Eine Photovoltaik-Anlage im Norden von Karlsruhe bildet ein neues, markantes Wahrzeichen der Stadt. Um eine hohe Stromausbeute zu erzielen, werden die drei großen Solarsegel mit Getriebemotoren der Sonne nachgeführt. Diese Solartracker ermöglichen nicht nur eine hohe Stromausbeute, sondern sind auch sehr ansprechend gestaltet. Sie wurden von ökologisch orientierten Kunden der Stadtwerke Karlsruhe mit finanziert.

Die Senkung des globalen CO2-Ausstoßes ist eine Aufgabe, die durch vielfältigste Maßnahmen unterstützt werden kann. Dabei ist die Nutzung von Sonnenenergie eine gesellschaftlich akzeptierte und geförderte Form der Energiegewinnung. Aus dem Erscheinungsbild vieler Städte und Dörfer sind Photovoltaik-Anlagen mittlerweile nicht mehr wegzudenken. Auch die Stadtwerke Karlsruhe bieten ihren Kunden mit Naturstromangeboten die Möglichkeit, einen persönlichen Beitrag zur Förderung regenerativer Stromerzeugung zu leisten. „Engagierte Kunden können sich schon seit über 10 Jahren aktiv am Ausbau regenerativer Energien in Karlsruhe beteiligen, indem sie freiwillig höhere Bezugspreise bezahlen. Wir legen dabei besonderen Wert darauf, mit diesen Beiträgen technisch herausragende und besonders innovative Projekte zu finanzieren", erläutert Harald Rosemann, kaufmännischer Geschäftsführer der Stadtwerke Karlsruhe.

Das Versorgungsunternehmen ist Eigentümer dreier Solarsegel, die auf dem Betriebsgelände des Baudienstleisters Vollack in Karlsruhe installiert wurden. Diese Firma hat den Anspruch eines funktional wie architektonisch attraktiven Erscheinungsbildes. 2008 errichtete sie in Karlsruhe ein neues Verwaltungsgebäude. Gemeinsam mit den Stadtwerken wurde beraten, wie man hier eine Photovoltaik-Anlage mit außergewöhnlichem Design - in Form eines Segels - installieren kann. Das Ergebnis der gemeinsamen Bemühungen ist ein architektonisches und technisches Highlight. Die Firma Fc.ingenieure aus Ettlingen, Spezialist für die Planung von technischer Gebäudeausrüstung, entwarf die Form der Anlage. Das Unternehmen Igatec aus Speyer, eine international operierende Ingenieurgesellschaft, erstellte die Vor- und Ausführungsplanung und montierte die Anlage. Die Antriebslösung für die Solarsegel wurde zusammen mit SEW-Eurodrive entwickelt.

Die mechanische Konstruktion

Jedes Segel hat eine Bauhöhe von gut 13 m, die Masse beträgt 4,4 t. Für die Unterkonstruktion und Fundamentierung war die Firma Vollack zuständig. Jedes der drei Solarsegel liefert etwas über 5 kW Spitzenleistung. Die Steuerung der Photovoltaik-Anlage befindet sich im Keller des nahen Vollack-Gebäudes. Die Firma Igatec sorgte für den elektrischen Anschluss und übernahm den Aufbau und die Montage der Unterkonstruktion, der Getriebe, Photovoltaik-Module sowie die Inbetriebnahme der Wechselrichter, die sich direkt am Mast des Segels befinden.

Um die Energieausbeute zu maximieren, müssen die Solarsegel der Sonne nachgeführt werden. Durch die einachsige Nachführtechnik erhöht sich der Solarertrag um etwa 20%, das lässt sich rechnerisch simulieren. Hierzu erläutert Harald Rosemann: „Der Nachweis im praktischen Alltagsbetrieb über mindestens 20 Jahre... ist eines unserer Ziele. Über den reinen Erkenntnisgewinn hinaus wollen wir mit diesen weithin sichtbaren Vorzeigeobjekten auch Maßstäbe setzen und Nachahmer anregen, umwelt- und klimafreundliche Energietechnik in anspruchsvolle architektonische Konzepte zu integrieren."

Antriebskraft aus zwei Getriebemotoren

Der Mast ist um den feststehenden Winkel von 15° geneigt und stellt somit sehr hohe Anforderungen an die Gesamtkonstruktion und die erforderliche Steuerungstechnik. Um die hohen Kipplasten zu beherrschen, insbesondere wenn Wind auf das Segel drückt, wurde ein spezieller Schwenktrieb der Firma Imo aus Gremsdorf eingesetzt. Die Antriebskraft liefern je zwei Getriebemotoren der Baureihe RF87 DRS80 von SEW-Eurodrive. Es handelt sich hierbei um ein mehrstufiges Stirnradgetriebe in Flanschausführung mit einem Standard-Drehstrommotor der Baugröße 80. Ein Motor ist mit einem Absolutwertgeber ausgerüstet.

Berechnung des Sonnenverlaufs

In Abhängigkeit der Einflussfaktoren „Aufstellungsort" und „Datum" wird der zugehörige Sonnenverlauf exakt berechnet und die Achse der Segel in Ost-Westrichtung das ganze Jahr über der Sonne nachgeführt. Nachts verharren sie in einer Ruhestellung parallel zur vorbeiführenden Straße.
Ab einer Windstärke von 12,9 m/s verstellen sich die Segel innerhalb von 30 Sekunden um 90° zur Windangriffsfläche. Zur Messung der Windstärke wurde auf dem hinteren Segel ein Sensor installiert. Zusätzlich befindet sich auf dem Dach des Vollack-Gebäudes ein Windrichtungsmesser. Beide Messwerte werden minütlich abgefragt, um die Segel bei veränderter Windrichtung nachzuführen. Selbst bei einem kompletten Spannungsausfall kann die Position der Segel durch die eingesetzten Absolutwertgeber ohne zeitaufwändige Referenzfahrt ermittelt werden.
Die Berechnungen erfolgen mit Hilfe einer nach IEC 1131 programmierbaren Kompaktsteuerung MoviPLC DHE41B. Neben dieser Steuerung bietet SEW-Eurodrive mit seinem kombinierbaren Getriebemotor-Baukastensystem die passende technische Lösung für alle Anforderungen aus dem Bereich der regenerativen Energien. Ob man Photovoltaik-Tracker ausrüsten will, Heliostaten oder Solarthermie-Parabolrinnen-Kraftwerke - SEW-Eurodrive findet für seine Kunden eine optimale technisch-wirtschaftliche Lösung. (sn)