Sitzt, passt, hat Luft

Wenn man den Wechselrichter als das Herz der Photovoltaikanlage bezeichnet, dann kann das Montagesystem durchaus als Skelett der Solaranlage gelten. Die Kosten eines Montagesystems liegen im Bereich von fünf bis zehn Prozent der Gesamtkosten einer Photovoltaikanlage, es trägt aber die wertvollste Komponente, den Solargenerator. Das Montagesystem gibt den Solarmodulen sicheren Halt auf dem Dach und muss so dauerhaft aus gelegt sein, dass es während der voraussichtlichen Betriebszeit einer Photovol-taikanlage von 25 und mehr Jahren ohne Beeinträchtigung seine Funktion erfüllt.
Montagesysteme werden für fast alle denkbaren Dachvarianten angeboten. Am weitesten verbreitet ist die Aufdachmontage. „Aufdach“ bedeutet, dass die Photovoltaikanlage auf der geneigten Dachfläche auf einem Montagegestell dachparallel montiert wird. Der Abstand zwischen Solarmodul und Dachziegel beträgt normalerweise zwischen fünf und zehn Zentimeter und sorgt dadurch für eine gute Hinterlüftung der Module. Die Photovoltaikanlage muss keine dichtende Funktion übernehmen, da die ursprüngliche Dachhaut vollständig erhalten bleibt. Daneben gibt es für geneigte Dachflächen die Indachmontage. „Indach“ bedeutet, dass die Photovoltaikanlage in die Dachhaut integriert wird und auch Funktionen des Daches, wie zum Beispiel Dachdichtigkeit und Wetterschutz des darunter liegenden Gebäudes, mit übernehmen muss. Die Indachmontage ist zeitlich und fachlich anspruchsvoller als die Aufdachmontage. Weitere Montagearten sind die Flachdachmontage, die Freiaufstellung und die Fassadenmontage. Diese drei Montagearten werden wir in den nächsten Ausgaben der PHOTOVOLTAIK näher vorstellen, in diesem Artikel geht es zunächst nur um die Aufdach- und Indachmontagesysteme.
Bei diesen Montagesystemen können die Module in vielen Fällen sowohl im Hochformat, also hochkant, als auch im Querformat, also waagerecht montiert werden. Hochkant bedeutet, dass die schmale Seite des Moduls parallel zur Dachrinne ausgerichtet ist. Sofern man bei der Anlagenplanung die Wahl hat, ist die Montage im Hochformat der Montage im Querformat vorzuziehen, da es hier weniger Rahmenkanten der Module gibt, die das Abrutschen von Schnee behindern und Schmutzkanten am unteren Rand der Module hinterlassen.
Als Materialien kommen heute vorwiegend Aluminium für die Schienen und Edelstahl für die Sparrenanker zum Einsatz, teilweise auch verzinkter Stahl. Bei verzinkten Materialien wird die Korrosionsschutzschicht beschädigt, wenn das Material auf dem Dach mechanisch nachbearbeitet oder zugeschnitten werden muss. Auf den Einsatz des Werkstoffes Stahl sollte in Gebieten mit feuchter, salziger oder säurehaltiger Industrie- oder Meeresluft verzichtet werden. Bei direkter Berührung der Modulrahmen aus Aluminium mit stahlhaltigen Werkstoffen kann es zu Kontaktkorrosion kommen, auch bei verzinktem Stahl. Zur Vermeidung von Korrosion sollten an den Verbindungsstellen zwischen Solarmodul, Montageschienen und Dachhaken nur Materialkombinationen verwendet werden, bei denen keine Gefahr durch elektrochemische Reaktionen besteht. Die erwähnten Montagesysteme aus Aluminium und Edelstahl sind hier auf der sicheren Seite.

Aufdachmontage

Zur Befestigung der Montagegestelle auf Ziegeldächern werden so genannte Dachsparrenanker verwendet, die mittlerweile in vielfältigen Ausführungen – passend für die jeweiligen Dachziegeltypen – zur Verfügung stehen. Die Dachhaken werden meist an der Unterkonstruktion des Daches befestigt, vorzugsweise auf den Dachsparren des Dachstuhls, damit diese die auftretenden Kräfte auch sicher aufnehmen können. Die Dachsparrenanker müssen dabei die Lasten durch das Eigengewicht der Photovoltaikanlage sowie Wind und Schnee über ihren Hebelarm aufnehmen und dürfen sich dabei nicht auf den darunter liegenden Dachziegeln abstützen. Die könnten sonst beschädigt werden. Bei einem Bruch des Dachziegels unterhalb des Dachhakens besteht die Gefahr, dass es durch eindringende Feuchtigkeit zu Folgeschäden im Dach kommen kann. Der Austausch beschädigter Dachziegel unter einer Photovoltaikanlage ist obendrein nicht ganz einfach, weil die beschädigten Dachsteine sowohl schwer zu entdecken als auch schwer zugänglich sind. Der oberhalb des Dachhakens liegende Ziegel muss mechanisch so nachbearbeitet werden, dass der aufliegende Dachziegel bündig mit seinen Nachbarziegeln abschließt und er sich somit nahtlos in das Deckbild einfügt.
Mittlerweile gibt es auch spezielle Dachziegel mit entsprechenden Halterungen für die Montagegestelle. Diese Dachziegel müssen natürlich zu den vorhandenen Dachziegeln passen und – wie die Dachsparrenanker – mit der Dachunterkonstruktion verschraubt werden, um der Photovoltaikanlage einen sicheren Halt zu gewährleisten. Für Wellplatten- und Trapezblechdächer gibt es spezielle Befes tigungselemente, die mit Stockschrauben auf dem Dach befestigt werden. In welchem Abstand und wie viele Dachhaken beziehungsweise Befestigungselemente auf dem Dach gesetzt werden, hängt vom Montagesystem und den statischen Erfordernissen ab.

Einfach ist besser

An den Dachsparrenankern beziehungsweise an den Befestigungselementen werden im nächsten Schritt die Montageschienen befestigt, je nach System horizontal, vertikal oder beides. Durch geeignete Distanzstücke oder verstellbare Dachhaken lässt sich die Gestellhöhe variieren und so Unebenheiten im Dach ausgleichen. Die Montageschienen sind je nach Anbieter speziell profilierte Aluminiumschienen, in deren Nuten die Muttern eingeführt werden, die die Schrauben zur Verbindung mit den Dachhaken sowie den Modulklemmen aufnehmen. Bei der Auswahl der Schienen sollte darauf geachtet werden, dass die Montage auf dem Dach möglichst einfach und ohne viel Zeitaufwand für Nacharbeiten auf dem Dach durchgeführt werden kann. Dies ist durch vorkonfektionierte Systeme möglich, die gemäß der Anlagenplanung schon zur Montage vorbereitet auf die Baustelle geliefert werden.
Die Befestigung gerahmter Solarmodule auf den Montageschienen kann auf zwei unterschiedliche Arten erfolgen. Entweder werden die bei vielen Solarmodulen standardmäßig vorhandenen Befestigungslöcher im Modulrahmen verwendet, um die Module mit den Schienen zu verschrauben. Diese Befestigungsmethode hat allerdings den Nachteil, dass die Schrauben nur von hinten zugänglich sind und damit die Montage auf dem Dach entsprechend zeitaufwendig ist. Oder die Module werden mit speziellen Modulklemmen, deren Schrauben von vorne zugänglich sind, auf den Montageschienen befestigt. Rahmenlose Glas-Folien-Module und Doppelglasmodule werden mit speziellen Halteklammern mit Gummiprofilen auf den Montageschienen befestigt. Der Vorteil, dass die mit Modulklemmen befestigten Module auch wieder einfach demontiert werden können, ist hinsichtlich des Diebstahlschutzes allerdings ein Nachteil, so dass die Schrauben der Modulklemmen zusätzlich gegen unbefugtes Lösen gesichert werden sollten.
Bei der Verwendung von Modulklemmen zur Befestigung der Solarmodule auf den Montageschienen sollten sowohl die Aufbauanleitung der Tragkonstruktion als auch die Montagehinweise der Modulhersteller beachtet werden. Hinsichtlich der Stabilität der Solarmodule sind hier die Vorgaben zu den Auflagepunkten der Module auf den Schienen zu beachten, und daraus ergibt sich die Anordnung der Montageschienen sowie der Modulklemmen auf dem Dach. Dabei sollten pro Modul mindestens vier Befestigungspunkte vorhanden sein, die sich idealerweise in der Nähe der rückseitigen Befestigungslöcher befinden.

Statik, Wind, Schnee

Die Module und das Montagesystem auf dem Dach sind sowohl thermischer Beanspruchung im Hochsommer als auch mechanischen Belastungen ausgesetzt. Eine sorgfältige Planung und Auslegung der Unterkonstruktion ist daher Voraussetzung für eine langlebige Installation des Solargenerators. Für die Photovoltaikanlagen gibt es jedoch noch keine speziellen Normen, auf die sich der Planer stützen kann. Da es sich bei den Solarmodulen und den Montagesystemen um Bauteile handelt, die außen an Gebäuden angebracht sind, liegt es nahe, die – kürzlich in einer Neufassung veröffentlichte – DIN 1055 „Lastannahmen an Bauten“ zur statischen Auslegung der Unterkonstruktion heranzuziehen. Diese Norm liefert die Berechnungsgrundlagen für Eigenlasten sowie Wind- und Schneelasten an Bauteilen. Das zusätzliche Gewicht der Solarmodule und ihr Gestell ist für die meisten Dachstühle kein Problem.
Die auf die Module wirkenden Schnee- und Windbelastungen müssen vom Montagesystem aufgenommen werden. Die Windsogkräfte bestimmen die erforderliche Stärke der Bauteile des Montagesystems und die Anzahl der Dachbefestigungspunkte. Die eingesetzten Module, die Gebäudehöhe, die Dachneigung und die Windexposition des Standortes haben ebenfalls Einfluss auf die Dimensionierung der Unterkonstruktion. Solargeneratoren in Aufdachmontage können wie Tragflächen eines Flugzeuges wirken. Zur Begrenzung der Windsogkräfte sollte der Abstand zwischen den Modulen und der Dachoberfläche nur so groß sein, dass eine ausreichende Hinterlüftung gewährleistet ist und sich keine Blätter darin verfangen können, die den Regenabfluss behindern. An den Gebäudekan-ten treten besonders hohe Belastungen auf. Der Abstand der Photovoltaikanlage zum Dachrand an First, Traufe und Giebel sollte daher mindestens einen Meter betragen.

Tipps zur Aufdachmontage:

• Auswahl des Befestigungssystems passend zur Art der Dacheindeckung (Pfanne, Biberschwanz, Welle etc.)
• Zwischen den Modulfeldern Platz für Wartungs- und Reparaturarbeiten einplanen. Wenn ein Modul ausgetauscht werden muss, sollte es so zugänglich sein, dass maximal drei andere Module mit abgeschraubt werden müssen.
• Bei der Längenplanung für die Montageschienen den Platz zwischen den Modulen berücksichtigen – je nach Befestigungsmittelklammer etwa zwei Zentimeter – und den Überstand der Schienen – für die Befestigungsend klammer mindestens drei Zentimeter auf jeder Seite.
• Die verwendeten Montagesysteme sollten eine geschützte Verlegung der DC-Kabel auf dem Dach innerhalb der Montageschienen oder in speziellen Kabelkanälen ermöglichen.
• Elektroinstallateure sind normalerweise nicht auf dem Dach tätig. Speziell für Anfänger, aber auch für fortgeschrittene Installateure, ist die Gewerkekooperation mit einem Dachdecker empfehlenswert, der weiß, wie man sich auf dem Dach verhält.

Indachmontage

Indachanlagen sind ästhetisch ansprechende, gleichzeitig aber auch aufwendige Montagelösungen. Dabei sind dachintegrierte Photovoltaikanlagen im Hinblick auf die statischen Anforderungen einfacher als die Aufdachsysteme. Das liegt unter anderem daran, dass die bei Aufdachanlagen auftretenden Punktlasten an den Positionen der Dachsparrenanker zu einer Konzentration der Dachlasten durch die Photovoltaikanlage führt, wohingegen bei Ind achlösungen eine flächigere Lastverteilung erreicht wird. Außerdem kann der Hersteller eines Indachsystems die einzelnen Komponenten bei der Produktentwicklung gut aufeinander abstimmen. Die Herstellervorgaben hinsichtlich der einzuhaltenden Randabstände, zur zulässigen Dachneigung und zur maximalen Dachhöhe sind unbedingt einzuhalten. Das genaue Beachten und Einhalten der Aufbauanleitung vermeidet spätere un-liebsame Überraschungen.
Bei der Neuerrichtung oder Neueindeckung eines Daches reduzieren sich Aufwand und Kosten für das Dach, da die Module – teilweise oder vollständig, je nach Integrationsgrad – anstelle der herkömmlichen Dacheindeckung montiert werden. Dachintegrierte Photovoltaikanlagen müssen daher neben der Stromproduktion auch sicherstellen, dass das Dach dicht ist, sowohl gegen eindringendes Regenwasser von oben als auch gegen aufsteigende Feuchtigkeit. Deswegen ist hier ein höherer konstruktiver Aufwand erforderlich als im Vergleich zu Aufdachanlagen. Spezielle, auf den jeweiligen Modultyp abgestimmte Eindeckrahmen ermöglichen die Integration der Solarmodule in die vorhandene Dachfläche, so dass unter der Photovoltaikanlage auf Dachziegel verzichtet werden kann, und sorgen für eine gewisse Hinterlüftung der Module. Bei der Planung einer Indachanlage ist darauf zu achten, dass das verwendete System zu den restlichen Dachziegeln passt. Oft sind es die Dachziegelhersteller selbst, die für eine Reihe ihrer Dachziegel spezielle Indachsysteme anbieten. Diese Systeme sind von vornherein für einen bestimmten Dachziegeltyp konzipiert und ersetzen eine festgelegte Anzahl von Dachziegeln. Dabei lassen sie sich genauso verlegen wie herkömmliche Dachziegel auch.
Sofern man nicht auf diese Dachziegelmodule zurückgreifen möchte, lassen sich für die Indachmontage von Standardmodulen auch so genannte Indach-Montagerahmen verwenden. Mittels dieser Rahmen können – vorzugsweise rahmenlose Laminatmodule, aber auch gerahmte Standardmodule – in die Dachfläche integriert werden. Diese Systeme mit Standardmodulen basieren auf einem Profilsystem aus Metall, das auf der vorhandenen Dachunterkonstruktion als Rahmenwerk für die Module befestigt wird. Die Module bilden anschließend eine zusammenhängende Fläche, deren Größe durch die geplante Anlagenleistung vorgegeben ist. Die Fläche kann im Rahmen der Modulabmessungen in Höhe und Breite variieren. Diese Montagerahmen können mit allen gängigen Typen von Dachziegeln kombiniert werden, weil die Übergänge zwischen Modulfeld und restlichem Dach mit Anschluss- und Übergangsblechen abgedeckt werden, die auf die jeweils vorhandenen Ziegel angepasst werden können, ähnlich wie bei Dachflächenfenstern. Die Montage eines Indachsystems erfordert wegen der Anforderung an die Dachdichtigkeit eine besonders sorgfältige Montage durch einen fachkundigen Handwerker.

Handwerkertipps zur Indachmontage:

• Ausreichende Hinterlüftung der Module sicherstellen. Wärmestaus, also unnötig höhere Temperaturen als bei besserer Hinterlüftung, führen wegen des negativen Leistungskoeffizienten der Solarmodule zu Minderleistungen der Solarmodule und damit zu Mindererträgen,

die leicht bis zu zwanzig Prozent betragen können.
• Einige Hersteller schreiben für Indachmontage eine gewisse Mindestneigung (zum Beispiel Dachneigung größer 27 Grad) vor. Wenn die Dachneigung flacher ist, empfiehlt sich eine Aufdachmontage der Solarmodule.
• Indachmontagesysteme sind oft nur für die Modulmontage im Hochformat lieferbar.
• Bei besonders hochwertigen Dächern (zum Beispiel mit glasierten, farbigen Ziegeln) sollte nach Möglichkeit eine gleichfarbige Einblechung eingesetzt werden.
• Indachsysteme sollten sich in den äußeren Abmessungen einem vorhandenen Dachraster (durch Dachflächenfenster, Gauben oder solarthermische Kollektoren) ästhetisch anpassen.
• Speziell bei der Indachmontage empfiehlt sich die Gewerkekooperation mit einem erfahrenen Dachdecker, damit die Funktion des Daches als oberer Gebäudeabschluss nicht unnötig beeinträchtigt wird.