Solarteure und Planer von Photovoltaikanlagen haben längst nicht mehr nur die innere Konstruktion des Sonnengenerators auf dem Dach und die Befestigung der Module im Blick. Seit der Einführung von aerodynamisch ausgeklügelten Montagesystemen für Flachdächer, die ohne Dachanbindung auskommen, weiß jeder, dass die Windkräfte eine sehr wichtige Rolle bei der Standsicherheit der Solaranlage spielen.
Sicherer Stand und geschützte Dachhaut
Die Handwerker und Planer sollten jedoch nicht nur bis zur Unterkante der Bodenschienen der Montagesysteme denken, sondern noch weiter nach unten. Denn das Gewicht der Solaranlage mit ihrer zusätzlichen Ballastierung drückt kräftig auf die Dachhaut. Dies hat nicht nur Auswirkungen auf die Druckfestigkeit der Dämmung. Auch die Dachhaut selbst muss der Planer der Anlage einbeziehen.
Denn der schwere Solargenerator reibt bei jeder Bewegung auf der Dachhaut. Ob kräftige Windböen oder Temperaturschwankungen: Immer wieder gerät die Anlage in Bewegung. Die Kontaktstelle zwischen Montagesystem und Dachhaut darf hier nicht zur Schwachstelle für die Dacheindeckung werden.
Gleichzeitig muss die Solaranlage aber auch bei kräftigen Windstößen oder hohen thermischen Bewegungen immer auf dem Dach stehen bleiben. Deshalb ist es essenziell, an den richtigen Stellen eine ausreichende Ballastierung aufzulegen. Sie darf aber auch nicht zu groß sein, sonst drücken die Bodenschiene oder die Füße der Montagesysteme auf die Dachhaut und können sie durch Reibung zerstören.
Haftreibung und Gleitreibung
Die richtige Balance zwischen Gewicht und Leichtigkeit ist hier gefragt. „Es ist ein Wechselspiel zwischen Standfestigkeit und maximalem Schutz der Dachhaut. Das richtige Gleichgewicht ergibt sich aus den Reibwerten, die der Planer vor der Auslegung der Solaranlage ermitteln muss“, erklärt Dr. Bodo Krebs, Geschäftsführer des Montagesystemanbieters PMT Premium Mounting Technologies.
Die entscheidenden Werte sind dabei die Gleitreibung und die Haftreibung. Haftreibung ist diejenige Reibung, die statisch gemessen wird, also in dem Moment, wenn ein Körper ruht. Die Gleitreibung ist der Wert, der sich ergibt, wenn der Körper in Bewegung kommt. Sie ist geringer als die Haftreibung. „Ist die Haftreibung zu groß, überträgt die Photovoltaikanlage alle Kräfte, die einwirken, direkt auf die Dachhaut und sogar in die Dachstruktur“, warnt Bodo Krebs. „Ist die Gleitreibung wiederum zu klein, können ein Windstoß oder auch Vibrationen innerhalb des Gebäudes die Anlage in Bewegung versetzen. Dies kann auch aufgrund thermischer Effekte passieren“, betont er.
Werte auf dem Dach ermitteln
Um das passende Gleichgewicht zwischen Haft- und Gleitreibung auf verschiedenen Dacheindeckungen wie Bitumen, Folie oder auch Beton zu finden, haben die Statiker in der Entwicklungsabteilung von PMT sehr viele Tests mit realen Dacheindeckungsmaterialien durchgeführt und etliche Berechnungen angestellt. Die Ergebnisse sind in die Planungssoftware eingeflossen. Sie sind Basis für die Berechnung der passenden Zusatzgewichte für die Solaranlage und deren Verteilung auf dem Dach.
Der Planer kann bei der Auslegung der Anlage mit diesen Standardwerten arbeiten. „Es ist aber immer besser, die tatsächlichen Reibwerte auf dem Dach zu ermitteln, auf dem die Anlage gebaut wird, und nicht mit den Standardwerten zu arbeiten“, erklärt Bodo Krebs. „Mit diesen Werten ermitteln wir dann in Kombination mit der Windlast und den Besonderheiten des Gebäudes und dessen Umgebung die Ballastierung.“
Reibklotz aus Königsberg
Dazu muss der Planer natürlich auf das Dach steigen und die Reibwerte messen. Bei dieser Gelegenheit kann er sich auch gleich vom Zustand des Daches und auch der Festigkeit der Dämmung einen Eindruck verschaffen. Er sieht dann auch unter anderem Unebenheiten, die er bei der Planung berücksichtigen sollte.
Die Reibwerte kann er mit einem Reibungsmessgerät ermitteln. Dies besteht aus einem Prüfgewicht, einem sogenannten Königsberger Reibklotz, der mit einer Federzugwaage verbunden ist. Der Handwerker zieht parallel zur Dachhaut die Federwaage gleichmäßig und langsam so lange, bis sich der Reibklotz anfängt zu bewegen. Dadurch wird die Federzugwaage gespannt.
Bautenschutzmaterial beachten
In dem Moment, in dem sich der Reibklotz bewegt, liest er den Wert auf der Federzugwaage ab. Dies ist der Haftreibbeiwert. Wenn sich das Messgerät bewegt, wird sich der Federkraftmesser leicht entspannen.
Die Zahl, auf die er sich dann einpendelt, wenn der Reibklotz weitere zehn bis 15 Sekunden langsam und gleichmäßig über das Dach gezogen wird, ist der Gleitreibungsbeiwert. Diese beiden ergeben dann die Kraft, die auf die Anlage einwirken muss, dass diese sich bewegt. In Verbindung mit den vor Ort vorherrschenden Windkräften, die auf die Anlage einwirken, kann auf Basis der Reibbeiwerte das notwendige Gewicht des Generators ermittelt werden.
Voraussetzung für die Messung ist, dass die Unterseite des Reibklotzes mit dem Material ausgestattet ist, mit dem das Montagesystem auf dem Dach steht. Dies kann sehr unterschiedlich sein. Viele Hersteller nutzen Bautenschutzmatten. Diese werden an der Unterseite der Bodenschienen der Montagesysteme befestigt.
Um die Weichmacherwanderung auf Foliendächern zu verhindern, werden die Bautenschutzmatten für solche Dacheindeckungen mit Aluminiumfolie kaschiert. Diese verringert dann wiederum die Reibung zwischen der Dachfolie und der Aluminiumeindeckung. Dadurch muss der Handwerker mehr ballastieren, um die Standsicherheit zu gewährleisten.
Fuß aus Kunststoff entwickelt
Andere Anbieter nutzen Streifen aus EPDM. Der Vorteil ist, dass dieses Material sowohl auf Folien als auch auf Bitumendächern eingesetzt werden kann. Beide Varianten gewährleisten zusätzlich, dass der Wasserfluss auf dem Dach nicht durch die durchgehenden Bodenschienen des Montagesystems behindert wird.
Wieder andere Unternehmen setzen auf eine in sich bewegliche EPDM-Auflage, die ebenfalls unter den Bodenschienen befestigt wird. Diese hat bezüglich der Weichmacherwanderung die gleichen Vorteile wie die EPDM-Streifen, die unter der Bodenschiene befestigt werden. Zusätzlich gleichen sie aber noch die Bewegungen innerhalb des Montagesystems aus, etwa durch Temperaturänderungen.
Dadurch verhindern sie die Bewegung der Bodenschienen auf der Dachhaut, was einen zusätzlichen Schutz für die Dacheindeckung bietet.
Bewegungen eingeplant
PMT setzt auf einen anderen Ansatz, den unter anderem auch Ernst Schweizer nutzt. Mit dem aktuellen System steht der gesamte Generator auf Füßen aus Kunststoff. „Dadurch umgehen wir den Nachteil, Bautenschutzmatten oder EPDM-Streifen im Laufe der 20 oder 25 Jahre des Anlagenbetriebs eventuell tauschen zu müssen, weil sie sich abnutzen oder verwittern“, sagt Bodo Krebs über die Entscheidung des Unternehmens, einen neuen Weg einzuschlagen. Denn der Austausch der Bautenschutzmatten und der EPDM-Streifen ist enorm aufwendig.
Der Kunststoffträger, auf dem die Anlagen vom PMT stehen, ist wartungsfrei. Er besteht aus dem gleichen Kunststoff, aus dem auch Mülltonnen hergestellt werden. Diese sind enorm resistent gegen Witterungseinflüsse und mechanische Belastungen.
Spannungen aufnehmen
Der Träger wird fest unter den Bodenschienen des Montagesystems eingeklickt. Innerhalb des Trägers ist die Bodenschiene schwimmend gelagert. Durch dieses mechanische Spiel nimmt er die thermischen Bewegungen innerhalb der Anlage auf, sodass sie sich nicht auf der Dachhaut bewegt.
Bleiben noch die Windkräfte, die an der Konstruktion rütteln. „Wir mussten die richtige Reibung zwischen Kunststoffträger und Dachhaut kreieren. Deshalb ist der Kunststoffträger auf der Unterseite strukturiert. Dies sind viele kleine, spitze Erhebungen, durch die eine Haftreibung zwischen dem Träger und der Dachhaut entsteht“, beschreibt Bodo Krebs die spezielle Lösung von PMT.
Mehrmals messen
Diese Konstruktion ist in der Planungssoftware von PMT hinterlegt. Sie ist – neben den gemessenen Reibwerten – die Basis für die Berechnung der Ballastierung. Die Messung des Reibwertes sollte mehrmals wiederholt werden. „Wir nutzen dann den Mittelwert der einzelnen Messergebnisse, die uns der Handwerker übermittelt. Dabei nehmen wir unplausibel hohe oder niedrige Werte nicht mit in die Berechnung auf“, sagt Bodo Krebs. „Mit den im Planungsprogramm hinterlegten Formeln berechnen wir die Ballastierung, die nicht oder nur in ganz seltenen Fällen unterschritten werden darf.“ Falls der Planer unsicher ist, bietet PMT als Service an, einen Mitarbeiter zum Gebäude zu schicken, auf dem die Anlage geplant ist. Dieser ermittelt dann die Reibwerte vor Ort direkt auf dem Dach.
Bei der Bestimmung der Reibwerte ist es wichtig, die Messungen an verschiedenen Orten auf dem Dach vorzunehmen. Denn durch Verwitterung der Dachhaut können die Reibwerte an verschiedenen Stellen durchaus sehr unterschiedlich ausfallen. „Es ist auch wichtig, dass der Handwerker die Messung auf dem feuchten und dem trockenen Dach vornimmt“, erklärt Bodo Krebs. „Denn auf dem feuchten Dach sind die Reibwerte geringer als auf einer trockenen Dachhaut“, weiß er
Dazu kann der Handwerker vor der Messung den Bereich des Daches mit Wasser anfeuchten, auf dem er messen will. Vorausgesetzt, der Handwerker baut die Unterkonstruktion gemäß der Bauanleitung auf und ballastiert exakt nach Plan, ist er auf der sicheren Seite, dass er einen standsicheren Sonnengenerator errichtet hat, der auch über die 20 Jahre des Betriebs keinerlei Schäden an der Dachhaut hinterlässt.
Grafik: PMT
Foto: PMT
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VDE Verlag
Handbuch zu Betrieb und Wartung in erweiterter Auflage erschienen
Das Fachbuch „Störungsfreier Betrieb von PV-Anlagen und Speichersystemen“ richtet sich an Anlagenbetreiber und Elektrohandwerker, die sich mit der Wartung und der Optimierung von Solaranlagen ein zusätzliches Standbein aufbauen. Die erweiterte Neuauflage enthält zusätzliche Kapitel. Das Werk ist in der Schriftenreihe Gebäudetechnik erschienen und kann beim VDE Verlag und im Buchhandel gedruckt (ISBN 978-3-8007-6060-2) oder als E-Book (ISBN 978-3-8007-6061-9) bezogen werden.
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K2 Systems
Permanente Messung des Gewichts auf dem Dach
Jeder Solarplaner und Installateur muss den Schutz nicht nur der Dachhaut, sondern auch der Dachkonstruktion mitdenken. Entscheidend sind hier vor allem die Schneelasten, die zusätzlich zum Gewicht der Solaranlage auf die Dacheindeckung drücken.
Damit Projekte nicht an einer zu hohen Schneelast scheitern, haben sich die Entwickler von K2 Systems etwas Besonderes ausgedacht: ein System, das permanent die Schneelast auf den Modulen misst. Der K2 Buddy warnt im laufenden Betrieb vor zu hohen Schneelasten auf den Modulen.
Das System besteht aus zwei Gewichtssensoren, die die Drucklast des Schnees messen. Die beiden Schneesensoren werden unter einem Modul der Anlage montiert. Sie sind dazu auf einer kleinen Alubrücke befestigt, die auf der einen Seite auf die Grundschiene des Montagesystems und auf der anderen Seite auf ein danebenliegendes separates Stück Grundschiene geschraubt wird. Die Installation eines separaten Messmoduls ist nicht notwendig.
Daneben setzen die Handwerker eine Topbox. Dies ist ein Datensammler, der im Abstand von zehn Minuten das Gewicht registriert, das aufs Modul drückt. Diese Rohdaten schickt er über ein separates Kabel an eine Basebox. Sie wird auf die Hutschiene im Schaltschrank des Gebäudes montiert.
Über Ethernetkabel schickt sie die Messdaten über den hauseigenen Internetanschluss direkt in eine Cloud, die vom niederländischen Partner von K2 Systems betrieben wird, mit dem das Unternehmen bereits bei der Buddy App zusammengearbeitet hat. Dort werden die Daten automatisch aufbereitet und danach in der zugehörigen Buddy App oder auf der K2-Service-Plattform angezeigt.
Dadurch haben die Wartungsdienstleister und auch die Anlagenbetreiber immer im Blick, wie hoch die tatsächliche Schneelast ist, die auf die Module drückt. Wenn diese zu hoch wird, können Handwerker oder Hauseigentümer tätig werden, die Situation auf dem Dach prüfen und eventuell Schnee räumen, bevor das Dach leidet.
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SL Rack
Schnell montiertes Flachdachsystem
SL Rack hat sich der Herausforderung angenommen, die Montage auf dem Flachdach zu beschleunigen. Dies hat das Unternehmen mit einem hohen Grad an Vormontage gelöst. Gleichzeitig nimmt das SL Fast Flat wenig Fläche im Lager des Großhändlers oder im Transporter des Installateurs in Anspruch.
Das System basiert auf Grundschienen, auf denen die Halter und Aufständerungen für die Module vormontiert sind. Damit dies aber nicht zu sperrig wird, hat SL Rack das System so konstruiert, dass die Halter im eingeklappten Zustand zum Kunden kommen. Der Handwerker muss die Grundschienen auf dem Dach nur noch auslegen und die Halter ausklappen. Diese rasten dann einfach in der Grundschiene ein. Im Anschluss kann er die Module nach Herstellerangaben montieren. Dabei muss er das erste Mal während der gesamten Installation ein Werkzeug in die Hand nehmen – die Module werden mit einem Torx 40 befestigt.
Das System ist sowohl für Süd- als auch für Ost-West-Aufständerungen erhältlich. Außerdem kann der Handwerker alle gängigen Modulgrößen mit dem System verbauen. Denn er kann sowohl im Viertelpunkt als auch an den Ecken klemmen. Selbst für Dächer, deren Dämmung eine bessere Verteilung der Lasten erfordert, hat SL Rack zwei unterschiedlich breite Bodenschuhe entwickelt, auf denen die eigentlichen Bodenschienen stehen. Diese werden einfach in die Bodenschiene an beiden Enden eingeklickt und können auch schon in der Auslegungssoftware geplant werden.
Soll die Anlage auf einem Dach mit einer tragfähigen Dämmung gebaut werden, plant der Handwerker schmalere Bodenschuhe ein. Ist die Dämmung des Daches schwächer, trägt er das ins Planungstool ein und dieses kalkuliert dann mit den breiteren Bodenschuhen.
Foto: Velka Botička
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Flachdächer für Photovoltaik nutzen
Die Debatte um Stromkosten für Gewerbe- und Industriebetriebe ist seit Jahren präsent und wird auch nicht abebben. Tatsächlich sehen sich die Unternehmen mit steigenden Energiepreisen konfrontiert. Um wettbewerbsfähig bleiben zu können, bietet es sich an, die Produktion der Energie in die eigenen Hände zu nehmen – mit einer Photovoltaikanlage.
Die Voraussetzungen sind perfekt. Denn viele Unternehmen haben riesige Dächer – meist flach oder nur leicht geneigt –, um sich mit Sonnenstrom vom eigenen Dach unabhängig von steigenden oder unsicheren Energiekosten zu machen. Die Solar- und Speicherbranche und auch die Baustoffhersteller haben inzwischen für fast jedes Dach eine passende Lösung entwickelt. Zu geringe Traglastreserve ist längst kein Hinderungsgrund mehr.
Was ist bei der Planung und Installation von Solaranlagen auf Flachdächern oder in Kombination mit Gründächern zu beachten und worauf sollten Handwerker und Planer bei der Auswahl der Komponenten achten? Unter anderem dazu finden Sie Tipps im Spezial rund um die Nutzung von Flachdächern für die Solarenergie.
https://www.photovoltaik.eu/spezial-flachdach-2024
Foto: Andreas Mueller/Novotegra
