Der Preisdruck auf dem Photovoltaikmarkt wird immer stärker. Das bekommen auch die Planer und Installateure zu spüren. Es sind inzwischen weniger die Module, die den Preis der Anlage bestimmen, sondern vor allem die Zahl der Arbeitsstunden, die die Monteure auf dem Dach verbringen. Jede Mitarbeiterstunde ist bares Geld und entscheidet oft über die Wirtschaftlichkeit der Anlage. Soll nicht die Qualität der Arbeiten unter dem Preisdruck leiden, müssen immer wieder neue Lösungen her, die die Installation weiter vereinfachen. Da geraten auch bisher unproblematische Standards wie der Bau einer Solaranlage auf ein mit Trapezblech gedecktes Dach zur Herausforderung.
Vor allem der Aufbau der Unterkonstruktion muss schnell gehen und mit möglichst wenig Material und Werkzeug gelingen. Immer wieder stehen die Gestellhersteller mit der Stoppuhr da und messen, wie flott die Monteure ihre Konstruktionen aufgebaut haben. Dass Geschwindigkeit keine Hexerei ist, zeigt Ilzosurf. Das Unternehmen aus Wetzlar macht die Installation ganz einfach. Die Monteure müssen nur durchschnittlich 1,2 Clips pro Modul auf das Dach schrauben. Diese sind mit Haken versehen.
Das Modul wird einfach in die Haken der oberen Clips eingehängt und liegt dort auf Auflageflanken auf. Der untere Modulrand liegt vollständig auf den Hochsicken auf. Die Clips der nächsten Reihe werden dann wie eine Randklemme über den unteren Modulrand geschoben und verschraubt. So wird das Modul auch unten fixiert.
Das Problem der Kabelführung
In die Haken der unteren Clips wird dann die nächste Modulreihe eingehängt. So geht die Arbeit weiter, bis die ganze Anlage installiert ist. Insgesamt braucht der Handwerker nur ein Werkzeug: den Akkuschrauber, mit dem er die sogenannten selbstfurchenden Schrauben durch das Blech treibt.
Die Auflageflanken haben aber noch eine andere Funktion. Sie halten die Moduloberkante auf Abstand zur Dachhaut. Damit bleibt Platz für die Kabel, die der Monteur mit einem Kabelbinder an der Modulaufhängung auf der Rückseite fixiert.
Damit haben die Wetzlarer aber noch längst nicht das Problem der Kabelführung beim Aufbau ohne durchgehende Montageschiene gelöst. „Das Problem ist, die Kabel hochzubinden, weiß Björn Groß, Projektleiter bei Stiens Solartechnik in Kaufungen. „Mit einer durchgehenden Schiene waren die Gestelle zwar materialintensiver, aber da konnten wir die Kabel besser an der Schiene befestigen. Jetzt müssen wir uns immer etwas einfallen lassen, dass zumindest die Stecker bei Regen nicht im Wasserlauf liegen.“
Das Problem haben nicht nur die Wetzlarer, sondern alle Anbieter von sogenannten Kurzschienen zur Montage auf Trapezblechdächern. Die Systeme sind seit einiger Zeit auf dem Markt, und immer mehr Hersteller haben sie im Portfolio. Statt einer langen Schiene, die auf vielen Hochsicken des Trapezblechs aufliegt, kommt nur noch eine kurze Schiene zum Einsatz, die nur noch auf jeweils zwei Hochsicken festgeschraubt wird.
Aluminium sparen
In der Regel sind diese Kurzschienen zwischen 20 und 40 Zentimeter lang. Damit sparen sie mindestens die Hälfte des eingesetzten Aluminiums ein, was auf den Preis durchschlägt. Wenn allerdings ein separater Kabelkanal gelegt werden muss, dann gehen die Preisvorteile teilweise wieder verloren. Nicht nur, dass die Verlegung des Kanals zusätzliches Material kostet. Der Installateur braucht zudem mehr Zeit, um ihn zu verlegen.
Es ist ohnehin fraglich, ob die Montage mit Kurzschienen schneller geht oder nicht sogar zusätzlich Zeit braucht. „Aus meiner Sicht ist der Aufwand mit der durchgehenden Schiene etwas geringer, weil der Handwerker sie einfacher ausrichten kann“, sagt Sebastian Geier, Produktmanager von IBC Solar in Bad Staffelstein. „Es gibt aber auch Monteure, die haben sich auf die Kurzschiene spezialisiert und sind so eingearbeitet, dass sie inzwischen mit der kurzen Schiene genauso schnell sind.“
Die Oberfranken haben dem Monteur eine Hilfestellung in ihr System eingebaut, die gleich zwei Funktionen erfüllt. Denn sie verwenden keine EPDM-Dichtung, sondern ein doppelseitiges Spezialdichtband. „Dieses ist speziell auf die Verbindung von Aluminium und der Pulverbeschichtung des Trapezbleches ausgelegt“, erklärt Geier. „Damit übernimmt es die Funktion der Dichtung. Aber zusätzlich haben wir noch eine Verklebung auf dem Trapezblech und dem Aluminiumschuh.“ Der Handwerker kann ihn mit wenigen Handgriffen auf dem Dach positionieren, die Löcher bohren und den Schuh annieten, ohne dass das System auf dem Dach verrutscht.
Gewichtsprobleme fürs Dach
Die Kurzschiene ist zwar ein Weg, die Preise für die Anlagen zu reduzieren, sie wirft aber wiederum neue Probleme auf, die der Installateur nicht aus den Augen verlieren sollte. Bei der Montage mit langen Schienen liegen die Module komplett auf allen Hocksicken auf. Damit ist eine gleichmäßige Belastung des Trapezblechs auf der gesamten Breite des Moduls gewährleistet. Die zusätzliche Last wird über das gesamte Dach gleichmäßig in die Dachhaut eingeleitet. Bei der Kurzschienenmontage liegen die Module mit ihrem gesamten Gewicht aber auf maximal vier Hochsicken auf. Die dazwischen liegenden Hochsicken bekommen kein Gewicht ab.
Statische Probleme sind da nicht ausgeschlossen. „Die Trapezblechdächer sind in der Regel für eine homogene Zusatzbelastung ausgelegt, wie Schnee oder Windlasten“, erklärt Sebastian Geier. „Das kann man mit einem durchgehenden Schienensystem einigermaßen gut darstellen, weil jede Hochsicke gleichmäßig belastet werden kann. Bei einem Kurzschienensystem ist das anders. Da muss dem Installateur bewusst sein, dass er schon vor der Montage dafür verantwortlich ist, die Tragfähigkeit der Dachkonstruktion sicherzustellen. Wir raten unseren Kunden deshalb, einen Statiker hinzuzuziehen“, empfiehlt er. „In der Praxis wird dieser Schritt aber oft vernachlässigt. Das ist ein Risiko, das der Installateur trägt.“
Ein gewisses Risiko
Das gilt zwar auch für die Montage mit der Langschiene. Durch die ungleichmäßige Belastung bei der Kurzschienenmontage wird das aber noch wichtiger. „Da muss der Installateur bedenken, dass eine Lösung mit der kurzen Schiene zwar sehr preiswert und schnell installiert ist, er sich aber ein anderes Problem ins Haus holt, weil er die Statik nicht nachweisen kann. Denn dieses Risiko nimmt er auf sich.“
Ganz extrem wird es bei Systemvarianten, die die Last nur noch auf eine Hochsicke einleiten. Das ist der Fall, wenn die Kurzschiene nicht mehr quer, sondern längs zur Hochsicke aufgeschraubt wird. Denn dann liegt das gesamte Gewicht des Moduls inklusive zusätzlicher Wind- und Schneelasten auf nur noch zwei Sicken auf. „Da ist der Monteur an einem Punkt angelangt, wo er die Last so ungleichmäßig verteilt, dass Bestandsdächer statisch ausgereizt werden können“, warnt Geier. „Deshalb ist diese Art der Montage mit unserem Kurzschienensystem gar nicht möglich.“
Ilzosurf haben die Ausmaße dieses Problems gebannt. Da das System der Wetzlarer ohnehin extrem leicht ist – der Clip selbst wiegt nur 100 Gramm inklusive Schrauben –, sparen sie schon da zusätzliche Last auf dem Dach. Der obere Rand des Modulrahmens liegt zwar tatsächlich auf nur zwei Hochsicken auf. Doch sollten zusätzliche Schneelasten dazukommen, biegt sich das Modul nur zwölf Millimeter durch, bis der obere Rahmen zumindest auf einer weiteren Hochsicke aufliegt. Außerdem liegt der gesamte untere Modulrahmen komplett auf den Hochsicken auf. Dazu muss der Monteur nur ein Vorlegeband auf den Rahmen kleben, damit er nicht auf dem Blech scheuert und die Schutzbeschichtung dabei beschädigt. „Somit verteilt sich beim Ilzoclip die Schneelast auf deutlich mehr Punkte als bei üblichen Kurzschienensystemen“, betont Willi Jung, Technik- und Marketingchef von Ilzosurf. „Dach und Modul werden wirksam entlastet.“
Grundsätzlich hängt die Entscheidung, welches System der Monteur installieren sollte, von fünf Faktoren ab: der Gebäudehöhe, der Schneelast, der Windlast, der Dachneigung und der Modulanordnung. „Aufgrund dieser Basisparameter muss der Installateur entscheiden, ob er das wirtschaftliche Kurzschienensystem nimmt, oder auf das Langschienensystem zurückgreifen muss, damit die Anlage hält und das Dach nicht beschädigt“, erklärt Frank Ullrich, Leiter Technical Service von K2 Systems in Renningen. „Bei hohen Schneelasten zum Beispiel empfehlen wir, das Gewicht über mehrere Sicken zu verteilen, also das klassische Langschienensystem zu nehmen.“ Ein weiteres Kriterium ist für Ullrich die Höhe der Sicken. Die ist je nach Hersteller des Trapezbleches sehr unterschiedlich. „Es gibt Hersteller, die produzieren ihr Trapezblech mit einer Sickenhöhe von 18 Zentimetern“, berichtet er. „Das ist weitaus belastbarer als Blech mit einer Sickenhöhe von 40 Millimetern.“
Thermisch entkoppeln
Die Montage auf dem Trapezblech mit kurzen Montageschienen ist eine Antwort der Gestellhersteller auf den Preisdruck. Für den Geschäftsführer des Kölner Gestellherstellers Lorenz Montagesysteme, Klaus Leyendecker, hat sie aber noch einen Vorteil: „Wir verwenden keine durchgehenden Schienen, sondern nur Stücke von 40 Zentimetern. Auf dieser Länge brauchen wir keinen Temperaturausgleich mehr. Bei durchgehenden Schienen müsste man schon zwischendurch eine Unterbrechung einbauen, um die Anlagenteile thermisch zu entkoppeln“, erklärt er. Mit der kurzen Schiene wirken die Schubkräfte auf die Montageschiene jeweils nur auf zwei Hochsicken.
Der Rest wirkt auf das Modul. „Durch die Module haben wir eine Unterteilung in einzelne Flächen“, sagt Leyendecker. „Die Klemmungen an den Seiten der Module liegen jeweils knapp 1.000 Millimeter auseinander. Das ist durch die Modulbreite vorgegeben. Das Modul hat zwar einen anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten als das Trapezblech. Da wir aber da jedes Mal nur von 1.000 Millimetern sprechen, brauchen wir auf dieser Strecke keinen Wärmeausgleich, um die Schubkräfte zu bändigen.“
Unterteilung in einzelne Flächen
Für IBC Solar und K2 Systems ist die Sache nicht ganz so einfach. Das Trapezblech ist dünn. Wie jedes Metall zieht es sich bei Kälte zusammen und dehnt sich bei Wärme aus. Wie groß die Bewegung im Dach ist, drückt der sogenannte Längenausdehnungskoeffizient aus. Der liegt bei Aluminium bei 0,0000238 pro Kelvin. Das sieht erst einmal nach wenig aus. Doch die Temperaturschwankungen zwischen Sommer und Winter auf einem mit Photovoltaik bedeckten Dach betragen gut und gerne 70 bis 100 Grad Celsius. „Wir rechnen mit einer Temperaturänderung zwischen minus 20 Grad im Winter und plus 60 Grad im Sommer, die dann auf dem Dach herrschen, also 80 Kelvin“, sagt Frank Ullrich von K2 Systems.
Das Blechdach arbeitet
Über eine Strecke von zehn Metern ändert sich die Länge eines Trapezblechdaches aus Aluminium immerhin um 16,66 bis 23,8 Millimeter. Auch das ist nicht viel, kann aber ausreichen, sodass die Schrauben oder Nieten aus dem Blech reißen. „Das ist ein Schadensbild, das in der Praxis häufig vorkommt“, weiß Sebastian Geier von IBC Solar. „Abhängig von der Dacheindeckung – Aluminium oder Stahl – sind die Ausdehnungskoeffizienten unterschiedlich.“
Das wird an der schwächsten Stelle des Systems ausgeglichen. Oft sieht man, dass sich die Blechschraube Stück für Stück lockert und ausreißt. Deshalb berücksichtigen alle Trapezblechdachsysteme von IBC Solar die thermische Ausdehnung – sowohl bei langen als auch bei kurzen Schienen.
Zwar hat Stahl einen geringeren Längenausdehnungskoeffizienten als Aluminium. Da die Gestellschienen aber in der Regel aus Aluminium bestehen, bleibt auch das Problem, dass sich Schiene und Blech unterschiedlich schnell ausdehnen und zusammenziehen. „Da auf Stahltrapezblechen der Ausdehnungskoeffizient anders ist als der des Aluminiumrahmens der Module und die Temperaturen der Module in der Regel deutlich höher sind als auf der Dachhaut, treten erhebliche Spannungen auf, die über die Jahre die Verschraubungen oft stärker strapazieren als Wind oder Schnee“, erklärt Willi Jung von Ilzosurf.
Die klemmenlose Einhängmontage des Ilzosurf-Systems erlaubt, dass sich die Module sowohl quer als auch längs in den Haltern frei ausdehnen können, ohne diese Kräfte über die Verschraubung in die Dachhaut einzuleiten. Das gilt für alle Modulfelder, auch für größere Installationen.
Auch IBC Solar und K2 Systems haben das Problem gelöst. Sie verschrauben die Schienen nicht mehr fest in den Klemmen, sondern lagern sie schwimmend. Dadurch können sich die Klemmen mit der Ausdehnung des Dachmaterials bewegen, ohne dass sie gegen den Widerstand von den Schienen ankämpfen müssen. Das wiederum entlastet die Schrauben und Nieten, so dass keine Spannungsschäden mehr auftreten.
K2 schreibt vor, Teile einer Anlage thermisch zu entkoppeln. IBC Solar sieht nach spätestens 18 Metern Gesamtbreite der Module einen Wartungsgang vor. „Das erleichtert die Reinigung der Module“, meint Sebastian Geier von IBC aus Bad Staffelstein. „Zusätzlich haben wir ein Kompensationsglied, sodass sich das Dach und das System ausdehnen können, ohne dass Spannungen auftreten.“
Damit erreichen die Oberfranken eine thermische Entkopplung der beiden Anlagenteile dies- und jenseits des Wartungsgangs. Und obendrein ist die Wartungsfreundlichkeit der installierten Anlage gewährleistet.
Dieses Montagesystem basiert auf kurzen Schienen. Dadurch verteilen sich die Lasten ungleichmäßig über das Dach. Das ist bei der Auslegung unbedingt zu beachten.
Die Module liegen auf den Auflageflanken auf. Diese Formteile aus Aluminium schaffen Platz für die Kabelführung und Hinterlüftung der Module.
Auf die Kurzschienen werden die Module aufgelegt. Der steife Modulrahmen soll die Lasten zwischen denMontagepunkten und den Schienen verteilen.
Diese Klemme schließt flächig an den Rahmen an. Dadurch werden die Kräfte besser auf das Modul verteilt. Punktuell angreifende Klemmen bergen das Risiko von Spannungen und Glasbruch.
Diese Anlage in Plauen im Vogtland wurde im Februar dieses Jahres errichtet. Die Module wurden mit zehn Grad nach Süden aufgeständert.
