Hingestellt und fertig

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Mit starken Windkräften auf flachen Dächern hat Ferdinand Bauer täglich zu tun. „Gerade haben wir einen Schwung Altenheime mit Photovoltaik ausgestattet“, erzählt der Geschäftsführer von Bauer Energietechnik aus Ingolstadt. „Bei Gebäuden mit 15 bis 20 Meter Höhe müssen wir in den Randbereichen mit 160 bis 180 Kilogramm beschweren.“ Die Gewichte schützen die Anlage davor, von dem in dieser Höhe schon recht starken Wind einfach weggeblasen zu werden. Bei einer Anlage mit einer Spitzenleistung von 20 Kilowatt, was in etwa 100 montierten Modulen entspricht, kommen dadurch 18 Tonnen zusätzlich aufs Dach.

Das Beispiel macht die zwei wichtigsten Randbedingungen für die Installation von Solaranlagen auf Flachdächern deutlich. Zum einen sollen die Anlagen möglichst auch bei Orkanen wie Kyrill an Ort und Stelle bleiben, bei denen auch im Binnenland Spitzengeschwindigkeiten von über 120 Stundenkilometer auftreten können. Dabei bieten sie dem Wind eine große Angriffsfläche, da sie mit Neigungen von bis zu 30 Grad aufgestellt sind. Zum anderen sind Flachdächer, anders als Satteldächer, oft nicht für schwere Lasten konzipiert, so dass Module und Gestelle leicht sein müssen. Deshalb gibt es keine allgemein beste Lösung. Die Planer müssen im Einzelfall die jeweils richtige Befestigung wählen.

Aber der Aufwand lohnt sich. Wer gut und billig auf Flachdächern installieren kann, dem erschließt sich ein riesiges Potenzial. Über 80 Prozent der Flachdächer in Deutschland liegen brach. Dabei ist die Solarstromerzeugung auf großen Industrie- und Gewerbehallen nicht nur umweltschonend und finanziell interessant. Sie bietet auch die zusätzliche Chance auf einen Imagegewinn.

Auch Ferdinand Bauer hat die Anlagen auf den Dächern der Ingolstädter Altenheime auf Grundlage einer Dachstatik konzipiert. „Wir rechnen im Vorfeld, welche Lasten auf dem konkreten Dach für die geplante Anlage notwendig sind.“ Dabei richtet er sich nach der DIN 1055 für Wind- und Schneelasten, wobei die endgültige Freigabe beim Bauherrn liegt.

Vier Montagevarianten

Im Prinzip gibt es vier unterschiedliche Möglichkeiten, Photovoltaik auf Flachdächern zu montieren, wie die Marktübersicht auf Seite 66 bis 69 zeigt. Sie listet die Produkte von 36 Herstellern auf. Dazu kommen viele kleinere Firmen, die nicht in der Tabelle auftauchen, und Anlagenbauer, die, um Kosten zu sparen, ihre Gestelle selbst bauen.

Vergleichsweise unkompliziert ist die Montage auf einem Flachdach mit Trapezblecheindeckung. Dafür gibt es mittlerweile zahlreiche schnell zu installierende Befestigungssysteme, wie zum Beispiel das Fix2000 von Schletter. Die Fix2000-Schellen werden auf Maß für die entsprechende Trapezblechform angefertigt und mit jeweils vier selbstbohrenden Schrauben montiert. Die Schellen dienen als Ankerpunkte für die Aluschienen, auf denen die Module festgeklemmt werden. Für Dächer, deren Statik zusätzliche hohe Windlasten zulässt, können auch Dreiecksunterkonstruktionen zur Aufständerung der Solarflächen auf diese Schellen montiert werden.

Bei Flachdächern, deren Dachhaut mit Bitumen- oder Folienbahnen versiegelt ist, sieht die Situation schon ganz anders aus. Dafür gibt es drei unterschiedliche Möglichkeiten zur Befestigung. Auch dort kann das Gestell festgeschraubt werden, allerdings durch die Dachhaut hindurch auf der Tragkonstruktion des Daches.

Beim Bau einer Photovoltaikanlage auf der Schwimmhalle im Märkischen Viertel in Berlin beispielsweise sei es nicht ohne Dachdurchdringung gegangen, berichtet Solarteur Gilbert Janssen von Akut Solar. Die Dachfläche konnte keine weiteren Lasten aufnehmen. Deshalb kam nur eine Befestigung an den belastbaren Betonunterzügen in Frage. Zwischen ihnen liegen jedoch ganze neun Meter. Für die Installation der beiden Solaranlagen, einer Photovoltaikanlage mit 15,8 Kilowattpeak Spitzenleistung sowie 150 Quadratmeter thermischer Kollektoren, mussten diese neun Meter überspannt werden. Deshalb montierte Janssen eine Unterkonstruktion aus Gitterträgern aus dem Gerüstbau, die an wenigen Stellen auf die tragenden Unterzüge geschraubt wurden. Darauf wiederum befestigte das Team von Akut Solar die Dreiecke für die Modulmontage mit Schellen. Die Planer haben auf industriell vorgefertigtes Halbzeug zurückgegriffen, um die Kosten so gering wie möglich zu halten.

Unnötige Dachhautdurchdringungen möchten die meisten Solarteure nach Möglichkeit aber vermeiden. Denn an den Stellen, wo das Montagegestell mit der Dachkonstruktion verschraubt wird, muss anschließend die 100-prozentige Dichtigkeit wiederhergestellt werden. Flachdachabdichtungen bleiben aber ein heikles Thema; die Risiken bei der Durchdringung gehen auch versierte Handwerker nicht gerne ein.

Wenn die Installation jedoch nicht ohne Dachdurchdringung zu bewerkstelligen ist, zieht Ferdinand Bauer einen Dachdecker mit hinzu. „Wir sind Elektrofachleute, für uns ist das nichts“, sagt er. Auch Holger Freyer, Geschäftsführer der Solarwerkstatt Berlin, geht im Fall einer Dachdurchdringung kein Wagnis ein. Obwohl in seinem Team immer ein Dachdeckergeselle mit dabei ist, beschäftigt er für Dichtungsarbeiten im Flachdachbereich zusätzlich einen erfahrenen externen Dachdeckermeister.

Trick Gehwegplatte

Deshalb planen Ingenieure die Anlagen lieber ohne Dachdurchdringung. Das geht, wenn es die Statik erlaubt, indem sie Montagegestelle mit Gewichten beschweren. Hightech ist nicht notwendig. Betonsteine oder Kies reichen zur sogenannten Ballastierung vollkommen aus.

Ferdinand Bauer verwendet auf belastbaren Flachdächern gerne die leicht zu transportierende Console von Renusol, ehemals Ubbink, eine Kunststoffwanne, die mit Kies beschwert wird. Allerdings reiche Kies allein oft nicht aus, um die Module zu fixieren. Deshalb nehmen seine Mitarbeiter zusätzlich Gehwegplatten mit aufs Dach. Im Gründachbereich könne die Pflanzerde zwar zur Beschwerung genutzt werden, aber zusätzliche Gewichte seien trotzdem meist nötig.

Wie schwer die Gewichte sein müssen, hängt nicht nur von der Windlast, sondern auch von der Form des Montagegestells ab. Etwas Besonderes haben sich die Entwickler von Solarworld einfallen lassen. Ihr Montagesystem Suntub besticht durch die aerodynamische Form. Sie bietet dem Wind weniger Angriffsfläche und kommt mit geringeren Gewichten aus.

Auch Ferdinand Bauer ist davon beeindruckt. „Das Format ist kleiner und schmaler. Dadurch, dass es aus zwei Teilen besteht, die ineinandergeschoben werden können, ist der Transport einfacher.“ Bauer sieht in diesem System eine echte Alternative zur herkömmlichen Wanne. Im Schnitt könne man mit dem Suntub 20 Prozent des Gewichts einsparen. „Das kann für viele Dächer schon hilfreich sein“, sagt Bauer.

Neu: leicht und stabil

Allerdings reicht diese Gewichtseinsparung sehr oft nicht aus. 70 Prozent der Industriedächer eignen sich weder für eine Ballastierung noch für ein einfaches, verschraubbares Montagesystem, schätzt Oliver Stellfeldt, Vertriebsleiter beim Anlagenbauer Blis Solar aus Hannover. Das liegt nicht nur an einer zu geringen statischen Belastbarkeit der Dachkonstruktion. Selbst wenn sie die Beschwerung verträgt, tut dies die Dämmung unterhalb der Dachhaut unter Umständen nicht. „Wenn sie die oberste Schicht bildet, wird das Gewicht die Solaranlage mit der Zeit in die Dämmschicht hineindrücken und diese nach und nach zerstören“, erklärt Stellfeldt. Auch eine Montage mittels Dachdurchdringung ist in diesem Fall nicht immer möglich. Gerade bei modernen Hallen lägen die tragenden Bauteile oftmals in Abständen von sechs oder sieben Metern. Die muss das Montagesystem dann überspannen. „Eine aufwändige Unterkonstruktion kann da schnell mal ins Geld gehen“, sagt Stellfeldt.

Wenn weder massiv zusätzliche Gewichte aufs Dach sollen noch eine Dachdurchdringung gewagt wird, kann trotzdem Photovoltaik installiert werden – dank zweier neuer Systeme, die im letzten Jahr in Deutschland auf den Markt gekommen sind. Diese Systeme werden auf die Dachfläche gestellt, ohne dass sie festgeschraubt oder beschwert werden müssen. Dass dies möglich ist, liegt an einer so einfachen wie genialen Idee. Durch eine besondere Formgebung weht der Wind die Gestelle nicht vom Dach herunter, sondern presst sie im Gegenteil auf die Dachhaut.

Als praktikable Alternative für Dächer, die sich nicht für eine zusätzliche Ballastierung eignen, sieht Ferdinand Bauer zum Beispiel das System T10 der amerikanischen Firma Sunpower. Dabei handelt es sich um Dreieckskonstruktionen, die seitlich und rückseitig mit Blechen versehen sind. Diese verhindern zu starken Windeintritt hinter den Modulen. Die Modulreihen werden über Schienen miteinander verschraubt. „Ohne zusätzliche Gewichte hält das T10 ab einer Modulfeldgröße von vier auf acht Module ohne Probleme“, erklärt der Ingolstädter, der dieses System immer häufiger aufs Dach bringt. Der Nachteil: Es ist nur für die Hochleistungsmodule von Sunpower zugelassen.

Zufallslösung mit Pfiff

Im Unterschied zum T10 mit einem eingeschränkten Modulneigungsgrad zwischen zehn und 13 Grad können Solaranlagen mit einem anderen Gestell, dem Scirocco, sogar im Winkel von 20 oder 30 Grad aufgestellt werden. Die Entwickler der Firma HB Solar kamen durch Zufall darauf. „Unsere Ingenieure wollten einfach Material einsparen“, sagt Mirko Innocenti, zuständig für die Angebotserstellung bei der Firma im westfälischen Rietberg. „Deshalb haben sie die übliche Wannenkonstruktion aus Aluminium in den Windkanal gestellt und geschaut, auf welche Bauteile sie in Zukunft verzichten können.“ Die Rückwand musste bleiben – aus Stabilitätsgründen. Also haben die Konstrukteure die Bodenplatte entfernt und geprüft, wie viel Ballast das System nun noch benötigt. Zu ihrer großen Überraschung stellten sie fest, dass das Montagesystem sich am Dach festsaugte und somit ohne Ballast an Ort und Stelle blieb. Der Sog verstärkte sich sogar, je heftiger der Wind blies. Kurzerhand meldeten sie ihre Entdeckung zum Patent an, legten eine Prüfung beim TÜV Rheinland ab und benannten das Montagesystem nach dem heißen Wüstensturm Scirocco.

In diesem Frühjahr wird HB Solar das System erstmals in einer verstellbaren Variante anbieten. Da der Modulrahmen der Vorderseite des Systems Stabilität verleiht und in die Statik mit einfließt, gibt der Hersteller das Gestell vorerst nur für die drei getesteten Modultypen von Solarwatt, Schott und Antaris frei. Weitere sollen aber bald folgen. Bei Dachschrägen von bis zu zwölf Grad kann Scirocco auf Bitumen- und Foliendächern montiert werden. Dabei bietet das System Stabilität ab einer Mindestfläche von vier auf drei Modulen, bei einem Gewicht von unter sieben Kilogramm pro Quadratmeter Dachfläche. Allerdings ist auch dieses Gestell keine Lösung, die der Installateur unbedacht anwenden sollte. Anlagenbauer erstellen einen Vorentwurf, HB Solar rechnet dann jede Anlage mit der eigens entwickelten Software noch einmal durch. Wenn sich im Einzelfall herausstellen sollte, dass es nicht ganz ohne Gewichte geht, so sind es doch deutlich weniger als bei vergleichbaren Systemen.

Oliver Stellfeldt ist jedenfalls „glücklich“, den Scirocco gefunden zu haben. Auch die Zugänglichkeit der Dachhaut für Reparaturen sei nun kein Problem mehr. „Ich schraub die Anlage einfach auseinander und schiebe die Teile zur Seite, das ist alles“, sagt er. Für ihn gibt es in Zukunft keinen Grund mehr, sich in 15 Meter Höhe mit Gehwegplatten abzuplagen. Bestätigung bekam der westfälische Hersteller Anfang März: HB Solar wurde auf der internationalen Handwerksmesse in München mit dem Bayerischen Staatspreis ausgezeichnet – für den besonderen Innovationsgrad des Montagesystems Scirocco.