J ahrelang standen die Kosten und die Verfügbarkeit der Module und Wechselrichter im Mittelpunkt der Aufmerksamkeit. Nun sind diese Komponenten eines Solargenerators verfügbar: in hoher Qualität und zu akzeptablen Preisen. Die Gesamtkosten einer Photovoltaikanlage werden aber auch durch die Kosten für das Montagegestell und die Installationszeit beeinflusst. Möglichst einfache Systeme aus geeigneten Materialien erlauben die schnelle und hochwertige Montage. In der Gesamtbetrachtung über den Lebenszyklus einer Photovoltaikanlage ist Aluminium die erste Wahl.
Beginnen wir mit den Aufdachsystemen, dem Gros aller in Deutschland montierten Solargeneratoren. Aufdachsysteme funktionieren nach dem Prinzip der dachparallelen Montage. Sie können auf fast allen Dachtypen installiert werden: auf Metalldächern etwa aus Trapezblechen oder Stehfalzprofilen, Eindeckungen aus Dachsteinen oder -ziegeln. Bei einer Aufdachmontage werden die Solarmodule auf einem Schienensystem auf dem Dach befestigt. Die DC-Verkabelung wird meist auch vom Montagesystem aufgenommen und geführt. Der Vorteil ist: Auf geneigten Dächern reinigt sich die Photovoltaikanlage fast von selbst, denn der Regen spült den Schmutz ab.
Auf dem Freiland werden Photovoltaikanlagen gleichfalls geneigt aufgebaut, auf frei stehenden Aufständerungen. Die Modultische werden im Boden durch Rammpfosten verankert. Beim Sigma-I-System beispielsweise erfolgt die Montage bodenparallel und ohne Versiegelung der Bodenfläche. Die Bandbreite der Montagesysteme ist groß. Jedes System hat eigene Vorzüge und Eigenschaften: von Standardlösungen bis zu individuellen Entwicklungen für einen bestimmten Standort. In der Regel kommen Stahl oder Aluminium zum Einsatz. Worin unterscheiden sich beide Materialien, und welche Vorzüge bieten sie?
Aluminium kostet beim Einkauf mehr als Stahl, weil seine Herstellung sehr viel Energie verbraucht. Betrachtet man den gesamten Lebenszyklus, spielen aber auch die Kosten während der Laufzeit einer Anlage und ihr Rückbau eine gewichtige Rolle. So ist Aluminium viel leichter als Stahl, braucht also geringer dimensionierte Rammpfosten. Die Anlage auf dem Dach ist mit Aluschienen insgesamt leichter als mit Stahlsystemen, dadurch lassen sich auch leichtere Dächer mit Solarmodulen belegen. Aluminium ist äußerst fest, sehr beständig gegen Korrosion und lässt sich gut wiederverwerten. Auch kann man es gut zu Strangprofilen pressen. Das erlaubt, genau die Form zu wählen, die für ein Montagesystem optimal geeignet ist.
Aluminium wird in vielen Gebrauchsgegenständen eingesetzt: in Autos, für Möbel oder leichte Tragwerke. An oberster Stelle steht sein Gewichtsvorteil: Aluminium ist ein extrem leichtes Metall. Im Gegensatz zu Stahl wiegt es nur ein Drittel. Als Leichtgewicht mit 2,7 Gramm pro Kubikzentimeter werden auch beim Transport und beim Handling auf der Baustelle Vorteile erzielt, denn der Aufbau von Aluminiumsystemen braucht weniger Personal, um die Komponenten des Montagesystems auf der Baustelle an die richtige Stelle zu bewegen. Sie sind schneller montierbar, was sich vor allem bei großflächigen Freilandsystemen auszahlt. So punktet Aluminium insgesamt bei der Verarbeitung mit niedrigeren Kosten.
Trotz des niedrigen Gewichts ist Aluminium sehr fest. Niedrige Eigenlasten führen zu signifikanten Materialeinsparungen bei den Montagesystemen und ermöglichen höhere Nutzlasten. Im Unterschied zu den meisten Stahlsorten wird Aluminium bei niedrigen Temperaturen nicht spröde. Im Gegenteil: Seine Festigkeit erhöht sich. Gerade bei Aufdachanlagen ist das von hoher Relevanz. Kommt Aluminium zum Einsatz, ist außerdem ein hoher Vorfertigungsgrad realisierbar.
Natürlicher Schutz gegen Korrosion
Mounting Systems hat in seiner langjährigen Unternehmensgeschichte bislang tausende Montagesysteme ausgeliefert, mit einer breiten Palette von Produkten für Aufdach-, Indach- sowie Freilandanlagen. Aus dieser Erfahrung wird ein weiterer, wesentlicher Vorteil von Aluminium sichtbar: Man kann eine Fülle möglicher Profilquerschnitte und Einzelteile daraus fertigen. Der mechanische Aufwand zu seiner Bearbeitung ist gegenüber Stahl viel geringer, auch lassen sich die Teile besser gießen und strangziehen. Stahlprofile werden demgegenüber mit relativ einfachen Querschnitten gefertigt. Dadurch sind oft zusätzliche Schweißungen oder mechanische Verbindungen erforderlich, was sich auf der Baustelle als sehr aufwändig erweist. Gegenüber Stahl weist Aluminium einen dreimal geringeren Elastizitätsmodus auf, was sich auf die Gebrauchstauglichkeit, die Verformung, auswirkt. Das Geheimnis guter Montagesysteme liegt in der optimalen Gestaltung ihrer Querschnitte und der genauen Abstimmung der Systemkomponenten: Montageschienen, Dachhaken, Modulklemmen und die Kleinteile zur Befestigung.
Aluminium garantiert eine maximale Lebensdauer. Denn es verfügt über eine natürlich auftretende Oxidschicht, die das Metall vor Korrosion schützt. Aluminiumkomponenten sind während ihrer Nutzung sehr widerstandsfähig, was auf ihre natürliche Resistenz gegen Korrosion zurückzuführen ist: Der Sauerstoff der Luft reagiert mit dem Aluminium und bildet eine dünne Oxidschicht.
Mit einer Dicke von 15 bis 25 Mikrometern bietet sie einen ausgezeichneten Korrosionsschutz und ist vollkommen dicht. Selbst wenn das Gestell durch äußere Einwirkungen beschädigt wird oder Profile auf der Baustelle zurechtgeschnitten werden müssen, erneuert sich diese Oxidschicht in kurzer Zeit von selbst. So fallen kaum Kosten für die Wartung und die Reparatur an, denn der Schutz wird von der Natur übernommen. Um den natürlichen Korrosionsschutz zu verstärken, kann man die Oberfläche des Gestellsystems und die Modulrahmen speziell behandeln. Diesen Vorgang nennt man Eloxieren. Dabei sind grundsätzlich alle Farben denkbar. Kunden bevorzugen überwiegend die Farbe Schwarz.
Kritische Bauteile
Bei Stahl umfasst allein der Aufwand für einen ausreichenden Korrosionsschutz etwa 30 bis 45 Prozent des Gesamtpreises einer Baukonstruktion. Der Schutz muss am Gestellsystem regelmäßig erneuert werden und reduziert die Wirtschaftlichkeit um ein Vielfaches. Wird die Freilandanlage in einem sehr feuchten oder aggressiven Klima installiert, korrodiert Stahl sehr schnell und wird zum kritischen Bauteil.
Ohne ausreichende Wartung verkürzt er die Lebensdauer der Solaranlage. Auch in Gegenden, in denen es sehr heiß und windig ist, liegen die Nachteile von Stahl auf der Hand, denn künstlich aufgetragene Korrosionsschutzschichten wie eine Feuerverzinkung werden schneller abgetragen. So verursacht ein Stahlgestell deutlich höhere Wartungskosten.
Nach zwanzig oder mehr Jahren hat die Photovoltaikanlage dann ausgedient. Sie zurückzubauen, erfordert vor allem bei großen Freilandanlagen einen großen Aufwand. Am leichtesten lassen sich Systeme mit Rammpfosten auf unversiegeltem Boden rückbauen. Ein Beispiel ist das Sigma I von Mounting Systems. Es eignet sich für den Einsatz von Laminaten sowie auch für gerahmte Module und passt sich den Unebenheiten des Bodens an.
Rückbau und Recycling
Das System ist komplett recyclingfähig. Nur die Rammpfosten bestehen aus feuerverzinktem Stahl, weil sie die größten Lasten tragen und ihr Profil einfach gestaltet werden kann. Die Modultische jedoch bestehen aus Aluminiumprofilen, ebenso die Modulrahmen. Beim Recycling hat Aluminium ebenfalls die Nase vorn: Um alte Aluprofile und Kleinteile in neues Aluminium zu verwandeln, sind nur fünf Prozent des ursprünglichen Energieeinsatzes notwendig. Der Aufarbeitungsprozess kann unendlich wiederholt werden, ohne die Eigenschaften des Materials zu verändern. Bei Stahl sind Qualitätsverluste unvermeidlich.
Zudem erzielt Aluminium bedeutend höhere Schrottpreise als Stahl, etwa das Sieben- bis Zehnfache von Stahlschrott. Denn Stahlprofile erlangen nach dem Umschmelzen nur noch etwa 63 Prozent des Marktwertes von Primärstahl. Prinzipiell kann man sagen, dass beim Rückbau einer Freilandanlage nur die Kupferverkabelung und die Aluminiumbauteile einen positiven Cashflow aus dem Schrottgeschäft erzielen. Solarmodule und Stahlteile werden zwar auch wiederverwertet. Doch die Stahlteile erzielen kaum Erlös. Und die Solarmodule werden über die Rücknahmesysteme der Hersteller in die Kreislaufwirtschaft zurückgeführt. Auch bei ihnen spielen lediglich die Aluminiumrahmen eine nennenswerte ökonomische Rolle im Recycling.
Bei den Betrachtungen zur Kosteneffizienz fallen nicht nur die Anschaffungskosten ins Gewicht. Entscheidend sind die Gesamtkosten über die Lebensdauer der Anlage, die sogenannten „Total Cost of Ownership“. Dieser Ansatz berücksichtigt alle Aspekte der späteren Nutzung, wie Wartungs- und Reparaturleistungen und Energiekosten. Dazu gehören auch die Kosten für den Transport, die Lagerhaltung, das Personal für Montage und Demontage und sonstige Rückbaukosten.
Alle möglichen „versteckten“ Kosten werden im Vorfeld identifiziert. Der Solarmarkt entwickelt sich durch sinkende Systempreise langfristig weg von einem rein investitionsgetriebenen Markt hin zu einem wirklichen Energiemarkt. Dann spielen Anschaffungspreis und Renditeerwartung eine untergeordnete Rolle. Die Verfügbarkeit der Energie, der problemlose Betrieb, die Wartungsfreiheit und die Qualität und Langlebigkeit von Komponenten rücken zunehmend in den Vordergrund – auch und gerade bei den Gestellen. Je langlebiger und hochwertiger das Gestell, desto geringer sind die Wartungs- oder Reparaturkosten.
Rückbau eines Solarparks
Nur die Metalle zahlen sich aus
Der Rückbau eines Solarparks verspricht dem Eigentümer ein sattes Plus. Der Grund: Die eingesetzten Metalle steigen im Wert, weil die Rohstoffe weltweit immer knapper werden. An den Rohstoffbörsen steigen die Preise für Altaluminium, Kupferkabelschrott und Stahlschrott kontinuierlich an.
Gehrlicher Solar hat modellhaft den Rückbau eines Solarkraftwerks mit zehn Megawatt Leistung berechnet. Gehrlicher kalkulierte 140.000 Cadmiumtelluridmodule von First Solar, zehn Wechselrichter mit je einem Megawatt Leistung, 1.500 Tonnen Stahl für die Unterkonstruktionen und 30 Hektar Fläche, die nach dem Rückbau wieder für verschiedenste Zwecke genutzt werden sollen. Der Rückbau sollte also vollständig erfolgen.
Die Kosten für den Rückbau ergeben sich aus den Kosten für Arbeit und Maschinen sowie Bauleitung, Planung, Demontage und Entsorgungskosten. Insgesamt kostet der Rückbau inklusive der Zäune, Fundamente und der Bodenbereinigung rund 320.000 Euro. Bauschutt und Metalle werden getrennt.
Verzinkter Stahl bringt kaum etwas ein. Bei 140.000 Modulen fallen rund 50 Tonnen Modulklemmen aus Aluminium an, die etwa 39.000 Euro erlösen. Die Kupferkabel bringen rund 288.000 Euro ein. Macht in der Summe 327.000 Euro Einnahmen. Ein Plus von 7.000 Euro für den Anlagenbetreiber. Setzt man die lineare Steigerung der Preise bei Aluminium und Kupfer in den nächsten Jahren an, kann man damit sehr viel Geld verdienen. HS
Die Autoren
Sandy Schnitzer
Lydia Hannemann
Sandy Schnitzer leitet die Entwicklungsabteilung bei Mounting Systems in Rangsdorf. Außerdem verantwortet er das Produktmanagement für die Montagesysteme.
Lydia Hannemann ist bei Mounting Systems als Managerin für Public Relations zuständig. Das Unternehmen selbst gehört zur Conergy-Gruppe, bietet seine Montagesysteme jedoch frei auf dem Markt an.
l.hannemann@mounting-systems.de
Fotos: privat
Solche Kleinteile lassen sich massenhaft aus Aluminium viel einfacher fertigen als aus Stahl.
Erprobung neuer Montageteile unter den realistischen Bedingungen einer Aufdachanlage. Aluminium ist leicht, dennoch lassen sich die Konstruktionen und Belastungen weiter optimieren, ebenso die Kosten.
Solche Profile kann man aus Stahl nur sehr schwer fertigen. Da ist Aluminium deutlich im Vorteil. Zwar wird zur Herstellung des Metalls viel Energie benötigt. Die Bearbeitung jedoch ist mit geringerem Aufwand möglich.
Die Herstellung der Kleinteile und die Bearbeitung der Strangpressprofile erfolgen in automatisierten Fertigungszellen. Dadurch sind hohe Maßhaltigkeit und Produktivität möglich.
Montagewinkel in der komplett montierten Konfiguration. Alle Teile bestehen aus Aluminium.
