Für ein Megawatt Photovoltaikmodule wird – je nach Wirkungsgrad der eingesetzten Solarmodule – bei ebenerdiger Montage eine Fläche von drei bis fünf Hektar benötigt. Der Platzbedarf ist deutlich größer als die reine Modulfläche. Entsprechend große Dachflächen gibt es zwar, doch oft sind diese aus den verschiedensten Gründen für eine Photovoltaikanlage nicht geeignet. Die großen Photovoltaikanlagen der Megawattklasse werden daher aus Kostengründen meistens auf Freiflächen errichtet. Auch für diese ebenerdig montierten Photovoltaikanlagen gilt wie für die Aufdachanlagen: Das Montagesy stem muss den darauf montierten Solarmodulen dauerhaften und sicheren Halt geben. Allerdings gestaltet sich die Montage des Solarkraftwerks in vielen Fällen einfacher, weil der Arbeitsbereich deutlich leichter zugänglich ist als auf einem Schrägdach. Aber weil es bei Freiflächenanlagen keinen Dachstuhl gibt, an dem das Montagesystem festgeschraubt werden kann, ist eine weitere wesentliche Funktion des Montagegestells die sichere Verankerung des Solarkraftwerkes im Boden. Ein Vorteil von Freiflächenanlagen liegt unter anderem darin, dass die Solarmodule optimal nach Süden ausge richtet werden können. Im Gegensatz zu Dachflächen mit vorgegebener Neigung und Ausrichtung muss man hier keinen Kompromiss eingehen.
Luftige Angelegenheit
Ein weiteres Plus ist – ähnlich wie bei Photovoltaikanlagen auf Flachdächern – die optimale Hinterlüftung der Module, die für bessere Erträge als bei einer dachparallel montierten Photovoltaikanlage auf einem Schrägdach sorgt. Für die Unterkonstruktion von Freiflächenanlagen wird auf bewährte Konstruktionsmaterialien wie Holz, Edelstahl und Aluminium zurückgegriffen. Für Freiflächenanlagen werden in kurzer Zeit große Mengen von Modulen verbaut. Das führt dazu, dass es sich für den Bauherrn der Anlage in vielen Fällen lohnt, ein eigenes Montagesystem zu entwickeln. Entsprechend groß ist die Vielfalt der Montagesysteme alleine bei den in Deutschland gebauten Solarparks.
Verankerung auf dem Boden
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Montagegestelle in oder auf dem Boden zu verankern. Bei frühen Solarparks aus der Anfangszeit des Erneuerbar-Energien-Gesetzes wurden oft Streifenfundamente auf den Boden betoniert.
Nachteilig ist hier, dass eine vergleichsweise große Fläche versiegelt wird, daher ist diese Gründung eher für tote Flächen, wie ehemalig militärisch oder industriell genutzte Flächen geeignet. Auf den Streifenfundamenten wird dann das eigentliche Montagegestell befestigt, das aus Holz oder Metall oder einer Kombina tion aus beidem bestehen kann. Bei Holz ist im Hinblick auf die erforderliche lange Lebensdauer eine entsprechende Imprägnierung und ein Wetterschutz unerlässlich.
Die Streifenfundamente werden vor Ort an den durch die Planung bestimmten Punkten gegossen und liegen nur auf dem Boden auf. Das Solarkraftwerk ist durch diese Fundamente also nicht im Boden selbst verankert, sondern wird nur durch das Gewicht der zahlreichen Betonblöcke an Ort und Stelle fixiert. Das Montagegestell für die Solarmodule wird dann beispielsweise mittels Stockschrauben im Streifenfundament verankert.
Eine Weiterentwicklung der Streifenfundamente ist die Unterkonstruktion, die beim Solarberg auf der ehemaligen Mülldeponie in Fürth-Atzenhof verwendet wurde. Die Betonfertigteile in Form eines umgedrehten Tisches tragen die kleinen Generatorfelder, aus denen sich der gesamte Solargenerator zusammensetzt. Durch die Größe der Auflageflä che dieser Betonteile, die nach dem Einbau mit Mutterboden abgedeckt wurde, ist ein ausreichender Widerstand gegen das Abrutschen der in Hanglage positionierten Fundamente gegeben.
Mülldeponien sind, je nach Dicke der Deckschicht über dem Müll, eine besondere Herausforderung für die Unterkonstruktion von Solarkraftwerken. Mit der beschriebenen Lösung der Betonfertigteile wurde hier eine Möglichkeit gefunden, das Solarkraftwerk trotz einer Deckschicht von teilweise nur 70 Zentimetern zu realisieren. Die heute weit verbreitete Lösung des Einrammens von Stahlkonstruktionen (siehe unten) wäre hier nicht möglich gewesen.
Verankerung im Boden
Um die Flächenversiegelung der Solarparks durch die Streifenfundamente zu minimieren, ist man mittlerweile vielfach dazu übergegangen, Stahlträger in den Boden einzubetonieren oder direkt in den Boden zu rammen. Bernhard Beck, Geschäftsführer von Beck Energy, schwört auf das Einbetonieren der Stahlträger: „Der Beton unterhalb des Mutterbodens hält den Stahlträger fest, das kriegen Sie erst mal nicht mehr aus dem Boden.“
Holz immer noch beliebt
Ein weiterer Vorteil ist aus der Sicht von Beck: „Bei unseren Solarparks versiegeln wir für eine Generatorleistung von 100 Kilowatt lediglich die Fläche eines DIN-A4-Blattes. Auf die Stahlträger montieren wir dann die massiven Leimbinder aus Holz. Holz ist ein nachwachsender Rohstoff, den wir dort, wo es möglich ist, gerne einsetzen.“ Aber eine komplette Holzkonstruktion für seine Solarparks kommt für Beck nicht in Frage: „Im Boden kann Holz aus unserer Sicht nicht eingesetzt werden, weil es mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit während der Betriebszeit des Solarkraftwerkes verfaulen würde.“ Und direkt unter den Modulen auch nicht, weil Beck mittlerweile fast ausschließlich rahmenlose Dünnschicht-Solarmodule verbaut, die das temperatur- und feuchtigkeitsbedingte Arbeiten des Holzes mit der Zeit nicht aushalten würden. Deswegen setzt Beck hier den Werkstoff Aluminium ein, die Solarmodule werden mit entsprechenden Modulklemmen und durch Gummipolster geschützt auf Aluminiumschienen befestigt. Beck montiert mittlerweile immer acht Solarmodule übereinander, denn dies entspricht der Stringverschaltung in seinen Solarparks, bei der immer acht Solarmodule in Reihe geschaltet werden.
Belastung durch Wind und Schnee
Komplett ohne Holz kommt die Unterkonstruktion von Schletter aus, bei der zunächst die tragenden Pfosten in den Boden gerammt werden. Hans Urban, technischer Leiter des Bereichs Solare Montagesysteme bei Schletter, erläutert: „Das Einrammen von Stahlträgern in den Boden ist ein Verfahren, das beispielsweise bei Leitplanken an den Autobahnen schon jahrelang angewendet wird. Wir haben das Verfahren weiterentwickelt und an die Anforderungen von Solarparks angepasst.“
Auf die in den Boden gerammten Stahlträger wird das Montagegestell aus Metall aufgesetzt. Die mittlerweile entwickelte „Generation 5“ zeichnet sich durch verkürzte Montagezeiten aus, da die Gestelle praktisch zu 100 Prozent vorgefertigt auf die Baustelle geliefert werden. „Wir haben unsere Konstruktion statisch so berechnet, dass wir mit einer Stützenreihe auskommen“, ergänzt Urban. „Das hat den Vorteil, dass der Montageaufwand geringer ist, als bei zwei Stützreihen und die Fläche unter den Modulen für eine Mähmaschine einfach zugänglich ist und so kurz gehalten und gepflegt werden kann.“ Die oberste Lage des Freiflächen-Montagegestells von Schletter bilden dann die klassischen Aluminiumprofile, wie sie auch bei Aufdachsystemen verwendet werden und in die – je nach Modultyp – die passenden Montageklemmen eingeschraubt oder eingeklickt werden. Urban: „Bei unserem System wird ein Modul immer durch vier Modulklemmen befestigt. Damit ist es statisch bestimmt und das Solarmodul kann sich bei Winddruck und Windsog grundsätzlich unabhängig vom Gestell verformen. Das beugt Verspannungen im Modul vor und verhindert damit weitgehend einen Bruch des Moduls bei hohen Belastungen durch Wind- oder Schneelasten." Ebenfalls in den Boden gerammt werden die Träger des Montagesystems, das von Phoenix Solar und – in ähnlicher Form – von IBC Solar eingesetzt wird. „Wir haben mittlerweile so viel Erfahrung mit dem Rammen der Trägerpfosten gesammelt, dass wir das bei fast jedem Untergrund einsetzen können“, sagt Manfred Bächler, Vorstand Technik bei Phoenix Solar. „Das Rammen hat sich auch für Spanien bewährt, denn dort haben wir es nicht mit einem vergleichsweise weichen Untergrund wie in Deutschland zu tun. In Spanien entstehen die Solarparks mitunter auf Flächen, die wegen der Bodenerosion nicht landwirtschaftlich genutzt werden können.“ Während bei IBC nur eine einzige Modulreihe direkt mit Modulklemmen auf einem profilierten Querträger montiert wird, baut Phoenix etwas höher: Hier werden vier Module übereinander montiert, die auf Aluminiumschienen befestigt werden. Die Aluschienen sind dann auf zwei profilierten Querträgern montiert. Bächler zeigt die Perspektiven auf: „Unser System ist durchaus auch für größere Module geeignet als die jetzt vorwiegend verbauten Dünnschicht-Solarmodule mit den Abmessungen 120 Zentimeter mal 60 Zentimeter. Da passen auch Solarmodule drauf, die mehrere Quadratmeter groß sind.“ Und dass die Solarmodule größer werden müssen, um die Montage- und damit die Investitionskosten für Solarparks zu senken, davon ist Bächler fest überzeugt.
Bodenschonende Alternative
Ebenfalls fest im Boden verankert werden Solarparks mit so genannten Bodendübeln, beispielsweise den Drehfundamenten von Doma und den Schraubfundamenten von Krinner. Bodendübel ermöglichen eine flexible und schnelle Gründung und bieten sichere und dauerhafte Verankerung des Montagegestells im Boden. Die Drehfundamente reichen bis in tiefere, tragfähige Bodenschichten und sind damit extrem belastbar. Dabei heben die Hersteller besonders hervor, dass durch das erschütterungsfreie Eindrehen der Stahlfundamente und die spezielle Form des Drehkopfes das Bodengefüge nur geringfügig verändert wird. Weil der Eingriff in den Boden so gering wie möglich ist und auch größere Erdarbeiten entfallen können, ist das System auch für ökologisch sensible Bereiche geeignet. Darüber hinaus kann sowohl das Drehfundament von Doma als auch das Schraubfundament von Krinner umweltschonend und rückstandsfrei aus dem Boden entfernt und wiederverwendet werden.
Die Vorbehalte, die Viele dem Werkstoff Holz als Unterkonstruktion für Montagegestelle für Solarparks entgegenbringen, sind bei sachgerechter Pflege des Holzes unbegründet. Allerdings lässt der Augenschein bei den bisherigen Solarparks, deren Unterkonstruktion komplett aus Holz gefertigt ist, nicht unbedingt erwarten, dass die Haltbarkeit über die zu erwartende Lebensdauer des Solarparks gegeben ist. Es wäre doch bedauerlich, wenn der Solarpark aufgrund von Unzulänglichkeiten der Unterkonstruktion nach nur zwanzig Jahren abgebaut werden müsste, obwohl die dann noch zu erzielenden Erträge der Solarmodule einen Weiterbetrieb des Solarparks rechtfertigen würden.
Filigranes Robinienholz
Ein recht massives Holzfachwerk bildet die Unterkonstruktion für den Solarpark Markstetten und den Solarpark Hemau. Weniger massiv, sondern ganz im Gegenteil ziemlich filigran zeigt sich die Fachwerkkonstruktion aus Robinienholz, wie sie beim Solarpark Leipziger Land und beim Solarpark Höslwang eingesetzt wurde. Robinienholz gilt allgemein auch ohne besondere Schutzbehandlung als besonders widerstandsfähig gegen Umwelteinflüsse. Das Holz kann nach dem Ende der Betriebszeit zwar einfach einem stofflichen Recycling zugeführt werden, aber wenn es vorher schon zu Ausfällen kommt, dann wurde vielleicht doch der falsche Werkstoff für das Montagegestell ausgewählt.
