Dem Wind ein Schnippchen schlagen. Fachwissen & Technik

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1 Foto: Sunpower Der T10 ist der Klassiker unter den Leichtgewichten. An seiner Form orientieren sich viele andere Systeme. Dem Wind ein Schnippchen schlagen Flachdächer: Ultraleichte Aufdachsysteme sind im Trend. Viele variieren ein bewährtes Modell. Doch die Querdenker unter den Produktentwicklern haben auch für neue interessante Modelle gesorgt. Eine Marktübersicht Quadratmeter Dachfläche hatte Heribert Spitzhorn schon während der Planungsphase des neuen Bauhofes für die Stadtwerke Erlangen gesichert für die Installation eines halben Megawatts Photovoltaik. Das Dilemma: Maximal 20 Kilogramm pro Quadratmeter kann das Dach zusätzlich tragen. Doch um eine Photovoltaikanlage mit aufgeständerten Modulen gegen Windböen zu sichern, muss zum Teil über 150 Kilogramm zusätzliches Gewicht pro Modul mit aufs Dach. Die Alternative, die Anlage auf dem zwölf Meter hohen Dach festzuschrauben, birgt Risiken. Wir hätten eine Unterkonstruktion für die Photovoltaikanlage bauen lassen müssen. Das wären mehr als 100 Dachdurchdringungen gewesen, gibt Spitzhorn zu bedenken. Da keiner riskieren wollte, dass im Falle eines Fehlers Wasser durch das Dach dringt, machte sich Spitzhorn auf die Suche nach Montagesystemen, die Photovoltaikmodule auch mit wenig zusätzlichem Gewicht auf dem Flachdach halten können. Er liegt mit seinem Wunsch voll im Trend. Anbieter von Montagesystemen bekommen immer häufiger Anfragen für große Flachdächer. Die unverschatteten Dächer von Lager- und Produktionshallen und anderen großen Gewerbe- und Wohngebäuden sind ideale Standorte für die Installation von einigen hundert Kilowatt bis hin zu Megawattanlagen. Das haben neben den Projektentwicklern auch die Montagesystem-Hersteller erkannt. Über drei Milliarden Quadratmeter Dachfläche, die für Photovoltaikanlagen geeignet sind, will der kalifornische Dünnschichthersteller Solyndra in Europa ermittelt haben, dazu rund zwei Milliarden in den USA. Da lohnt es sich, neue Konzepte zu entwickeln, um das Gewichtsproblem in den Griff zu bekommen. Denn die zwischen / 2010

2 2.000 und Quadratmeter großen Flächen sind statisch nicht für die Installation von Solarmodulen ausgelegt. Sie dürfen häufig nur mit maximal 20 Kilogramm pro Quadratmeter belastet werden. Besonders Dachflächen mit Bitumen- und Folieneindeckung haben oft nur geringe Lastreserven. Die meisten Gebäudeeigentümer möchten nach Möglichkeit vermeiden, dass das Dach für die Befestigung von Modulen mit Löchern versehen wird, aus Angst vor Undichtigkeiten in der Dachhaut. Auch Handwerker bevorzugen in der Regel unkomplizierte Lösungen. Speziell für Dünnschicht Die Stadtwerke in Erlangen haben Soluwa den Zuschlag für das MSE 100 Ost-West gegeben, das das fränkische Unternehmen unter dem Namen Flow 240 vertreibt. Nur 13 Kilogramm pro Quadratmeter wiegt das System, das Soluwa zusammen mit Schüco im vergangenen Jahr entwickelte. Die Gestelle haben eine Neigung von zwölf Grad und werden mit Dünnschichtmodulen bestückt. Die Module werden nach Osten und nach Westen ausgerichtet und nicht, wie sonst üblich, nach Süden. Da zahlt sich dann aus, dass Dünnschicht ein besseres Schwachlichtverhalten als kristalline Module hat. Den Neigungswinkel wählen sich relativ klein. Die Palette der ballastarmen Montagesysteme lässt sich in zwei Gruppen unterteilen. In der ersten finden sich Systeme mit innovativer Gestellgeometrie, neuen Einfallswinkeln und sogar ungewöhnlicher Modulform. Dazu gehören neben dem MSE 100 Ost-West auch das Nanosolar-System von Sunlink und das System SL-001 von Solyndra. Die andere Gruppe variiert herkömmliche, aufgeständerte Systeme nach dem Vorbild des Vorreiters Sunpower lieferte das kalifornische Unternehmen mit der Einführung des T10 auf dem US-amerikanischen Markt die bis heute entscheidende Vorlage für das Niedrigballastsegment. Mit einem Gewicht von etwa 20 Kilogramm pro Quadratmeter halten Sunpower-Module auf flachen Dächern Windgeschwindigkeiten von bis zu 108 Stundenkilometern stand. Drei Maßnahmen machen das Systeme leichter im Vergleich zu Aufständerungen, die Ballast verwenden. Erstens: ein flacherer Aufstellwinkel. Er sorgt dafür, dass die Module dem Wind weniger Angriffsfläche bieten. Zweitens: Rückseitenbleche. Blechverkleidungen auf der Rückseite und an den Seiten der Modulreihen verhindern, dass Windböen von hinten unter die flächigen Elemente greifen und sie von der Dachfläche heben. Und drittens: großflächige, zusammenhängende Modulfelder. Die Verbindung der Module zu Reihen sowie die Verbindung der Reihen untereinander schützen sie davor, sich zu verschieben oder abzuheben. Auch andere Hersteller setzen auf diese Prinzipien: Mit Anzeige pv-mounting systems SOLID SOLUTIONS PLANNING PRODUCTION INSTALLATION Foto: Schüco Innovative Montagesysteme für PV-Kraftwerke für alle Module geeignet kurze Montagezeiten keine Versiegelung des Bodens ein- und mehrreihige Montage statisch geprüft wirtschaftlich weltweit über 300 MWp gefertigt und montiert Stabilität bei minimalem Materialeinsatz in Erlangen. Ausgerichtet in Ost-West- Richtung halten die Dünnschichtmodule von Schüco angeblich Stürmen bis 240 Stundenkilometern stand. HABDANK PV-Montagessysteme D Göppingen Phone: +49 (0) 7161 / /

3 Foto: U.S.E. Reihen untereinander. Auch für die Befestigung des Ballasts, der besonders in den Randzonen zum Einsatz kommt, entwickelten die Hersteller unterschiedliche Ideen. Beim Futura Flat Roof hängt eine Art Korb zwischen den Dreieckstützen. Bei Bedarf können hier Gehwegplatten eingelegt werden. Beim T10 werden die Betonplatten in das Rückseitenblech hineingeschoben. Solarstep hingegen gibt an, ohne Ballastierung zu arbeiten und die statische Sicherheit über die Materialdimensionierung der Unterkonstruktion zu erreichen. Während andere Anlagen unter einer dichten Schneedecke ihren Winterschlaf halten, produzieren Module von Solyndra Strom Module auf einem Supermarktdach in West-Flandern/Belgien. deutschen Systemen wie dem Solarstep light von Solarstep und dem Knubix 100 von Knubix wurden bereits zahlreiche Anlagen realisiert, ebenso mit dem System Fast Sun von Solar century aus Großbritannien. Futura Flat Roof von Donauer ist neu am Markt, die Aerobox von Wasi kommt im Frühjahr mit dazu. Die Unterschiede dieser Montagesysteme finden sich in den Details: den Neigungswinkeln, der Unterkonstruktion und der Art und Weise, wie der in geringen Mengen nötige Ballast befestigt wird. Während Wasis Aerobox mit zehn Grad Neigung rein auf Dünnschichtmodule ausgelegt ist, stellen die Solarstep und INTERNATIONALE MÄRKTE Unsere Marktübersicht zeigt ballastarme Montagesysteme aus Deutschland, Großbritannien und den USA. Auch wenn die Hersteller ihre ersten Erfahrungen in der Regel zu Hause sammeln, beschränken sie ihre Aktivitäten nicht auf die Heimatmärkte. Die US-amerikanischen Hersteller sind entweder bereits in Europa aktiv oder bereiten gerade ihren Markteintritt vor. Deutsche Hersteller erweitern ihren Radius zunächst auf die Nachbarländer und auf Südeuropa. Besonders umtriebig ist die Handelsgesellschaft hb Solar aus dem westfälischen Rietberg mit ihrem nach dem Wüstenwind Scirocco benannten Montagesystem. Das Knubix kristalline Module mit 20 Grad etwas steiler auf, Donauer mit Futura Flat Roof sogar auf 25 Grad, um eine möglichst direkte Sonneneinstrahlung zu gewährleisten. Beim T10 bilden L-förmig gebogene Alubleche die Auflager zwischen den Modulen und verbinden gleichzeitig die Reihen untereinander. Knubix befestigt die Modulreihen hintereinander auf durchlaufenden Aluschienen von bis zu 5,88 Metern Länge. Donauer dagegen sieht für jedes Modul zwei Dreieckstützen vor, auf denen Modul und Rückseitenblech fixiert werden. Separat befestigte Alublechstreifen verbinden hier die Besondere an Scirocco: Trotz steilem Modulwinkel von 30 Grad kann das System in vielen Fällen ballastfrei installiert werden, bei einem Eigengewicht von nur fünf und sieben Kilogramm pro Quadratmeter, dank einer ausgeklügelten Auslegungssoftware (siehe photovoltaik 11/2009). Im Gegenzug sind die US-amerikanischen Unternehmen Sunpower und Solyndra bereits in Europa aktiv. Sunpower bereitet gerade die Einführung sein neues Systems T5 für Europa vor. Auch Sunlink steht kurz vor dem europäischen Markteintritt. Derzeit stehen die Montagesysteme des kalifornischen Unternehmens auf Dächern in Nordamerika und Puerto Rico. Im Windkanal getestet Wie viel Gewicht tatsächlich auf ein konkretes Dach zusätzlich mit hinauf muss, berechnet ein Statiker entsprechend der gültigen Norm. Die Grundlage dafür bilden bei allen ballastarmen Systemen Werte aus Messungen im Windkanal. (siehe photovoltaik 08/2009) Sie sind schon in der Entwicklungsphase ein unerlässliches Werkzeug. Zeigen sie doch den Entwicklern die Möglichkeiten und Grenzen des neuen Montagesystems und geben Anregung für weitere Verbesserungen. Mit durchschnittlich 29 Kilogramm pro Quadratmeter kommt das Montagesystem Fast Sun von Solarcentury aus. Durch den flachen Neigungswinkel von zehn Grad kann Solarcentury auf große Abstände zwischen den Modulreihen verzichten. Genau wie bei den anderen flachen Systemen kann hier keine Verschattung entstehen. Die Dachfläche kann dementsprechend eng mit Modulen bepackt werden. Obwohl viele Produkte große Ähnlichkeiten miteinander aufweisen, sind unter den niedrigballastierten Montagesystemen auch neue Formen und Herangehensweisen zu finden. Jedes Unternehmen verfolgt andere Ziele bei der Produktentwicklung. Deshalb sehen die Ergebnisse am Ende auch sehr unterschiedlich aus, weiß Rolf-Dieter Lieb aus Erfahrung. Der Spezialist für Windkräfte vom Institut für Industrieaerodynamik an der Fachhochschule Aachen hat bereits mit vielen Herstellern von Montagesystemen in der Produktentwicklung zusammengearbeitet. Dabei begeistern ihn besonders die Querdenker. Darunter fallen das MSE 100 Ost-West von Schüco und das SL-001 von Solyndra. Mit geringem Materialeinsatz erzeugt das MSE 100 Ost-West sehr hohe / 2010

4 Stabilität. Dabei besteht das Grundsegment des MSE 100 Ost-West aus einem Modulpaar. Jeweils zwei Glas-Glas- Module mit aufgeklebten Rückseitenstreben und ein Zugseil bilden ein geschlossenes Kräftedreieck. So wird Material gespart, denn im Winkel von zehn Grad stützen die Module sich selbst ohne separate Unterkonstruktion. Die Kabeltrassen sorgen für die Gleitsicherung und bilden gleichzeitig die Abstandhalter zwischen den Modulreihen. Bereits einen Monat nach dem Markteintritt Ende September bekam Soluwa den Auftrag für die Installation der Dünnschichtmodule in Erlangen. Eigentlich war die Zeit zu kurz, um diese Anlage noch 2009 ans Netz zu bekommen, sagt Klaus Kexel, Geschäftsführer von Soluwa. Bei harten winterlichen Bedingungen installierte Soluwa mit acht Leuten 100 Kilowatt pro Woche. Dass die Montage so schnell von der Hand gegangen ist, liegt laut Kexel an der geringen Zahl der Bauteile. Im Sommer können wir noch deutlich schneller sein mit drei Tagen pro 100 Kilowatt, glaubt er. Eine völlig neue Formensprache hat der US-amerikanische Dünnschichthersteller Solyndra mit seinen photovoltaischen Glasröhren entwickelt. Und auf dem Papier überzeugen seine Werte für die Sicherheit bei hohen Windstärken. Mit nur 16 Kilogramm pro Quadratmeter Dachfläche halten die Module, die aus 40 Glasröhren in einem Aluminiumrahmen bestehen, Windgeschwindigkeiten von bis zu 208 Kilometern pro Stunde stand. Denn der Wind bekommt hier wenig Angriffsfläche geboten, er pfeift zwischen den Röhren hindurch. Durch die zylindrische Form der Zellen im Inneren der Nur zehn Grad Modulneigung, dafür eine dichte Belegung der kleinen Dachfläche auf dem Neubau der London South Bank University. Glasröhren soll das SL-001 morgens, mittags und abends eine sehr gute Leistung bringen. Das ist für all diejenigen interessant, die den Solarstrom vom eigenen Dach vor Ort nutzen wollen wie eine Supermarktkette aus Belgien. Neun Filialdächer und ein Zentrallager hat die Firma U.S.E. aus Süddeutschland Ende 2009 mit Solyndra- Modulen bestückt. Eine Leistung von insgesamt 1,93 Megawatt steht den Filialen nun für den Eigenverbrauch zur Verfügung. Das sind rund 50 Prozent mehr, als wir mit aufgeständerten, kristallinen Modulen hätten installieren können, sagt Arnold Berens, Geschäftsführer von U.S.E. Da die Unterkante der horizontal angeordneten Solyndra-Module 30 Zentimeter über der Dachfläche liegt, konnten kleinere Aufbauten, Rohrleitungen und Lüftungsgitter einfach überbaut werden. Auch Schüco kann mit dem MSE 100 Ost-West die vorhandene Fläche optimal ausnutzen. Soluwa-Geschäftsführer Kexel glaubt, dass er in Erlangen durch die Ost- West-Ausrichtung des Systems mehr Module installieren konnte, als mit einer nach Süden ausgerichteten Anlage möglich gewesen wäre: nämlich 90 Prozent der Dachfläche. Neben dem hohen Energiegewinn sind die Bauherren auch von dem homogenen Erscheinungsbild angetan. Keine wirren Unterkonstruktionen, sondern edel glänzende Modulbahnen, so weit das Auge reicht. Anja Riedel Anzeige Foto: Solarcentury KlickTop - Das bewährte Klemm-System jetzt auch für Welldächer KlickTop - Das Welldachbefestigungs-System Weitere Informationen unter 04 /

5 Produktdaten System Material Module Hersteller Produktname Herkunftsland Centrosolar TF Multi Professional D 2009 Gekantetes Aluminiumblech auf Aluminiumhutschiene Markteinführung Beschreibung geeignet für Dachhauttyp maximale Dachneigung Eigengewicht inklusive Modul (Flächenlast) kg/m2 Folie 20 6 Alu keine VA Unisolar triple-junction Profile Klemmen Schrauben Modultyp Donauer Intersol Futura Flat Roof D 2009 Rückseiten- und Seitenflächen geschlossen, Gewicht innen eingehängt Folie, Bitumen 3 10 VzSt Alu VA Standard HB Solar Scirocco D 2006 Aufgeständert mit Rückseitenblech, Seiten offen Beliebig 5 (bis zu 12 projektbezogen möglich) 5 bis 7 je nach Modultyp Alu Alu VA Standard Knubix Knubix 100 D 2009 Modulstützen werden auf Aluschienen eingeklinkt, seitlich und rückseitig geschlossen Kunststoff-Foliendächer, Bitumen, Beton 5 8 bis 25 Alu Alu VA Standard Iliotec FDG1 / FDG2 D 2010 Alu-Edeldstahlunterkonstruktion aerodynamisch geformt, Hinterlüftung Beliebig, Kies 5 11,5 Alu und Edelstahl Alu VA Standard Schletter Windsafe D 2006 Aufgeständertes Modul mit Rückseitenblech auf Aluwanne gekantet Folie, Bitumen 3 bis 5 Alu Alu, VA Alu, VA Standard Schüco MSE 100 Ost-West D 2009 Jeweils 2 Module als Moduldach, erweiterbar in jede Richtung Solar century Fast Sun UK UK 2009, EU 2010 Folie, Bitumen, Beton Alu keine Alu Amorphes Silizium, un, mit 2 aufgeklebten Rückseitenschienen Alu-Unterkonstruktion, Windleitbleche Beton, Bitumen, Folie 10 16,5 Profile: galvanisierter Stahl, Rückseitenblech VA Alu Sharp, Sunpower, Yingli, Sulfurcell, Sanyo, weitere in Arbeit Solarstep Solarstep light D 2005 Alu-Unterkonstruktion, Windleitbleche Folie, Bitumen, Kies, Gründach < 8 Unterkonstruktion Alu, Windabweiser verzinktes Stahlblech Alu VA Beliebig Solarworld Suntub D 2008 Kunststoffwannen, aerodynamisch geformt, untereinander verbunden Folie, Beton, sonstige ebene Dachflächen 6 5,8 Alu, Kunststoff Alu VA Standard Solyndra SL-001 USA USA 2008, EU 2009 Zylinderförmige Zellen, in Röhren nebeneinander Weiße Dachfläche, Folie, Beton, Metall 9 16 Aluminiumrahmen 40 Glasröhren mit zylinderförmigen CIGS-Zellen Sunlink Sunlink USA 2004 Module werden vorne und hinten über Halteklammern (tilt bracket) miteinander verschraubt und parallel zur Dachfläche mit Längsbändern verbunden Beton, Bitumen, Folie 12,2 bis 15,6 Alu Alu Alu Standard Sunlink Nanosolar Sunlink System USA Geplant für 2010 Horizontales Aluprofilraster auf Gummiblöcken Beton, Bitumen, Folie 22 Alu Rahmenlos, Dünnschicht Sunpower T5 USA USA 2009, EU geplant für 2010 Kunststoffrahmen mit integriertem Modul werden aneinandergesteckt Bitumen, Beton, Folien 5 11,7 Rahmen: faserverstärktes Polymermaterial Dünnschicht, zylindrisch Sunpower T10-Flachdach-PV- System USA USA 2005, EU 2007 Flach geneigte Box mit geschlossenen Rück- und Seitenflächen 5 10,3 Alu, Füße aus EPDM, verzinkte Windleitbleche an Randzonen VA VA Alle Sunpower- Modultypen Wasi Aerobox D Voraussichtlich Mai 2010 Front- und Heckprofil, seitlich geschlossen Alle 0 -Dächer, Flachdach 5 mit glatter Oberfläche 5 6,6 Alu VA VA Rahmenlos, Dünnschicht Zentralsolar Vario Light D 2009 Aufgeständerte Modulreihen mit ausgelagerten, flachen Ballastwannen verbunden Folie, Bitumen, Beton 5 7 Alu Alu VA Standard Alu Aluminium; EPDM EPDM-Gummi/Dichtungskunststoff Ethylen-Propylen-Dien-Monomer; V Stahl; VA Edelstahl; VzSt verzinkter Stahl; / 2010

6 Fachwissen & Technik Montage Anordnung max. Breite (mm) max. Länge (mm) Winkelaufstellung ( ) max. Windlastzone max. Gebäudehöhe Quer ,5 install. Leistung (MW) Garantie (Jahre) Anmerkungen Quer Bel Große Zahl an Gestellfüßen, um die Drucklast gleichmäßig auf der Fläche zu verteilen Quer Bel. 20 bis 30 4 (individuelle Prüfung) 2 Statische Auslegung immer durch HB-Solar Quer bis bis , höhere Gebäude auf Anfrage > 3 10 Quer Bel. 20 2, im Einzelfall 3 Offen mit statischem Nachweis ca. 2 5 LGA Typenstatik und Herstellerqualifikation zum Schweißen von Aluminium und Edelstahl Hoch, quer Bel. Bel. 0 bis Quer Bis 240 km/h ballastfrei Ausnutzung der Dachfläche bis zu 90 Prozent möglich Quer Bel. 10 (13 bis 14 Grad sind im Test) Überall in Europa 0,6 10 Quer Dünnschicht 15, kristallin 20 Einzelnachweis 20 ca. 2 pro Jahr Quer Keine Dachdurchdringung, System gewinnt Festigkeit und Stabilität durch Materialverbund; integrierte Wege ermöglichen leichten Zugang zu Modulen, Anlagen und Dachflächen km/h Unbegrenzt mit Design- Regeln 5 Positionierung nahezu unabhängig von der Nord/Süd-Orientierung Quer 5, 10, 15, 20 > Horizontal km/h 22 0 Flächige Anordnung, zur Begehung der Dachfläche können einzelne Module entsichert und hochgeklappt werden Horizontal Deckung der Dachfläche zu 85 Prozent Quer und bis 13 4, bis 190 km/h (projektabhängig) Statik wird durch Stützkonstruktion im Materialverbund erreicht, 1 kwp pro 10 Quadratmeter installierbar Quer Bel. Bel ,5 0,3 Hoch, quer Beliebig bis 3 04 /

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