Die Statik klug ausnutzen

Solaranlagen auf Flachdächern müssen höher ballastiert werden, wenn sie zum Beispiel wegen Oberlichtern oder Atrien zerstückelt sind. Dabei sind die Lastreserven bei Flachdächern in vielen Fällen sehr gering. Linienförmige Montagesysteme, die die Lasten über Schienen verteilen, lassen sich schlecht um Dachfenster herumbauen. Punktförmige Stützensysteme, bei denen nur die Modulrahmen miteinander verbunden sind, sind dagegen instabiler. Hier kann es bei hohen Windkräften zum Verschieben einzelner Solarfelder kommen.

Flexibel einsetzbare Systeme

Mit detaillierten Windkanaltests und den resultierenden Statikberechnungen reduziert das Unternehmen Ernst Schweizer AG die Ballastierung seiner Montagesysteme auf ein Minimum. Statt Bodenschienen verwendet der Hersteller für seine Unterkonstruktionen der MSP-Reihe Basisplatten mit variabler Auflagefläche. Zur Stabilisierung dienen Schienen, die das Unternehmen in Nord-Süd- und Ost-West-Richtung an die Stützen schraubt. Im ersten Teil dieser Serie wurden die Herangehensweise und die Vorteile erläutert. Neben der Einsparung an Material, Montagezeit und Geld sind die Montagesysteme der MSP-Reihe sehr viel flexibler als die marktgängigen Schienensysteme.

Zum einen lassen sich das Ost-West- und das Südsystem beliebig miteinander kombinieren. Außerdem kann man einzelne Module problemlos weglassen, sodass Installateure die Unterkonstruktionen ohne Zuschneiden auch um Dachfenster, Atrien oder Sekuranten herumbauen können.

Oberlichter, Lüftung und Brandschutz

Ist die Solaranlage sehr zerstückelt, kann das bei der Auslegung eine große Rolle spielen. Dann muss man entsprechend mehr Ballast einplanen. Die Ernst Schweizer AG nutzt für die Berechnung die Software Pro MSP.

Sie unterteilt das Modulfeld in Blöcke und ermittelt die spezifische Windlast für jedes einzelne Modul. Die notwendige Ballastierung hängt auch vom Eigengewicht der Solarmodule sowie den Schnee- und Windlasten ab.

Für eine Anlage (106,8 Kilowatt) auf dem Dach des Pharmakonzerns Roche in Kaiseraugst bei Basel mit zahlreichen Oberlichtern, Brandschutzmauern und Lüftungsöffnungen wurden zum Beispiel 356 Solarmodule in 16 Blöcke unterteilt. Das Gebäude ist 25 Meter hoch und steht in der Geländekategorie III (Ortschaften).

Die lokal zu berücksichtigenden Windkräfte sind mit einem Staudruck von 0,9 Kilonewton je Quadratmeter sehr hoch. Der charakteristische Geschwindigkeitsdruck der Böen beträgt 1.139 Kilonewton pro Quadratmeter. Deshalb haben die Installateure bei 13 Blöcken nicht nur Pflastersteine in die Stützen gelegt und die Streben zur Ablage der Steine verdoppelt. Zusätzlich wurden 42 Windabweisbleche installiert. Somit ist jedes einzelne Modul vor Abheben gesichert. Die Solarfelder können sich nicht verschieben.

Für das Flachdach auf der Privatbrauerei Waldhaus im Schwarzwald musste die Ernst Schweizer AG dagegen bei der Auslegung eine 60 Zentimeter hohe und 20 Zentimeter dicke Attika beachten. Weil das Dämmmaterial Mineralfaser sehr weich ist und der Standort hohe Schneelasten von 3,083 Kilonewton pro Quadratmeter aufweist, verwendete Schweizer bei diesem Projekt große Basisprofile und teilte die 1.530 Solarmodule der Anlage (459 Kilowatt) in 28 Blöcke auf.

Anlagen mit Dünnschichtmodulen

Die großen Basisprofile verteilen die Last auf eine größere Fläche. Zusätzlicher Ballast mit Pflastersteinen konnte weitgehend vermieden werden. Lediglich bei den drei Blöcken, die direkt an die Attika grenzen, wurden insgesamt 34 je 3,5 Kilogramm schwere Rasenkantsteine verwendet.

Bei Solaranlagen mit Dünnschichtmodulen sind die Verstrebungen dagegen etwas anders, weil die Solarmodule wegen der Zellstruktur immer hochkant installiert werden. Auch diese Erweiterung ist mit zusätzlichen längeren Streben zwischen den Stützen sehr einfach innerhalb des modularen Montagesystems umzusetzen.

Festschrauben oder anbinden?

In der Regel empfiehlt der Schweizer Hersteller sein aerodynamisches Flachdachsystem ohne Dachdurchdringungen bis maximal drei Grad Neigung. Wird die Unterkonstruktion mechanisch am Gebäude gesichert, sind jedoch auch Installationen auf steileren Dächern möglich.

Eine Methode für Dächer mit einer Neigung bis zu zehn Grad, zwei Dachteilen und einem mittigen First ist die Abhängung über den First. Bei diesem Konzept installiert Schweizer die Solarmodule auf den gegenüberliegenden Dachflächen und verbindet die beiden Anlagenteile über den First mit zusätzlichen Streben. Die notwendige Zahl an Schienen wird rechnerisch ermittelt.

Alternativ lassen sich die Montagesysteme aber zum Beispiel auch mit einem Seilsystem am Gebäude sichern.

Eigengewicht und Reibkoeffizient

Selbstverständlich berücksichtigt die Ernst Schweizer AG bei sämtlichen Lösungen das Eigengewicht der Solarmodule und den Reibkoeffizienten und überprüft, welche Haftreibungskräfte auftreten können.

Oberstes Ziel ist es, dass die Anlage den verschiebenden Windkräften sicher standhält. Die umfangreichen Messungen im Windkanal, bei denen zum Beispiel auch verschiedene Attikahöhen berücksichtigt wurden, sorgen für die notwendige Sicherheit.

Erfolgreich mit Bauprodukten und solaren Installationen

Die Ernst Schweizer AG wurde 1920 als Bauschlosserei in Zürich gegründet. Das seit 1965 von der Familie Schweizer geführte Unternehmen hat seinen Sitz in Hedingen bei Zürich und ist in die Geschäftsbereiche Fassaden, Holz-/Metallsysteme, Fenster und Türen, Briefkästen und Fertigteile sowie Sonnenenergiesysteme gegliedert. Zum Geschäftsbereich Sonnenenergiesysteme zählen Montagesysteme für Schräg- und Flachdächer, das patentierte Indachsystem Solrif und thermische Solarkollektoren.

www.ernstschweizer.ch

Dr. Helge Hartwig

leitet den Verkauf und die Technik für die Montagesysteme (Photovoltaik) bei der Ernst Schweizer AG. Seit seiner Diplomarbeit vor knapp 30 Jahren befasst er sich mit Solarenergie. Er studierte technische Physik an der Technischen Universität München und forschte von 1990 bis 1995 bei der Ernst Schweizer AG zu Gebäudehülle, Energie und Komfort. Nach Tätigkeiten an der TU München und Abschluss seiner Promotion baute er seit 2005 bei der Ernst Schweizer AG die Abteilung Montagesysteme für Photovoltaik auf.