwefelungsanlage in fast 70 m Höhe seine Versuchsanlagen. Obwohl der Photovoltaik-Markt im Wandel begriffen ist, blickt das Unternehmen optimistisch in die Zukunft. „Vom Eigenheimbesitzer bis zur Investorengruppe – wir können mit den passenden Systemen alle Marktanforderungen bedienen“, erklärt der Entwicklungsleiter.
Das Nachführsystem „s:track“ ist 26 Meter lang und 3,2 Meter hoch. Einfach in der Ausführung und rentabel im Einsatz, spielt der Horizontalkipper seine Stärken vor allem in äquatornahen Regionen aus. Hier stimmt übers Jahr die Anzahl der wolkenfreien Stunden, so können auch die Morgen- und Abendstunden effektiv genutzt werden. Allerdings mangelt es in diesen Regionen desöfteren an erfahrenen Monteuren für den Anlagenaufbau. „Entsprechend einfach müssen die Systeme auch in der Montage sein“, verdeutlicht Gerhard Dirscherl.

Robuste wartungsfreie Polymergleitlager

Der Photovoltaikspezialist setzt in allen Solar-Nachführsystemen schmier- und wartungsfreie Kunststoff-Gleitlager von igus® GmbH ein. In „s:wheel“ nehmen sie vor allem eine Zentrierfunktion ein. Und in der Schwenkachse des Horizontalkippsystems „s:track“ beweisen sie auf vielseitige Weise ihre Stärken. Eingepresst in ein voll verzinktes Standardrohr, in Kombination mit einer Stahlwelle, müssen sie trotz der vorhandenen Einbautoleranzen zuverlässig funktionieren. Dabei kippen sie täglich um +/- 45°. Hier kommt es vor allem auf Unempfindlichkeit bei der Montage an, auf reibungsloses Handling und lange Lebensdauer.

Die Systeme sind nicht immer auf den letzten Millimeter ausgerichtet. „Im Stahlbau muss man mit Toleranzen rechnen“, so Dirscherl. Dabei entstehen hohe Kräfte, denen die Polymerlager standhalten müssen. Hinzu kommen schwierige Umgebungsbedingungen: so dürfen Staub, Sand, Regen und Hitze keinerlei Auswirkungen auf die Funktionsfähigkeit des Gesamtsystems haben. Alle Komponenten müssen dauerhaft im Außeneinsatz bestehen. „Sollte beispielsweise das Kunststofflager bei der Montage aus Versehen einmal auf den staubigen Boden fallen, spielt das für die Funktionsfähigkeit überhaupt keine Rolle“, so der Entwicklungsleiter. „Bei einem empfindlichen Kugellager dagegen bekämen wir spätestens jetzt ernsthafte Probleme.“

Lebensdauertests im Vorfeld

„Im Fokus unserer Gesamtsysteme steht die Einfachheit für den Anwender“, erläutert Entwicklungschef Dirscherl. „Unsere Kunden sind über die ganze Welt verstreut. Wir können nicht alle paar Monate die Lager tauschen. Darüber hinaus bieten wir unseren Kunden die Garantie, dass sie ihre Anlagen mindestens 25 Jahre betreiben können.“ Der technische Verkaufsberater von igus®, Bernhard Hofstetter, berichtet in diesem Zusammenhang von einer Lebensdauerberechnung, die im Vorfeld durchgeführt wurde. „Wir haben alle kritischen Anlagenparameter wie z.B. Temperatur, Reibung und Belastung einfließen lassen. Dabei konnte bewiesen werden, dass die Lebensdauer der Polymerlager selbst die Anlagenlebensdauer bei weitem überschreitet. Mit diesen Ergebnissen sind wir in der Lage zu belegen, dass sich die Maschinenelemente für den Kunden rechnen.“

Die „iglidur G“-Polymerlager laufen im Trockenlauf bei Temperaturen von –40 °C bis +130 °C und sind unempfindlich bei Schmutz und Kanten.

Unempfindlich bei Schmutz und Kanten

Als Polymerlager-Werkstoff wurde „iglidur® G“ gewählt. Diese wirtschaftliche Allroundlager decken eine sehr große Anwendungsbreite ab. Sie laufen im Trockenlauf bei Temperaturen von –40 °C bis +130 °C. Dabei sind sie, unempfindlich gegen Staub und Schmutz, geeignet für einfache Dreh- und Schwenkbewegungen. Auch Spitzen- oder Kantenlasten meistern die robusten Lager ohne Probleme.

Zurzeit sind im „s:track“ insgesamt 15 „iglidur® G“-Buchsen in den fünf Stahlbauverstrebungen der Nord-Süd-Achse verbaut. Insgesamt steht jeweils ein Bauraum von ca. 100 mm zur Verfügung. Aufgrund der hohen Toleranzen sind jeweils drei Buchsen pro Verstrebung verbaut. „Die dritte Buchse hat im Grunde keine Funktion. Sie wird nur vorsichtshalber eingebaut“, sagt Gerhard Dirscherl. So besteht die Möglichkeit, je ein Sonderlager mit einer Länge von 47 mm von links und rechts als Bundbuchse einzusetzen. Dergestalt kann ein Lager eingespart werden, was Fehlerquellen weiter minimiert und die Montage noch mehr erleichtert. Dirscherl zeigt sich überdies mit der technischen Beratung sehr zufrieden: „Die Zusammenarbeit stimmt, wie man schon an dem igus® -Vorschlag für das Sonderlager sehen kann. Obwohl ja oft die Stückzahl bei Neuentwicklungen anfangs noch nicht abzusehen ist, fühlen wir uns immer bestens betreut.“

Energiekette für Photovoltaik-Anlage

Im Solar-Nachführsystem „s:wheel“ für mittlere und große Solarkraftwerke ist auch eine mehrdimensional bewegliche „triflex® R“-Energiezuführungskette von igus® eingesetzt. Diese führt sicher die Solarleitungen. Der Strom wird am Drehzentrum des Moduls abgeführt. An dieser Stelle kommt es zur höchsten Beanspruchung der Kunststoff-Energiekette. Während das komplette Gehäuse starr bleibt, erfährt die Kette mit jeder Schaltung eine radiale Bewegung, wodurch sie mit jedem Schritt stärker beansprucht wird. Die hohe Zugfestigkeit wird über das sogenannte „Trailer-Prinzip“ erreicht, das die einzelnen Elemente ähnlich einer Anhängerkupplung miteinander verbindet. Durch diese kugelförmige Ausbildung ist die geforderte Beweglichkeit in alle Richtungen sicher gestellt. So kann eine störfreie Betriebszeit weit über den Einspeisezeitraum hinaus garantiert werden.

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