Photovoltaik-Anlagen sind von der heutigen Nutzung der erneuerbaren Energien nicht mehr wegzudenken. Nach der anfänglichen Nutzung der Sonne überwiegend für die Wärmegewinnung (Solar-Kollektoren) hat sich die direkte Umwandlung der Sonnenenergie  in elektrische Energie durchgesetzt. Auf detaillierte Informationen möchten wir hier verzichten und verweisen z. B. auf Wikipedia (http://de.wikipedia.org/wiki/Photovoltaik).

Immer mehr Bauherren überlegen sich die Anschaffung einer PV-Anlage und möchten insbesondere bei einem Neubau wissen, was zu beachten ist.

sonneneinstrahlungDie Intensität der Sonneneinstrahlung ist in Deutschland sehr unterschiedlich, es gibt Differenzen zwischen Süden und Norden, zwischen einer sauberen ländlichen und einer verschmutzten städtischen Atmosphäre. An der nächsten Stelle kommt die Ausrichtung der Anlage. Die „Ausbeute“ der Module in Abhängigkeit von der Ausrichtung ist auf dem nachfolgenden Bild (Quelle: IFBS, hier für die Dünnschicht-PV) dargestellt:

Das Optimum liegt bekanntlich bei ca. 30 Grad Richtung Süden. Eine so hohe Neigung ist im klassischen Wohnungsbau zwar üblich, bei heutigen weit gespannten Gewerbehallen jedoch meist nicht realisierbar.

Bei großen Hallenbreiten würde diese Dachneigung zu Firsthöhen führen, die die Objekte unwirtschaftlich machen. Neben den höheren Anschaffungskosten (mehr Stahlgewicht, größere Fundamente, eine größere Fassadenfläche) gilt es auch für die energetische Effizienz (Erhöhung des zu beheizenden Raumes), von der baurechtlichen Genehmigungsfähigkeit (max. zulässige Höhen) abgesehen.

verlustWie die nachfolgende Grafik zeigt (obiges Bild in eine Kurve umgewandelt), ist der „Verlust“ infolge der „nicht optimalen“ Ausrichtung nicht so groß wie oft befürchtet:

Die Dachneigung der meisten Hallen liegt zwischen ca. 1,5 Grad (ca. 2,5 %, Warmdächer mit Abdichtung) und „steilen“ metallischen Dächern mit bis zu 15 Grad (ca. 27 %). Wenn wir die horizontale Lage mit 100% bewerten, entspricht einer „Optimierung“ der Ausrichtung in den Süden ein leichter Anstieg, dieser bringt aber auf der entgegengesetzten Seite (Richtung Norden) ein starkes Absenken der Ausbeute.

verlust2Angesichts dieser Kurve stellt sich die Frage: Soll ich nur die Südseite des Daches mit ca. 107 % nutzen, oder die gesamte Hallenfläche mit durchschnittlich ca. 100 %? Die Antwort auf diese Frage ist sicherlich einfach: Wohl die ganze Fläche (100 gegenüber 53 pro qm Dach).

Neben der „Ausbeute“ in Abhängigkeit von der Neigung / Ausrichtung ergibt sich aus der Lage der Elemente eine gewisse „Verschattung“ untereinander. Je mehr die Modulreihen geneigt sind, desto größer ist die Verschattung. Somit wird die Fläche mehr oder weniger ausgenutzt.

Wie ersichtlich, kann man auf der Nordseite des Daches die Fläche umso besser ausnutzen, je geringer die Dachneigung. Der große Abstand der Modulränder zum Dach verursacht zusätzlich erhöhte Windlasten (DIN 1055-4) und kann sogar zu einer erhöhten Schneelast (nach DIN 1055-5, -100) führen. Diese negativen Erscheinungen müssen dann oft teuer konstruktiv kompensiert werden. Dies spricht also für eher gering geneigte Dächer.

Eine zu geringe Dachneigung führt aber bekanntlich zu Problemen mit der Dichtigkeit – zumindest bei den „klassischen“ metallischen Dächern (Trapezprofil, Sandwich). Je breiter die Dächer, je höher die Windlasten, und falls auch noch Öffnungen im Dach sind, muss die Dachneigung größer gewählt werden. Als Mindestneigung gelten meist ca. 8-15%.

Je geringer die Dachneigung und je mehr Barrieren, Spalten und Überlappungen es auf der Dachfläche gibt, desto schlechter kann das Niederschlagswasser abfließen. In diesem sind auch Staub und chemische Stoffe beinhaltet, die mischen sich dann auf dem Dach mit Laub und Vogelkot. Die Belastung des Daches – der „Haut“ des Gebäudes – ist dadurch extrem hoch.

Nachfolgende Bilder (Quelle: HSW) zeigen, wie sich die Oberfläche des metallischen Materials verändert (Fotos: Freie Bewitterung, 3 Jahre, Industrie-Atmosphäre. Von links Bilder 1+3: Chicago, erhöhte SO2-Konzentration, Bilder 2+4: Kentucky, erhöhte Chlor-Konzentration):
 
Ob also metallische Außen-Materialien eines Daches die geeignete Aufstellfläche einer teuren Photovoltaik-Anlage sind, muss sicherlich jeder für sich entscheiden.

Die beste Eignung von metallischen Materialien hat u.M.n. ein Stahlträgermaterial (Trapezprofil, Sandwich-Außenschale) mit dem metallischen Überzug GALVALUME ® AZ-185, einer Legierung aus Aluminium, Zink und Silizium, der die höchste Korrosionsschutzklasse III erfüllt. Um elektrochemische Reaktionen zu vermeiden, sollte auf eine zusätzliche Beschichtung verzichtet werden.

Sowohl bei einem Trapezprofil (ungedämmte einschalige Dächer) als auch bei einem Sandwichdach entscheiden diese Außenschicht und ihre Korrosionsbeständigkeit über die Tragfähigkeit des Profils. Anders ausgedrückt, ob während der „Lebensdauer“ des Objektes das Dach erneuert (also auch die PV-Anlage abgebaut) werden muss.

industriedachEine Alternative bieten hier sogenannte „Warmdächer“, auch "Industriedächer" genannt. Die tragende Schicht (hohe robuste Trapezprofile) befindet sich im temperierten und trockenen Innenbereich. Darauf liegen übereinander die Dampfsperre und die Wärmedämmung. Die obere wasserführende Schicht - die Abdichtung - bildet dann eine robuste Dichtungsbahn. Da diese auch ohne oder mit nur einer ganz geringen Dachneigung verlegt werden kann, sind PV-geeignete Dächer kein Problem.

solaranlage sunpowerDie Befestigung von PV-Anlagen auf dieser Bahn ist heutzutage meist ohne eine Beschädigung der Bahn möglich. Neben diverser Systeme mit Auflast sind auch solche üblich, die eine Spoiler-Wirkung nutzen und durch den Wind sogar leicht angedrückt werden. Eine zusätzliche Befestigung ist dann meist nur in Rand- / Eckbereichen erforderlich  (chemisches Verschweißen / Kleben). (Foto: Sunpower)

Hersteller-Garantien von 10-20 Jahren sind für diese Bahnen problemlos möglich, auch unter der Photovoltaik. Somit ist natürlich mit einer noch wesentlich längeren Lebensdauer zu rechnen. Wir empfehlen hier Dichtungsbahnen aus FPO (flexible Polyolefine).

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Gern beraten wir Sie detailliert zu diesem Thema.

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