Die Integration von Solaranlagen in die Fassade ist eine Nische, die inzwischen größer wird. Schließlich gibt es immer mehr Lösungen, mit denen Fassaden solarisiert werden können. Doch noch bestehen Unsicherheiten nicht nur bezüglich der Frage, welche Module in der Fassade genutzt werden können, sondern auch wie sie befestigt werden. Wie solche Befestigungslösungen aussehen, haben eine Expertin und ein Experte von K2 Systems im gemeinsamen Webinar mit der Redaktion der photovoltaik gezeigt.
Die Entwickler von K2 Systems im schwäbischen Renningen haben gleich drei verschiedene Systeme geschaffen, mit denen die Module auf unterschiedlichen Materialien als vorgehängte hinterlüftete Fassade befestigt werden können. „Wir decken damit die Montage auf Trapezblech, auf Wellblech, auf Beton und Mauerwerk sowie auf Sandwichpaneelen ab“, erklärt Katrin Wurmthaler. Sie ist als Produktmanagerin bei K2 Systems für die Fassadensysteme verantwortlich.
Aufs Gewerbe konzentriert
Planer, Projektierer, Architekten und Handwerker können damit sowohl bestehende als auch neue Gebäude relativ einfach mit einer Solarfassade aus- oder nachrüsten. „Wir haben dabei zunächst vor allem große Industrie- und Gewerbebauten im Blick“, sagt Katrin Wurmthaler. „Denn in diesem Bereich sehen wir großes Marktpotenzial und damit auch große Chancen, die Systeme schnell in den Markt zu bringen. Die Fassadenflächen sind oft deutlich größer als die Dachflächen. In der Regel sind Industrie- und Gewerbegebäude auch die Orte, wo der Strom direkt verbraucht wird.“
Denn in den Gewerbegebäuden wird dann gearbeitet, wenn der Strom auch über den Tag hinweg produziert wird. Außerdem brauchen die Industriebetriebe ohnehin mehr Solarenergie. Die Dächer allein reichen oft nicht aus, um genügend Sonnenenergie zu erzeugen.
Um diesen Bedarf ohne weiteren Flächenverbrauch abzudecken, bietet sich die Fassade an. „Der Vorteil der Fassade ist, dass wir auch den Winterstromeffekt nutzen können“, betont Katrin Wurmthaler. „Wenn die Module vertikal angebracht werden, bleibt im Winter kein Schnee darauf liegen. Außerdem haben wir bei einer tief stehenden Wintersonne einen besseren Einstrahlungswinkel.“
Foto: Velka Botička
Drei Lösungen entwickelt
Die drei verschiedenen Lösungen, die K2 Systems entwickelt hat, sind notwendig, da auf verschiedenen Fassadenmaterialien die Anbindung der Solaranlage unterschiedlich erfolgen muss. So nutzt K2 Systems für die Montage des Sonnenstromgenerators an Trapez- oder Wellblechfassaden eine Lösung, die auf der schon auf solchen Dacheindeckungen bewährten Multirail aufbaut. Dazu wird die bekannte Trapezblechschiene mit bauaufsichtlich für die Fassadenmontage zugelassenen Dünnblechschrauben an der Fassade befestigt.
Danach hat der Handwerker zwei Möglichkeiten. Er kann beispielsweise den Crossconnector nutzen, den K2 Systems für die Anbindung von Einlegeschienen entwickelt hat. Dazu dreht er mit dem bei K2 üblichen Klickmechanismus jeweils zwei Basiselemente in die Multirail-Schiene ein. Auf diese schraubt er den eigentlichen Crossconnector. Zusätzlich befestigt er unter dem Connector noch eine zusätzliche Abrutschsicherung.
Verschiedene Rahmenhöhen abdecken
Danach kann er die Einlegeschiene befestigen. „Wir haben den Crossconnector noch einmal so umgestaltet, dass die Einlegeschiene jetzt einfach eingehängt werden kann“, erklärt Katrin Wurmthaler. Wenn die Schiene sitzt, werden dann einfach die Module auf die übliche Weise in die Einlegeschiene gesetzt.
Um verschiedene Rahmenhöhen der Module abdecken zu können und ein Klappern der Module in der Einlegeschiene zu verhindern, hat K2 Systems noch einen Terragrif entwickelt. Dies ist ein S-förmiges Metallband, das mit der einen Rundung in die Einlegeschiene geschoben wird. Die andere Rundung legt sich dann außen um die Schiene. Dadurch entsteht in der Einlegeschiene eine Schräge. Das Modul wird anschließend einfach so weit wie möglich in die Schiene eingeschoben und dadurch fixiert.
An die Fassade klemmen
Die zweite Möglichkeit, die der Handwerker hat, besteht darin, mit der Multirail die Module zu klemmen. Dazu nutzt er die eigens entwickelte „Facade Clamp“. Sie basiert auf dem Prinzip der K2-Clamp, die auf dem Dach genutzt wird. Das heißt, sie wird einfach in den Kanal der Multirail eingedreht, über das aufgelegte Modul geschoben und festgeschraubt.
„Die Besonderheit der Facade Clamp ist, dass sie auf der Unterseite noch einen EPDM-Streifen hat. Dieser sorgt dafür, dass die Module einen bestimmten Abstand zueinander haben. Dadurch werden die thermischen Ausdehnungen nicht auf die Module übertragen“, sagt Katrin Wurmthaler.
Einfache Montage und Sicherheit
Das Auflegen der Module an der Fassade ist schwieriger als auf dem Dach. Schließlich müssten die Handwerker die Paneele dann die ganze Zeit festhalten, bis die Klemme gesetzt ist. Deshalb hat K2 Systems noch einen Modulhalter entwickelt. Dieser wird ebenfalls in den Kanal der Multirail eingedreht – jeweils an der Stelle, wo später die Oberkante des Moduls sitzt.
Hier kann das Paneel einfach eingehängt und damit temporär gehalten werden, bis die Befestigung mit den Facade Clamps fertig ist. Der Modulhalter ist aber nicht nur als Montagehilfe, sondern auch als zusätzliches Sicherheitselement gegen das Abrutschen der Module gedacht.
Foto: Velka Botička
Gängige Dämmstärken abgedeckt
Für Beton- und Mauerwerkwände hat K2 die Facade Rail entwickelt. Dazu schraubt der Handwerker eine marktübliche Konsole direkt an die ungedämmte Fassade. Mit solchen Konsolen werden in der Regel andere Materialien wie Metall- oder Natursteinelemente an der Wand befestigt, die dann die Fassade schmücken. Um Wärmebrücken zu vermeiden, setzt der Monteur noch einen isolierenden Fuß auf die Konsole, bevor er sie an die Wand schraubt.
Danach kann die Dämmung an der Wand befestigt werden. Der Kragarm der Konsole muss natürlich länger sein, als die Dämmung dick ist. K2 Systems deckt hier mit den Zulieferern vor allem Standarddämmstärken zwischen 180 und 220 Millimeter ab. „Wir können auch darüber hinausgehen und noch andere Höhen der Konsolen anfragen. Ab einer gewissen Höhe ist es aber für die Photovoltaik nicht mehr sinnvoll, weil der Monteur dann zu viel Gewicht an einen zu langen Kragarm hängen muss“, erklärt Katrin Wurmthaler.
Unebenheiten ausgleichen
An die Konsole bindet der Handwerker im Anschluss die eigentliche Montageschiene, die Facade Rail, an. Diese ist am Profilboden mit einer zusätzlichen vertikalen und geriffelten Profilauskragung, dem Schweif, ausgestattet. Die Konsole wiederum verfügt über eine passende Feder, in die der Schweif der Facade Rail eingeschoben wird. So ist die Schiene fixiert. Um Unebenheiten auszugleichen, kann der Handwerker variieren, wie weit er den Schweif in die Feder schiebt.
Danach wird Facade Rail mit jeweils zwei Schrauben nochmals an der Konsole befestigt, sodass nichts abrutschen kann. Die Facade Rail ist mit dem gleichen Schienenkanal ausgestattet wie die anderen Schienen von K2 Systems. Dadurch kann der Handwerker mit den gleichen Komponenten die Einlegeschiene an die Facade Rail anbringen, mit denen er auch bei der Lösung fürs Trapezblech arbeitet. Hier ist allerdings die Einlegeschiene die Standardlösung. Die Klemmung wie bei der Montage der Solaranlage an die Blechfassade ist nicht vorgesehen.
Zugelassene Bauteile
Mit Fischer Profile hat K2 Systems eine dritte Lösung entwickelt. Dazu wird eine sogenannte Carrier Rail direkt an die Sandwichpaneele von Fischer angebunden. Die Carrier Rail hat ebenfalls den gleichen Schienenkanal wie die anderen Lösungen. Auf diese Weise kann schnell und standardisiert mittels der Einlegeschiene die Solarfassade über den Sandwichpaneelen angebracht werden.
Die Systeme können ohne weitere Prüfung verwendet werden. „Wir haben die Komponenten zugelassen, die nach Norm und Richtlinien auch zugelassen werden müssen“, erklärt Ronald Laude. Der Bauingenieur ist Teamleiter Technik bei K2 Systems. „Eine einfache Schiene muss nicht zwangsläufig zugelassen werden, weil sie auch über die Normung abgedeckt ist. Da gibt es auch genug Wissen im Hintergrund, wie man denn so eine Schiene berechnet. Häufig geht es nur um die Verbindung zur Fassade und um die Tragfähigkeit dieser Verbindung. Wir haben darauf geachtet, dass wir dafür die entsprechenden Zulassungen haben.“
Windkräfte berechnet
Ronald Laude hat im Anschluss an die Präsentation von Katrin Wurmthaler, die die Systeme auch im Webinarstudio vorgeführt hat, noch die statische Bemessung und Optimierung der Systeme gezeigt. Hier geht es vor allem um die Lasten, die zusätzlich durch die Solaranlage auf die Fassade einwirken. Dabei ist der Wind die Hauptlast. Deshalb basiert die Bemessung auf dem Eurocode für die Windlasten.
Entscheidend ist natürlich, wo welche Windlasten auftreten. Das ist an der Fassade nicht anders als auf dem Dach. „Wenn der Wind auf eine Wand trifft, wird er blockiert. Das Gebäude verdrängt den Wind und er ist gezwungen, über oder um das Gebäude herum auszuweichen“, erklärt Ronald Laude. „Deshalb konzentrieren sich an diesen Stellen die Kräfte besonders stark.“
Entsprechend stark muss das Montagesystem vor allem an den Gebäudekanten und den dahinter liegenden Bereichen ausgelegt werden. Je weiter die Anlage von der Kante weg montiert ist, desto weniger Windlasten greifen an.
Thermische Lasten vermeiden
Die geringsten Kräfte sind an den windabgewandten Kanten zu erwarten. „Wir können aber nicht wissen, aus welcher Richtung der Wind kommt. Es kann auch sein, dass der Wind aus unterschiedlichen Richtungen wirkt“, sagt Ronald Laude. „So müssen wir immer davon ausgehen, dass sowohl Winddruck als auch ein Sog auf die Anlage wirken, je nachdem, aus welcher Richtung der Wind kommt.“ Deshalb sind die Montagesysteme so bemessen, dass sie stabil sind, gleichgültig, aus welcher Richtung der Wind weht.
Zusätzlich müssen noch die thermischen Lasten berücksichtigt werden. „Diese thermischen Lasten versuchen wir gar nicht erst entstehen zu lassen“, betont Ronald Laude. „Wir entwerfen die Modulblöcke so, dass sie in der Größe begrenzt sind. Außerdem ermöglichen wir in den Systemen über Gleitlager und Festlager Ausdehnungen in den Schienen, ohne Zwängung in das System einzuleiten.“
Projekte eng begleiten
Derzeit gibt es für die Auslegung der Fassadenanlagen mit den neuen Systemen von K2 noch keine Planungssoftware. Vielmehr legen die Ingenieure in Renningen die Anlagen noch selbst aus. Das liege daran, dass die Systeme und das Thema Fassadenintegration bei K2 Systems noch neu seien, erklärt Katrin Wurmthaler. „Deshalb werden wir am Anfang alle Projekte sehr eng begleiten, weil wir noch ein paar mehr Einflussfaktoren haben, die wir aus dem Dachbereich so noch nicht kennen“, sagt sie.
Hier geht es unter anderem um die Anzahl der Befestigungen, die gebraucht werden. „Diese ergibt sich über die Belastung und aus der Dimensionierung. Bei höheren Windlasten werden natürlich mehr Befestigungspunkte gebraucht“, erklärt Ronald Laude. Er geht davon aus, dass die Fassadenauslegung auch später nicht zwangsläufig in das Planungsprogramm K2 Base integriert, sondern über eine zusätzliche Software ausgelegt wird.
Wer beim Webinar nicht dabei sein konnte, kann es auch nachträglich noch anschauen. Sie finden es auf der Webseite der photovoltaik:
