Eine Photovoltaikhalterung ist eine Stützvorrichtung, die zur Platzierung, Installation und Befestigung von Photovoltaikmodulen in einer Photovoltaikanlage konzipiert ist. Die Wahl der Photovoltaikhalterung beeinflusst die Stromerzeugung, die Landkosten sowie die Gesamtkosten der Photovoltaikstromerzeugungsanlage und wirkt sich somit auf die Wirtschaftlichkeit des Photovoltaiksystems aus. Dieser Beitrag bietet eine kurze Einführung in die gängigen Ausführungen von Photovoltaikhalterungen, vergleicht ihre jeweiligen Eigenschaften und stellt zudem einige weniger häufig erwähnte Halterungskonstruktionen vor.

Feste Unterstützung

Die Festhalterung ist eine Photovoltaik-Halterung mit festem Neigungswinkel. Bei der Planung von Freiflächen-Photovoltaikprojekten werden in der Regel PVSyst und andere Softwaretools eingesetzt, um den Neigungswinkel der Photovoltaikmodule zu berechnen, sodass die maximale jährliche Solareinstrahlung erreicht wird – dieser Wert dient dann als Installationsneigungswinkel. Ist das Projektgelände begrenzt, kann zudem eine wirtschaftliche Optimierung als Ziel herangezogen werden, um den Neigungswinkel sowie den Abstand zwischen den Modulreihen vorne und hinten zu optimieren. In Berg-Photovoltaikprojekten, wo die Geländenneigung ausgeprägter ist und die Modulcluster häufig weiter auseinanderliegen, bietet die Festhalterung mit geringer Stellfläche, niedrigem Arbeitsaufwand und geringerer Ausfallrate gegenüber anderen Halterungstypen ebenfalls Vorteile. Bei dezentralen Photovoltaik-Dachinstallationen werden aufgrund der schwierigen Betriebs- und Wartungsbedingungen sowie der begrenzten Flächenausnutzung überwiegend Hauptfesthalterungen oder Ziegelmontagesysteme eingesetzt.

Fixierte, neigungsverstellbare Halterung

Der Sonnenhöhenwinkel ändert sich mit den Jahreszeiten, und bei festen Montagesystemen wird in der Regel die jährlich optimale Stromerzeugung angestrebt, wobei eine Anpassung an die jeweiligen Jahreszeiten nicht möglich ist. Bei feststellbaren, verstellbaren Montagesystemen kann der Neigungswinkel nur begrenzt häufig angepasst werden – und zwar entsprechend der maximalen Solareinstrahlung, die das Photovoltaikmodul in verschiedenen Zeitabschnitten erhält; üblicherweise erfolgt diese Einstellung entweder rein manuell oder mit mechanischer Unterstützung. Aufgrund des hohen Arbeitsaufwands sind feststellbare, verstellbare Systeme jedoch eher auf zwei jährliche Einstellvorgänge beschränkt: einen für den Sommer- und einen für den Winterneigungswinkel. Der genaue Zeitpunkt der jeweiligen Einstellung ist abhängig von der Gesamtsolareinstrahlung auf die geneigte Fläche bei beiden Installationswinkeln. Photovoltaiksysteme mit verstellbaren Neigungsanlagen beanspruchen etwa 1,1 bis 1,3-mal so viel Fläche wie Systeme mit festen Montagesystemen. Die jährliche Stromerzeugungszunahme beträgt im Vergleich zu festen Montagesystemen rund 5 %; die Höhe der zusätzlichen Erzeugung variiert je nach Randbedingungen wie der Flächennutzung.

Flache einachsige Nachführhalterung

Eine flache einachsige Nachführhalterung ist eine Halterungsform, die die Rotation der Sonne um eine horizontale Achse – in der Regel in Nord-Süd-Richtung – nachführen kann. Der übliche Nachführwinkel beträgt ±60°; bei einigen Produkten liegt er bei ±45°. Die Flächenausnutzung des flachen einachsigen Systems beträgt in der Regel das 1,1- bis 1,3-fache der eines feststehenden Systems; die Stromerzeugung steigt um 8 % bis 15 %, während sich der Preis um 5 % bis 10 % erhöht.

Geneigte einachsige Nachführhalterung

Ein schräg montierter einachsiger Nachführstand, bei dem Photovoltaikmodule um eine geneigte Achse rotieren, um der Sonne zu folgen und so die Stromerzeugung zu erhöhen. Die Grundfläche des geneigten einachsigen Systems ist in der Regel zwei- bis viermal so groß wie die des feststehenden Systems; die Stromerzeugung steigt um 15 % bis 20 %, während sich der Preis um 10 % bis 15 % erhöht.

Zweiachsige Nachführhalterung

Die zweiachsige Nachführhalterung kann sich sowohl in Ost-West- als auch in Nord-Süd-Richtung drehen, um den einfallenden Azimut und die Höhenwinkel der Sonne über den gesamten Tag hinweg zu verfolgen. Die Grundfläche des zweiachsigen Nachführungssystems ist in der Regel 2 bis 4 Mal so groß wie die des feststehenden Systems; die Stromerzeugung steigt um 25 % bis 30 %, während der Preis um mehr als 60 % ansteigt. Allerdings ist das zweiachsige Nachführungssystem komplexer, weist daher eine aufwendigere mechanische Konstruktion auf und weist im Betrieb eine geringere Stabilität auf.

Flexible Unterstützung

Die flexible Photovoltaik-Unterstützung ist eine Art großspannige Tragstruktur für Photovoltaikmodule, die aus einer vorgespannten flexiblen Kabelstruktur besteht. Die Spannweite dieser Kabelstruktur liegt in der Regel zwischen 20 und 40 Metern, kann jedoch bis zu 100 Meter betragen. Gleichzeitig können die Module 2 bis 30 Meter über dem Boden angeordnet werden, wodurch unter den Modulen ein hoher lichtdurchlässiger Raum entsteht – ein entscheidender Vorteil bei der Anordnung der Pfahlgründungen. Die Photovoltaikmodule auf der flexiblen Halterung werden in der Regel mit einem geringen Neigungswinkel installiert; üblicherweise ist ein Winkel von 10° bis 15° geeignet. Derzeit weisen die meisten realisierten kommerziellen Projekte mit flexibler Unterstützung eine Leistung von wenigen Megawatt auf; größere Anwendungsprojekte sind bislang noch nicht umgesetzt worden.

Flexible Unterstützung ist vor allem in Szenarien wie Bergprojekten mit steilen Hangneigungen (z. B. über 35°), Fischerei- und leichten ergänzenden Projekten mit hohen Freiraum-Anforderungen anwendbar. Auch Kläranlagen, Parkplätze und andere dezentrale Photovoltaik-Anlagen mit relativ hohem Platzbedarf weisen ein großes Anwendungspotenzial auf.

Unter den oben genannten gängigen Tragkonstruktionen sind feststehende, verstellbare Tragkonstruktionen sowie nachführbare Tragkonstruktionen für Gebiete mit starker direkter Einstrahlung besser geeignet. In einigen niedriggradigen Breitengradregionen unseres Landes weisen nachführbare Montagesysteme aufgrund der Vorteile bei den Strompreisen zudem eine überlegene Leistung im Vergleich zu feststehenden Systemen auf. Welche Tragkonstruktion in den jeweiligen Regionen am besten geeignet ist, muss projektbezogen analysiert werden. Gegenwärtig zeigen jedoch die praktische Bau- und Betriebsrealität inländischer Projekte, dass große Solarparkprojekte eher für feststehende Tragkonstruktionen geeignet sind, während die übrigen Konstruktionstypen aus verschiedenen Gründen in großen Solarparks seltener eingesetzt werden.

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