Sonnennachgeführte Photovoltaik: Eine revolutionäre Lösung für Stadien

Forscher der Universitäten Salerno und Neapel Federico II haben ein innovatives Photovoltaiksystem speziell für kleine bis mittelgroße Sportstadien entwickelt und damit einen wichtigen Schritt hin zu nachhaltigen Energielösungen für Sportanlagen gemacht. Dieses bahnbrechende Design stellt einen neuartigen Ansatz zur Nutzung von Solarenergie im Rahmen der Stadionarchitektur dar.

Das neu entwickelte PV-System ist eine harmonische Kombination aus Metalldachmodulen und leichten, flexiblen PV-Paneelen. Besonders hervorzuheben ist die leichte Bauweise gepaart mit außergewöhnlichen Steifigkeitseigenschaften. Laut Fernando Fraternali, dem korrespondierenden Autor der Studie, wurde die ausfahrbare Struktur zur Aktivierung des Sonnennachführmechanismus sorgfältig entwickelt. „Die ausfahrbare Struktur des Sonnennachführmechanismus wurde so konzipiert, dass sie sich problemlos in bestehende Stadien integrieren lässt“, erklärte er gegenüber pv magazine. „Sie lässt sich nahtlos in jedes Stadiondach integrieren, indem das Buskabel entsprechend mit einer auf dem bestehenden Dach platzierten Trägerstruktur verbunden wird.“

In ihrer Arbeit mit dem Titel „Eine Tensegrity-Struktur für ein solarbetriebenes Stadiondach mit Sonnennachführungsfunktion“, die in der renommierten Fachzeitschrift Thin-Walled Structures veröffentlicht wurde, ging das Forschungsteam detailliert auf den Entwurf ein. Sie stuften ihn als Tensegrity-System der Klasse 4 ein, bei dem die strukturelle Integrität vom Gleichgewicht der Zugelemente abhängt.

Die Forscher entwickelten die Dachkonstruktion, die als V-Expander bezeichnet wird, weiter. Dieser Begriff bezeichnet die Integration einer V-förmigen, starren Strebe in die Tensegrity-Struktur. „Der ursprüngliche V-Expander, wie ihn René Motro in seinem renommierten Lehrbuch vorstellt, ist ein V-förmiges System aus acht Stäben, die in zwei Gruppen zu je vier Stäben gleicher Länge angeordnet sind“, erklärten sie. „Unsere Variante ist eine Tensegrity-Struktur der Klasse 4, die aus acht Stäben und sieben Seilen besteht.“

Die vorgeschlagene PV-Dachabdeckung basiert auf dreieckigen Metalldachmodulen, die jeweils mit sonnennachgeführten PV-Modulen ausgestattet sind. Die Bewegung des Kippmechanismus wird durch eine an geeigneter Stelle positionierte Winde eingeleitet. Durch die Anpassung der Restlänge des Buskabels kann das System die Bewegung mit einem beeindruckend niedrigen Energieverbrauch realisieren.

„Die Sonnennachführungsstrategie nutzt eine Tensegrity-Antriebstechnik, die durch die Anpassung der Restlänge eines mit den Streben verbundenen Buskabels reguliert wird“, so die Forscher. „Dieser Mechanismus ermöglicht es den mit PV-Streifen bedeckten Leichtbaudachplatten, sich optimal zu neigen und so die maximale Aufnahme von Sonnenenergie zu gewährleisten. Die PV-Streifen können aus amorphen Dünnschichtzellen, organischen PV-Zellen oder flexiblen PV-Modulen hergestellt werden. Alternativ können auch konventionellere PV-Module verwendet werden, sofern deren Gewicht bei der Strukturanalyse sorgfältig berücksichtigt wird.“

Der vorgeschlagene Ansatz soll die jährliche Stromproduktionskapazität des Solardachs deutlich steigern. Im Vergleich zu einem Solardach mit fester Neigung kann die Energieproduktion um bis zu 54 % gesteigert werden. „Die lokal variable Sonnennachführung erweist sich insbesondere in den Wintermonaten als vorteilhaft und führt zu einer Steigerung der Stromproduktion um bis zu 80 %“, betonten die Wissenschaftler. „Im Ruhezustand fungiert die Hebestruktur als leichtes Tensegrity-System.“

Die Forschungsgruppe ist überzeugt, dass das System erhebliches Optimierungspotenzial bietet. Sie schlägt vor, die Leistung durch den Einsatz von Untereinheiten mit unterschiedlichen Neigungswinkeln oder zweiachsigen Solartrackern zu steigern. „Zusätzliche Verbesserungen der Solarstadion-Designstrategie könnten der Einsatz hocheffizienter Silizium-Solarzellen, die Wirkungsgrade von bis zu 27–28 % erreichen können, sowie die Integration bifazialer Zellen sein“, so das Fazit. „Darüber hinaus lässt sich das Konzept des Tensegrity-Stadions auf große Stadien übertragen, was neue Möglichkeiten für nachhaltige Energielösungen im Sportbereich eröffnet.“