Fragen und Antworten zum Ballastierungswebinar mit PMT (Teil 1): Bloß nicht abheben!

Was in dem Film vom Dach kommt, sieht aus wie ein fliegender Teppich. Im Wind flattern drei Module, die in Reihe mit einem Montagegestell verbunden sind. Bis sie auf den Boden krachen. Zu sehen ist dies in einem Video auf Youtube. Es mag sein, dass in diesem Fall ein Orkan herrschte, dem Dächer und Photovoltaik-Anlagen nicht standhalten können. Für Peter Grass, Geschäftsführer von PMT, zeigt das Beispiel aber, was geschieht, wenn zu wenig ballastiert wird.

In dem pv magazine Webinar mit PMT als Initiativpartner verglich er die Ballastierungsberechnungen von sechs Herstellern. Drei von ihnen kommen bei dem gleichen Dach und dem gleichen Dachausschnitt auf rund 1.000 Kilogramm*, die drei anderen auf sieben bis 160 Kilogramm. Die Unterschiede sind also enorm. Thorsten Kray, Leiter der Abteilung Aerodynamik und PV-Windlasten des I.F.I Instituts für Industrieaerodynamik, präsentierte zehn Tipps, wie Installateure die Güte einer Auslegung einschätzen können.

Im folgenden beantworten Peter Grass und Thorsten Kray schriftlich Fragen, die Teilnehmer während des Webinars gestellt haben und die teilweise nicht mehr beantwortet werden konnten. Im ersten Teil geht es um den Ballastierungsvergleich und den Verbund von Modulen. Im in Kürze erscheinenden zweiten Teil werden die Themen Wärmedämmung und Haftreibungsbeiwert besprochen sowie allgemeinere Fragen beantwortet.

Antworten auf Fragen aus dem Webinar:

Zum Ballastierungsvergleich im Webinar

Bei dem Ballastierungsvergleich hat Peter Grass den Ballast von sechs Systemen verglichen. Wie lässt sich die Ballastierung von sechs unterschiedlichen Systemen vergleichen, obwohl diese Systeme wahrscheinlich sehr unterschiedliche Ergebnisse im Windkanal erzielt haben?

Thorsten Kray: Die Ballastierung spiegelt doch indirekt die Unterschiede in den Windkanalgutachten wieder, die zur Ballastberechnung herangezogen wurden. Bei den drei gezeigten sehr niedrig ballastierten Systemen gehe ich davon aus, dass deren Bemessungsgrundlagen nicht dem Stand der Technik entsprechen. Weitergehende Informationen, die mir vorliegen, lassen in mindestens zwei Fällen den Schluss zu, dass die Spezifikationen des WTG-Merkblatts „Windkanalversuche in der Gebäudeaerodynamik“ und damit der DIN EN 1991-1-4/NA:2010-12 nicht eingehalten wurden.

Wie groß ist der Unterschied in den Eigengewichten und wie sehr führt dieser Unterschied zu unterschiedlichen Ballastierungen?

Thorsten Kray: Grundsätzlich gilt, dass zehn Kilogramm mehr Eigengewicht mit zehn Kilogramm weniger an benötigtem Ballast gleichzusetzen sind.

Sie haben in dem Vergleich die Statikvorgabe des Gebäudes nicht erwähnt. Diese ist doch das Maß der Dinge, oder?

Peter Grass: Es gibt viele Dachmerkmale, die mindestens genauso wichtig sind, wie der Standsicherheitsnachweis der Photovoltaik-Anlage selbst. Das sind beispielweise die Traglastreserven des Gesamtgebäudes, vor allem aber seiner Sekundärbauteile, die flächige, lineare oder punktuelle Lasteinleitung in die Dachfläche, die Ausrichtung der Bodenprofile zur Sickenlaufrichtung des Trapezbleches, die statische Druckfestigkeit der Dämmungen und auch der Dachbahn. Hier ging es aber rein um den Vergleich der Ballastierungsansätze verschiedener Photovoltaik-Unterkonstruktions-Systeme – die anderen Themen wären aber sicher ein interessanter Stoff für ein weiteres Webinar.

Thorsten Kray: Selbstverständlich sind die Traglastreserven des Gebäudes zu beachten und nicht zu überschreiten. Genauso ist aber bei ballastierten Photovoltaik-Montagesystemen auf Flachdächern der Stand der Technik entsprechend den gültigen Normen (WTG-Merkblatt, DIN EN 1991-1-4) einzuhalten. Nur beides zusammen verschafft Sicherheit.

Wer ist in der Haftung, wenn der Ballast nicht ausreicht und etwas passiert? Man hört immer wieder, das sei der Bauherr.

Peter Grass: Grundsätzlich trägt der Bauherr die Verantwortung für die Errichtung seines Bauwerkes – unabhängig ob es sich um ein Gebäude oder wie hier um eine Photovoltaik-Anlage handelt. Diese Verantwortung umfasst von der Genehmigung, bis zur Einhaltung der Arbeitssicherheitsvorschriften auf der Baustelle natürlich auch den Nachweis der Standsicherheit seines Bauvorhabens. Da diese Aufgabe aber meist die Fähigkeiten des Bauherrn übersteigt, überträgt er diese Aufgaben an den Architekten oder in der Solarbranche eben an den Installateur oder EPC. Dieser trägt nun die Verantwortung und muss die Standsicherheit des Bauwerkes, die Verwendung zugelassener Bauprodukte und so weiter garantieren und verantworten.

 Gibt es Situationen, in denen kein zusätzlicher Ballast für den Randbereich notwendig ist? Wenn ja, in welchen?

Thorsten Kray: Wenn Ihnen eine solche Ballastberechnung begegnet, sollten Sie sehr misstrauisch werden. Es müssen schon sehr viele günstige Faktoren (sehr hohes Eigengewicht, sehr geringe Windexposition am Standort, aerodynamisch äußerst günstiges Montagesystem, hervorragende statische Verbundwirkung) zusammenkommen, damit dies der Fall ist. In mehr als 99 Prozent aller von mir nachgerechneten Auslegungen wäre der Randbereich nicht ballastfrei gewesen.

Kann man beim I.F.I. eine Nachberechnung von Auslegungen beauftragen? Um wie viel erhöht sich dadurch der Preis einer Anlage?

Thorsten Kray:  Bitte sprechen Sie mich hierzu persönlich an. Der Preis für eine Nachrechnung hängt davon ab, welche Unterlagen mir zur Verfügung gestellt werden und wie vollständig diese sind. Er hängt ebenso davon ab, wie ausführlich die Dokumentation meiner Nachrechnung sein soll. Generell lässt sich sagen, dass die Nachrechnung der Ballastierung einer kleinen Anlage oftmals genauso viel Aufwand produziert wie die einer großen Anlage.

Müsste man Systeme, die im Jahr 2013 gebaut worden sind, nicht nachberechnen, weil die Experten heute höhere Ballastierungen einsetzen als damals? Bietet PMT die Nachrechnung von solchen Systemen an?

Peter Grass:  Gerne werden wir für alle von uns berechneten Systeme eine Nachberechnung nach den aktuellsten Erkenntnissen und Ergebnissen anbieten.

Thorsten Kray:  Dies ist ein schwieriges Thema. Generell lässt sich sagen, je älter das Windgutachten ist, desto weniger entspricht es dem Stand der Technik. Entsprechend fallen heute berechnete Ballastierungen meist deutlich höher aus als noch vor vier Jahren.

Zum Verbund von Modulen

Ein wesentlicher Parameter, der auch im Webinar genannt wurde, ist die Lasteinflussfläche. Wie groß der Verbund bei der Ballastberechnung sein darf, hängt von dessen Steifigkeit ab. Die Systeme klemmen immer in den Modulecken. Es gibt keine Montageschienen in Modullängsrichtung. Beim Abhebeverbund muss daher der Modulrahmen die Steifigkeit übernehmen. Daher muss die Steifigkeit nach VDI 6012-1.4 nachgewiesen werden. Meiner Erfahrung nach gibt es solche Nachweise nicht. Stimmt diese Erfahrung und wie sollte man als Installateur damit umgehen?

Peter Grass: Bei den Systemen von PMT gibt es eine Konstruktionsschiene in Modullängsrichtung und eine zusätzliche Aussteifung dieser Verbindung in den Eckbereichen! Auf Grund unserer Ergebnisse und Erkenntnisse aus Großfeldversuchen zur Ermittlung von Lasteinflussflächen halten wir dies auch für den einzig nachweisbaren Weg, die Lasteinflussfläche auch unabhängig des Modulrahmens sicherstellen zu können.

Thorsten Kray:  Einige Hersteller weisen ihre Lasteinflussflächen mit Hilfe statischer Belastungsversuche auf Abheben und Verschieben nach. Die große Mehrzahl aller Hersteller tut dies allerdings bislang nicht. Einheitliche Richtlinien zur Versuchssystematik fehlen bislang, werden aber im Ausland derzeit entwickelt.

Stehen sich durchgehende Grundprofile, die eine geringere Ballastierung ermöglichen, und ein Raupeneffekt konträr gegenüber? Ab welcher Modulfeld-Größe dürfen stationäre Cp-Werte angewandt werden? Gibt es so etwas wie eine Mindestballastierung?

Peter Grass: Bezüglich Ballastierung und Raupeneffekt ist das angestrebte Optimum ein statisch sehr tragfähiges Gesamtsystem mit durchgehenden Schienen und dennoch genug Bauteilflexibilität oder „Bauteilspiel“, um die Effekte der thermischen Längenausdehnung zu minimieren. Mit den Klickverbindungen innerhalb der Bodenschienenverbindungen innerhalb der Systeme von PMT ist uns diese Annäherung sehr gut gelungen und wir können relativ große Felder mit geringen Ausdehnungseffekten realisieren.

Thorsten Kray:  In einem guten Windgutachten sollten die Anwendungsgrenzen von Cp-Werten klar definiert sein. Das Konzept stationärer und instationärer Cp-Werte entspricht nicht dem Stand der Technik und stammt auch nicht vom I.F.I.. Heutzutage lässt sich eine Ballastierung für jede beliebige Lasteinflussfläche berechnen. Vorgeschriebene Mindestballastierungen existieren nicht.

Der Verbund von Modulen und Reihen hilft, den Ballast zu reduzieren. Warum bieten Sie trotzdem ein System ohne Verbund an?

Peter Grass: Der Verbund hilft Ballast zu reduzieren, Kraftübertragungen über die Module zu vermeiden, die Lasten flächiger in das Dach und die Dämmungen einzuleiten, schneller zu montieren und vieles mehr. Ein solches System erfordert aber einen höheren Materialeinsatz als die in den meisten Fällen technisch unzureichenden Minimallösungen mit nicht durchgehenden Bodenschienen. Unser System PMT Ecolution (Kurzschienen) dient oft nur als Einstieg in vertiefende technische Gespräche, die die Sinnhaftigkeit von durchgehenden Bodenschienen verdeutlichen. Wir verkaufen rund 90 Prozent PMT Evolution (durchgehende Schienen) und sehen bei den meisten Projekten auch keine technische Alternative.

Zum Teil 2

*Anmerkung der Redaktion: Die Zahl wurde nachträglich korrigiert.