Die Anforderungen an Montagesysteme für Photovoltaikanlagen sind vielfältig: Sie sollen die Anlage über die gesamte Lebensdauer hinweg zuverlässig bei hohen Wind- und Schneelasten tragen und den Bestand, sprich das Gebäude darunter, schützen. Damit dies gut gelingt und die Montage einfach von der Hand geht, haben die Hersteller ausgeklügelte Systeme entwickelt.
Gerade das klassische Ziegeldach stellt hohe Ansprüche an das Montagesystem, das mittels Dachhaken an die Unterkonstruktion (üblicherweise Sparren) angebunden wird. Kommen insbesondere in den Alpenregionen zu den Windlasten hohe Schneelasten hinzu, ist eine genaue und projektspezifische Auslegung unerlässlich. Nur mit großer Sorgfalt lassen sich Undichtigkeiten im Dach durch Ziegelbruch oder die Schädigung der Photovoltaikmodule vermeiden.
In den Anfangsjahren der Photovoltaik wurden die Montagesysteme stiefmütterlich behandelt. Mittlerweile hat sich die Ansicht durchgesetzt, dass die Wirtschaftlichkeit einer Anlage mit der richtigen Auslegung der Tragkonstruktion steht oder fällt.
Starker Druck durch sinkende Preise
Dabei stehen die Anbieter von Montagesystemen vor großen Herausforderungen: Durch sinkende Preise für Module und Wechselrichter werden immer günstigere Montagesysteme angefragt. Gleichzeitig sollen die Montagezeiten verkürzt und die Flexibilität bei verschiedenen Gegebenheiten am Dach erhöht werden.
Damit dieser Spagat ohne Abstriche bei der Standsicherheit gelingt, sind ein breites Wissen sowie die enge Zusammenarbeit von Produktentwicklern und Installateuren notwendig und unerlässlich.
Einerseits steigen die Rohstoffpreise für Aluminium und Edelstahl. Andererseits sind die Möglichkeiten zur Materialeinsparung weitgehend ausgereizt. Deshalb konzentrieren sich aktuelle Entwicklungen vor allem auf kürzere Montagezeiten und die Kompatibilität zu verschiedenen Dachaufbauten und Ziegelformen.
Der erste wichtige Schritt, die Anlagendimensionierung, findet bereits lange vor der Montage auf dem Dach statt. Erhält ein Installationsbetrieb eine neue Projektanfrage, ermittelt er zunächst die benötigten Komponenten. Wechselrichter und Photovoltaikmodule werden genau abgestimmt und die benötigten Kabellängen ermittelt.
Zudem wird die Tragkonstruktion berechnet. Hierfür nutzt der Fachbetrieb entweder Software, die von den Herstellern der Montagesysteme zur Verfügung gestellt wird. Oder er stellt seinerseits eine Anfrage an den Anbieter.
Zunächst wird berechnet, welche benötigten Schienenlängen sich durch die geometrische Anordnung der Module ergeben. Der Sparrenabstand gibt vor, wie viele Dachhaken in der Horizontalen maximal verbaut werden können.
Nach Ermittlung der Lasten aus Wind und Schnee werden die Anzahl und die Ausführung der Dachhaken sowie die Tragprofile gewählt. Ziel ist es, die Statik mit vorgegebenen Sicherheitsreserven zu erfüllen – so kostengünstig wie möglich.
Ausgehend von einer groben Zuordnung nach Schnee- und Windlastzonen werden wichtige Einflussfaktoren wie zum Beispiel die Dachneigung oder Windschatten durch umliegende Gebäude berücksichtigt. Die Dachneigung entscheidet, wie schnell Schnee vom Dach abrutscht. Umstehende Gebäude können die Windbelastung verringern. Das ist vor allem in der innerstädtischen Bebauung nicht zu unterschätzen.
Einige Hersteller haben die Geometrie ihrer Dachhaken optimiert, sodass diese bei allen Dachneigungen bis zu ihrer Belastungsgrenze freitragend wirken, sprich bei Belastung im oberen Bereich leicht einfedern.
Bei korrekter Montage kommt der Steg nie mit dem Dachziegel in Berührung. Dadurch wird Ziegelbruch vermieden. Auch in Gebieten mit hoher Schneelast kann man in den allermeisten Fällen auf teure Blechersatzziegel verzichten.
Verschraubung auf dem Sparren
Dachhaken aus Aluminium werden üblicherweise aus Strangpressprofilen gefertigt und danach zusammengesetzt. Bei Edelstahlhaken dagegen wird der obere Teil üblicherweise auf die Grundplatte, welche die Anbindung an den Sparren darstellt, geschweißt.
Manche Dachhaken ermöglichen einen Höhenausgleich im oberen Bereich. Bei Aluminiumdachhaken kommt meist eine weitere Verstellmöglichkeit im unteren Bereich hinzu.
Somit kann ein und derselbe Dachhaken bei unterschiedlich dicken Ziegeln und unterschiedlicher Höhe der Lattung eingesetzt werden. Ist der Dachhaken auch seitlich verstellbar, kann die Grundplatte verschoben und mittig über dem Sparren angeordnet werden. Dadurch ist auch bei schmalen Sparren eine normkonforme Verschraubung im Holz möglich.
Schrauben richtig bemessen
Die Schraubenlänge ist so bemessen, dass eine ausreichend lange Einschraubtiefe im Sparren gewährleistet ist. Bei zwischensparrengedämmten Dächern wird durch die Konterlattung direkt auf dem Sparren verschraubt. Aufdachgedämmte Dächer muss der Monteur genau ausmessen, um den Sparren richtig zu treffen.
Bei ihnen reicht die Konterlattung in der Regel nicht aus, um die Druckbelastung und die auf die Schraube wirkenden Horizontalkräfte aufzunehmen. Deshalb kommen bei einer Aufdachdämmung zusätzliche, abgelängte Distanzhülsen sowie eine dritte Entlastungsschraube zum Einsatz.
Erfahrene Monteure wissen, worauf es bei der Dachhakenmontage ankommt: Werden keine Blechersatzziegel verwendet, müssen der unter dem Dachhaken liegende und je nach Ziegeltyp auch der darüberliegende Ziegel sorgfältig ausgeflext werden, um Platz für die Durchführung des Stegs des Dachhakens zu schaffen. Hier wird gerade so breit ausgeflext, dass der Dachhaken passt, ohne die Dichtigkeit des Daches zu beeinträchtigen.
Allerdings muss gesagt werden, dass die Dichtigkeit eines Ziegeldaches stets darauf beruht, dass kleinere Wassermengen beispielsweise bei Schlagregen oder Schneeverwehungen durch die Ziegel eintreten. Sie werden durch die Unterspannbahn aufgefangen und abgleitet.
Bei flach geneigten Dächern kommt nach Vorgabe des Ziegelherstellers am Durchtritt des Dachhakens ein weiteres Dichtband zum Einsatz. Noch wichtiger ist, dass beim Verschrauben des Dachhakens darauf geachtet wird, einen ausreichenden horizontalen und vertikalen Abstand zum darunterliegenden Ziegel einzuhalten, üblicherweise fünf Millimeter.
Nicht die Grundplatte berühren
Nur so wird gewährleistet, dass der Ziegel nicht mit der Grundplatte des Dachhakens in Berührung kommt, wenn beispielsweise die Konterlattung nachgibt. Eine Berührung verursacht unter Umständen eine erhebliche punktuelle Belastung, Ziegelbruch wäre die Folge.
Grundvoraussetzung für die Installation einer Photovoltaikanlage ist natürlich, dass das Gebäude und insbesondere das Dach ausreichende Tragreserven besitzen.
Man spricht von Resttragfähigkeit nach Abzug der in den Normen vorgesehenen Belastungen durch Witterungseinflüsse, Eigengewicht und Gebrauchslast.
15 Kilogramm pro Quadratmeter
Da die dachparallele Installation einer Solaranlage bei richtiger Ausführung neben dem Eigengewicht von Montagegestell und Modul keine Zusatzbelastung für das Gebäude darstellt, sind in der Regel 15 Kilogramm pro Quadratmeter (0,15 Kilonewton pro Quadratmeter) ausreichend. Zur richtigen Ausführung gehört, dass das Gewicht von Schnee im Winter linear und gleichmäßig in die Gebäudekonstruktion eingeleitet wird.
Erlaubt die Statik des Montagegestells also in bestimmten Fällen, einen Sparren zu überspringen, sollte bei der nächsten beziehungsweise darüberliegenden Montageschiene der jeweils andere Sparren belastet werden. Im Randbereich werden die Anschlüsse verdichtet.
Eine weitere Möglichkeit, die Dachhakenanzahl unabhängig von der Modulgröße bereits in der Planungsphase zu steuern, ist der Kreuzverbund. Neben der etwas besseren Hinterlüftung der Module bietet er den Vorteil, unabhängig vom Ziegelraster genau die vom Modulhersteller definierten Klemmbereiche einzuhalten.
Montage im Kreuzverbund
Bei ungerahmten Laminatmodulen ist ein Kreuzverbund zwingend erforderlich, weil diese Module schwimmend verlegt werden und ein in beide Richtungen ausgesteiftes Schienensystem erfordern. Genauso wie bei der Dachkonstruktion wird die obere Schienenlage quer zur darunterliegenden verbaut.
Wenn man die Photovoltaikanlage richtigerweise als Bestandteil des Gebäudes ansieht, folgt daraus, dass die erste Schienenlage des Montagesystems bei einem Sparrendach horizontal verläuft und die obere Schienenlage wiederum das Modul an der langen Seite klemmt.
Sonderformen auf dem Dach
Eine Sonderform stellt die linienförmige Lagerung entlang der langen Modulkante dar. Vertikal ausgerichtete Module können oftmals einlagig montiert werden.
Beim Ziegeldach können sie gegenüber der Quermontage manchmal die bessere Variante sein, wenn dadurch das Montagesystem weniger komplex ausfällt.
Horizontal verlegte Module dagegen garantieren aufgrund der Verschaltung meist einen besseren Ertrag bei Teilverschattung (zum Beispiel abrutschender Schnee, sich an der Unterkante der Module angesammelter Schmutz).
Schneefang für bestimmte Regionen
Ein nicht zu vernachlässigender Punkt in schneereichen Regionen ist der Schneefang. Die glatte Oberfläche der Module verstärkt das Abrutschen des Schnees erheblich. Wird jedoch ein Schneefang verbaut, muss er entsprechend dimensioniert und ausreichend Staufläche unterhalb der Module vorgesehen werden.
Das wiederum reduziert erheblich die zur Verfügung stehende Modulfläche. Die einfachste Lösung ist sicherlich, auf den Schneefang gänzlich zu verzichten. Dann darf die Fläche unterm Dach jedoch nicht öffentlich zugänglich sein. Spezielle Aufsätze für Modulklemmen können das Abrutschen verzögern.
Reger Erfahrungsaustausch
Durch den regen Erfahrungsaustausch von Montagebetrieben und Montagesystemherstellern bietet der Markt heute Systeme an, die nicht nur günstig und schnell in der Montage, sondern unter allen Bedingungen zuverlässig sind.
In der Vergangenheit traten einige Anlagenschäden auf. Oft waren sie auf statisch unterdimensionierte Montagesysteme oder Fehler bei der Montage zurückzuführen. Sie gefährdeten so die gesamte Investition oder verursachten Schäden an Dritten.
Die derzeitige Konsolidierungsphase hat also mindestens einen Vorteil: Sie hat das Qualitätsbewusstsein auch in der Anlagenmontage gesteigert.
Der Autor
Magnus Moosreiner
ist technischer Berater bei der Ambivolt Energietechnik GmbH in Gangkofen bei Dingolfing in Bayern. Im Jahr 2004 schloss er eine Technikerausbildung ab und war zunächst im internationalen Vertrieb tätig. Seit 2009 arbeitet er als Berater und Projektleiter für Anbieter von Montagesystemen. In diesen Funktionen schulte er Mitarbeiter, war in Auslandsniederlassungen tätig und erwarb umfangreiche Erfahrungen unter anderem mit nachgeführten Freilandsystemen. Sein Spezialgebiet sind Aufdachanlagen.
Ambivolt Energietechnik
Stabiles Montagesystem für schräge Dächer
Die Firma Ambivolt Energietechnik hat das Montagesystem Ambihook speziell für Schrägdächer mit Ziegeln oder Betonsteinen entwickelt. Es besteht aus Aluminium 6060 T66 und Aluminum 6083 und bietet eine hohe Tragkraft. Die Verformungen unter Last sind sehr gering, weshalb es auch für hohe Lasten aus Wind und Schnee geeignet ist.
Die Profile werden über ein einfaches System mit Verriegelungsschraube von oben verbunden. Dabei fügen kurze Verbinderstücke die Profile formschlüssig zusammen. Das System Ambihook und die Modulklemmen Easyclick wurden mittels FEM-Analyse optimiert. Dadurch sind sie sehr leicht, obwohl sie hohe Tragkräfte aufnehmen können.
Die Easyclick-Klemme wird mit geringem Kraftaufwand von der Seite in das Profil gedreht. Dadurch wird die Montage erleichtert. Die Klemme passt sich automatisch der Rahmenhöhe des Moduls an. Auf diese Weise sind zwei Bautypen (26 bis 44 Millimeter sowie 34 bis 52 Millimeter) ausreichend, um alle gängigen Rahmenformen abzudecken. Spezialwerkzeug ist nicht notwendig.
