Baukasten auf dem Dach

Nürtingen ist eine malerische Stadt südwestlich von Stuttgart, direkt am Neckar. Hier im Vorland der mittleren Schwäbischen Alb sind die Voraussetzungen für die Photovoltaik gut. Im Jahresdurchschnitt liegen die Einstrahlungswerte bei mehr als 1.100 Kilowattstunden pro Quadratmeter. Auch die Wind- oder Schneelasten liegen im Ort bei mäßigen Werten. Eigentlich für die Planung und den Bau einer Solaranlage keine große Herausforderung.

Die Installation einer Schräg- oder Flachdachanlage sollte in der Regel hier Alltagsgeschäft eines Solarteurs sein. Vorausgesetzt, die Dacheindeckung macht keine Probleme.

Es kann knifflig werden

Denn dann kann es schon mal knifflig werden, wie die Installateure von Hummel Systemhaus mit Sitz in Frickenhausen-Linsenhofen, nur vier Kilometer südlich von Nürtingen, bei der Installation einer Photovoltaikanlage im Februar dieses Jahres erfahren mussten.

Denn die Voraussetzungen waren nicht ganz einfach. Sie haben vom Besitzer einer Doppelhaushälfte in der Stadt am Neckar den Auftrag bekommen, eine Photovoltaikanlage auf das Dach zu bauen. „Das Wohnhaus war bereits bei Projektbeginn ein Passivhaus“, erinnert sich Kim Schneck, Projektmanager Energiesysteme beim Systemhaus Hummel.

Die gesamte Fläche ausgenutzt

Das bedeutet, die Beschaffenheit der Gebäudehülle speichert die Wärme im Inneren des Gebäudes und benötigt dadurch wenig zusätzliche Heizwärme. „Unser Plan war es, dass die Familie durch die Photovoltaikanlage ihren eigenen Strom erzeugen kann und unabhängiger vom Energieversorger wird.“

Auch das ist eigentlich keine große Sache. Doch das Dach bestand aus mehreren Teilen. Jeweils ein Schrägdach in östlicher und westlicher Ausrichtung sollte mit einer Photovoltaikanlage belegt werden. Diese Grundausrichtung des Daches hat den Vorteil, dass die Mittagsspitzen bei der Stromerzeugung weniger ausgeprägt sind als bei Süddächern. Zudem konnte die gesamte Fläche genutzt werden – mit Ausnahme eines keinen Teils des östlich ausgerichteten Daches, das schon von solarthermischen Kollektoren beansprucht wurde.

Alles mit einem System

Außerdem befindet sich auf beiden Dachseiten jeweils eine Gaube, die beide auch mit Solarmodulen belegt werden sollten. Das Problem war, dass das eigentliche Dach mit Pfannenziegeln, die Dachgauben aber mit Stehfalzblech eingedeckt sind. Für alle Solaranlagen sollte aber das gleiche Montagesystem genutzt werden.

Fündig wurden die Planer von Hummel bei K2 Systems. Der Hersteller aus Renningen setzt schon seit einiger Zeit darauf, die einzelnen Systemkomponenten miteinander kompatibel zu entwickeln. Das Ziel ist, dass die Installateure mit weniger Einzelteilen möglichst viele Varianten der Dacheindeckung abdecken können.

Dachanbindung unterschiedlich

Das hat sich beim Projekt in Nürtingen ausgezahlt. Denn aufgrund dieser Strategie konnten die Planer beim Systemhaus Hummel die Anlagen sowohl auf dem Ziegeldach als auch auf dem Blechdach mit der gleichen Montageschiene und den gleichen Modulklemmen auslegen. Nur für die eigentliche Dachbefestigung mussten unterschiedliche Komponenten her. Denn das ist die einzige Varianz, die zwischen verschiedenen Dachformen und Dacheindeckungen besteht.

Ausgelegt wurden die Anlagen mit dem Planungstool Base von K2 Systems. Hier haben die Planer alle Parameter eingegeben. Dazu gehörten neben dem konkreten Standort der Anlage auch die Form und der Neigungswinkel des Daches. Schon hier mussten die Planer aufpassen.

Kreuzverbund fürs Stehfalzdach

Denn die beiden Ziegeldächer der Doppelhaushälfte in Nürtingen haben eine Neigung von 30 Grad, während die Dächer der Gauben nur fünf Grad geneigt sind. Danach kommt noch die Höhe der einzelnen Dachflächen und die Geländehöhe. Schließlich ist diese relevant für die Windlasten, denen die Anlagen und die Eindeckung des Daches ausgesetzt sind.

Auch die eigentliche Dachkonstruktion ist hier von Bedeutung. Schließlich haben die Abstände der Sparren und Latten zueinander Einfluss auf die Resttragfähigkeit des Daches und damit auf die Größe des Generators, den die einzelnen Dächer tragen können. Außerdem muss der Planer noch den Modultyp eingeben, der verwendet werden soll. Hier sind vor allem die Größe, das Gewicht und die Leistung wichtig für die Planung der Anlage. Der Modultyp und der Modulhersteller sind auch relevant für die Klemmung der Paneele auf dem Dach.

Komplette Stückliste ausgedruckt

Das mussten die Planer des Projekts in Nürtingen beachten. „Denn die Module auf den Stehfalzdächern sind horizontal angeordnet, und die Modulklemmen dürfen bei diesem Modul nur an der langen Seite gesetzt werden“, erklärt Stephan Klopfer, der bei K2 Systems das Projekt in Nürtingen betreut hat. „Aus diesem Grund ist ein Kreuzverbund nötig. Generell kann das verwendete System bei vertikaler Modulanordnung auch einlagig verbaut werden.“ Das ist auf den Ziegeldächern der Fall.

Aus diesen Angaben errechnet das Planungsprogramm eine komplette Stückliste und einen vollständigen Montageplan, einen Ballastierungsplan – im Falle einer Flachdachanlage – und einen Statikbericht.

Punktlasten vermeiden

Im Montageplan ist jeder einzelne Dachhaken und jede Stehfalzklemme mit genauem Abstand zum Rand und zum nächsten Dachbefestiger eingezeichnet. Daraus ergibt sich die genaue Anordnung der Montageschienen und der Module.

So sind beispielsweise die Dachhaken immer versetzt zueinander installiert. Das hat zwar zur Folge, dass pro Modulreihe zwei Haken mehr benötigt werden. „Diese Anordnung hat aber den großen Vorteil, dass die gesamte Last der Unterkonstruktion viel besser und vor allem gleichmäßiger in das ganze Dach eingeleitet wird und somit erhöhte Punktlasten vermieden werden“, weiß Stephan Klopfer.

Mit diesem Montageplan konnten die Installateure die gesamte Anlage innerhalb von nur drei Tagen auf der Doppelhaushälfte in Nürtingen installieren. Dabei haben sie insgesamt 30 monokristalline und schwarz gerahmte Module von LG auf die Single-Rail-Schiene von K2 Systems montiert.

Kreuzverbund auf dem Blechdach

Auf den Blechgauben mussten sie aufgrund der horizontalen Modulanordnung und der Stehfalzklemmen noch mit Solid-Rail-Schienen von K2 Systems einen Kreuzverbund aufbauen.

Sämtliche Module wurden mit den neuen Universalklemmen des Renninger Herstellers befestigt. Diese sind auf Kundenwunsch schwarz eloxiert, damit sie perfekt zum Modulrahmen passen. Bei diesem Projekt habe sich das Baukastenprinzip von K2 Systems voll bewährt, betont Stephan Klopfer.

Schnell ausgelegt und montiert

Denn trotz der verschiedenen Dacheindeckungen gingen Auslegung und Montage der Anlage schnell. Zudem mussten die Installateure nicht mit unterschiedlichen Montageschienen und Modulklemmen hantieren. Theoretisch wären auf diese Weise auch Anlagen möglich, die auf zwei verschiedenen Dacheindeckungen nebeneinander montiert werden und trotzdem eine ebene Modulfläche ergeben.

Konsequent thermisch trennen

Das ging sogar ohne langes Hin-und-her-Rechnen und ohne die unterschiedlichen Höhen von Montageschienen ausgleichen zu müssen. Denn grundsätzlich sind dann die Schienen gleich hoch. Die Anlage müsste sich an der Höhe der Blechfalzklemmen orientieren, da die Dachhaken meist in der Höhe verstellbar sind.

Allerdings sollten die Anlagen in solchen eher sehr seltenen Fällen thermisch streng voneinander getrennt werden. Denn die thermische Ausdehnung von Blech- und Ziegeldächern ist so unterschiedlich, dass eine direkte Verbindung beider Anlagenteile vermieden werden muss. Andernfalls kann niemand mehr eine dauerhaft sichere Dachbefestigung gewährleisten.

Auf Kompatibilität getrimmt

Auch andere Hersteller setzen schon seit Längerem auf die Baukastenstrategie. So hat der Kölner Anbieter Renusol schon im Jahr 2015 eine Modulklemme entwickelt, die nicht nur für alle gängigen Rahmenhöhen genutzt werden kann. Sie ist vielmehr Mittel- und Endklemme in einem. Eine ähnliche Lösung hat IBC Solar ein Jahr später auf den Markt gebracht.

Auch Baywa r.e. hat im Jahr 2016 bei der Zusammenführung des Novotegra mit dem einstigen Creotec-System konsequent auf Kompatibilität der einzelnen Komponenten geachtet. Einen ähnlichen Weg geht auch S-Flex. Der Hamburger Hersteller hat seine verschiedenen Lösungen ebenfalls auf Kompatibilität der einzelnen Komponenten untereinander getrimmt.

Lagerhaltung vereinfacht

Ein solches Baukastensystem hat riesige Vorteile. Denn damit können die Hersteller und die Installateure die Kosten für die Unterkonstruktion weiter senken. „Einen konkreten Prozentsatz oder monetären Wert der Kostenersparnis zu beziffern, ist nicht möglich, da das Baukastenprinzip und die Kompatibilität der einzelnen Komponenten zueinander viele verschiedene Prozesse beziehungsweise Abläufe positiv beeinflusst“, sagt Stephan Klopfer.

So wird für die Installationsbetriebe die Lagerhaltung einfacher, da sie mit weniger Einzelkomponenten auskommen. Sie können auch größere Posten einkaufen und müssen nicht mehr beim Systemhersteller für jedes Projekt einzeln bestellen. Damit sinkt der Einkaufspreis. Dazu kommt noch der geringere Organisationsaufwand bei der Lagerhaltung und bei verschiedenen Abläufen wie dem Einkauf der einzelnen Produkte oder der Planung neuer Projekte. Schließlich haben die Handwerker die zentralen Komponenten schon auf Lager.

Montageabläufe vereinfacht

Aber auch bei der Montage ergeben sich konkrete Kostenvorteile. Denn die Monteure müssen sich nicht mehr für jedes Projekt auf verschiedene Systeme einstellen.

Im Falle der Anlagen in Nürtingen wäre das sogar innerhalb eines Projekts notwendig gewesen. Verwenden die Handwerker aber immer wieder die gleichen Schienen und gleichen Klemmen für verschiedene Eindeckungen und unterschiedliche Dächer, können sie immer wieder das gleiche System aufbauen.

Die Montageabläufe sind immer wieder gleich oder zumindest ähnlich, was die Einarbeitungszeit der Mitarbeiter drastisch verkürzt. Das sind zwar alles nur Kleinigkeiten. Doch in der Summe führt das zu deutlichen Kostenreduktionen, wie Stephan Klopfer bestätigt.

www.k2-systems.com