Leichtbau-PV spielet auf lastbeschränkten Dächern und an Fassaden seine Stärke aus
Von photovoltaik-Redakteur Sven Ullrich für das Spezial „Solardächer richtig planen und installieren“
Leichbaumodule – Immer wieder stoßen die Solarprojektierer an die Grenzen der Tragfähigkeit von Flachdächern. Dies ist die Domäne der Module ohne Glas. Doch auch an Fassaden und auf besonderen Dachkonstruktionen können sie ihre Stärken ausspielen.
Wenn die Statik streikt, beginnt die Herausforderung. Das mussten auch die Planer der Solaranlage an der Fassade des Logistikzentrums von Pflanzen-Kölle in Wiesbaden. Sie ist ein Teil der Nachhaltigkeitsstrategie der Gartencenter-Kette. Denn die Sandwichpaneele der Hallenkonstruktion konnten keine nennenswerten zusätzlichen Lasten aufnehmen. Klassische Glasmodule mit ihrem Gewicht von rund 20 Kilogramm pro Quadratmeter schieden damit aus.
Die Lösung war, Leichtbaumodule an der Fassade anzubringen. Das sind kristalline Solarmodule, die allerdings ohne das schwere Glas auskommen. Die Solarzellen sind hier zwischen zwei Schichten aus Kompositmaterial einlaminiert. Das spezielle Material sorgt einerseits dafür, dass die Solarzellen gut geschützt Strom produzieren, die Flächenlast aber weit unter der herkömmlicher Solarmodule liegt.
Montage an der Fassade
Für die Anlage in Wiesbaden haben sich die Planer für Module von Euronergy entschieden. Die Anlage zeigt eindrucksvoll, was moderne Leichtbauphotovoltaik leisten kann: 212 Module mit insgesamt 89 Kilowatt Peak verwandeln Süd- und Ostfassade in Kraftwerke. Mit nur 2,4 Kilogramm pro Quadratmeter eröffnen die flexiblen Dandelion-Module von Euronergy ganz neue Möglichkeiten der Solarmontage. Denn immer mehr solcher Anlagen werden an den Fassaden von Gewerbe- und Industriebetrieben gebaut. Da hier das Sandwichpaneel eine gängige Gebäudehülle ist, werden solche Lösungen immer wichtiger.
Die Handwerker haben für die Montage zunächst U-Profile über zwei Laschen an die Wand aus Aluminium auf die Fassade geschraubt. „In diesem Fall war hinter der Dämmung noch ein Stahlträger, in den wir hineinschrauben konnten und der zusätzliche Stabilität verschafft“, weiß Johannes Wegel, der bei Osnatech für die Planung und Projektierung von Photovoltaikanlagen verantwortlich ist. Ohne solche Träger müsste eine zusätzliche Unterkonstruktion als Vorbau vor die Fassade montiert werden – was die Planung deutlich komplexer macht.
Module fixieren
Der vier Zentimeter breite Steg des Aluminiumprofils wurde dann leicht angeschliffen, um ausreichend Haftung für den speziellen Hochleistungskleber zu erreichen, der im Anschluss auf die Profile aufgetragen wird. Auf diesen Kleber legen die Handwerker danach die Module auf und drücken sie leicht an. Da der Kleber sehr weich ist, würden die Module von der Fassade rutschen. Deshalb müssen die Handwerker noch ein Fixing Tape anbringen, bevor sie den Kleber auf die U-Rohre verteilen. Diese hält die Paneele in Position, bis der Kleber ausgehärtet ist.
Pro Modul kommen sieben Unterkonstruktionen zum Einsatz – jeweils eine am Anfang und am Ende. Die übrigen fünf werden über die restliche Modulfläche verteilt. Dabei ist Präzision entscheidend. „Wenn man am Ende die Anlage gerade haben möchte, muss man alle Profile gleichmäßig verteilen“, sagt Johannes Wegel. „Dabei muss die erste und letzte Schiene präzise an der Außenkante der Module sitzen, damit sich der Wind nicht unter die Paneele legen kann. Der gleichmäßige Abstand der restlichen Schienen verhindert, dass das flexible Modul bei Wind oder mechanischer Belastung instabil wird.“
Stark auf dem Flachdach
Die Handwerker sollten darauf achten, dass sie zwischen den Modulen definierte Abstände lassen. An den Steckverbindungen zwei bis drei Zentimeter, um die Kabel zu verstecken, zwischen rückseitig aneinanderliegenden Modulen etwa ein Zentimeter. „So können die Module nicht aneinanderstoßen und sich verformen, auch wenn sie aufgrund von Temperaturschwankungen oder mechanischen Einflüssen arbeiten“, erklärt Wegel. Diese thermischen Dehnfugen sind essenziell für die Langlebigkeit der Anlage.
Solche Module sind aber auch für Flachdächer perfekt geeignet, wenn die Resttragfähigkeit die Installation einer Solaranlage mit herkömmlichen Modulen nicht zulässt. Der Vorteil ist, dass der Handwerker nicht nur die schweren Glaspaneele durch die Leichtgewichte ersetzt, sondern auch noch das Gewicht des Montagesystems auf ein Minimum reduziert. Denn die Module werden hier auf rechteckigen Kunststoffrohren verlegt, die als Unterkonstruktion dienen.
Akribisch arbeiten
Bevor die Anlage aber aufgebaut wird, sollten die Handwerker die Position der Kunststoffrohre einmessen und mit einer Schlagschnur und einem Wachsstift markieren. Auch auf dem Dach liegen die Module auf mindestens sieben Kunststoffrohren auf. Hier muss der Handwerker ein gewisses Maß an Akribie an den Tag legen. „Denn die jeweils äußeren Rohre sollten möglichst an den Rändern des Moduls positioniert sein“, rät Johannes Wegel. „Wenn die Rohre dazwischen um einen oder zwei Zentimeter verrutschen, ist das nicht tragisch. Doch sollten keine größeren Lücken zwischen zwei Rohren entstehen. Denn bei heftigem Schneefall könnte das Modul an den Stellen durchhängen, wo größere Lücken in der Unterkonstruktion sind, und brechen“, warnt er. Deshalb gibt es für jedes Projekt einen genauen Verlegeplan.
Danach muss die Dachhaut gereinigt werden. Foliendächer sollten die Handwerker tatsächlich mit einem feuchten Tuch abwischen. Auf Bitumendächern reicht es, wenn die Handwerker die Oberfläche fegen und so von grobem Schmutz reinigen.
Klebetest durchführen
Im Anschluss bereiten die Handwerker die Unterkonstruktion vor. Dazu reinigen sie die Kunststoffrohre und sprühen sie mit einem Primer ein. „Dieser wirkt wie eine Grundierung beim Lackieren und raut die Oberfläche leicht an. Dadurch hält der Spezialkleber perfekt, der auch hier zum Einsatz kommt“, erklärt Johannes Wegel.
Im Anschluss bringt der Handwerker den Spezialkleber auf die Kunststoffrohre auf. Für Folien- und Bitumendächer wird der gleiche Kleber verwendet. Bei größeren Projekten wird ein Klebetest durchgeführt. Der Kunde bringt verschiedene Klebesorten in einer Ecke auf dem Dach auf und setzt diese zwei Wochen lang der Witterung aus. Danach kommt ein Experte von Osnatech und führt einen Peel-off-Test zur Auswahl des optimalen Klebers durch.
Abstand zur Dachhaut
Für das Auftragen des Klebers nutzt der Handwerker eine elektrische Kartuschenpistole. Diese drückt den Kleber aus einem Schlauchbeutel auf das Kunststoffrohr. Die Tülle enthält eine dreieckige Aussparung. Der Handwerker setzt die Kartuschenpistole senkrecht auf die mittige Nut des Kunststoffrohrs und drückt auf den Knopf der Pistole. Dann zieht er diese gleichmäßig über die gesamte Länge des Rohrs. Durch die Aussparung wird immer die passende Menge Kleber – etwa zehn Millimeter – auf die Oberfläche gebracht.
Im Anschluss legt er das Kunststoffrohr mit dem Kleber auf die Dachfläche und drückt es leicht an. Hier sollte er nicht zu viel Druck ausüben, sodass der Kleber eine Dicke von etwa drei bis fünf Millimetern behält. Denn die Kunststoffrohre sollten nicht direkt auf der Dachhaut liegen, um Beschädigungen zu vermeiden. Am Ende liegt die gesamte Anlage nur auf dem Kleber auf. Die Kunststoffrohre sorgen nur für ausreichend Abstand zur Dachhaut, um die Abwärme der Module abzutransportieren.
Module nur leicht andrücken
Wenn die Kunststoffrohre verlegt sind, bringen die Handwerker auf die Oberfläche der Unterkonstruktionen für das erste Modul ebenfalls Kleber auf. Danach legen sie das Paneel auf und drücken es ebenfalls leicht an. Dafür hat sich eine Gummirolle, ähnlich einer Malerrolle, bewährt. „Mit der Rolle einfach nur ganz leicht übers Modul rollen, dass dieses wirklich nur angedrückt, aber nicht festgedrückt wird“, erklärt Wegel. Die Module müssen nicht mit Primer eingesprüht werden, da die Rückseite schon leicht angeraut ist.
Die Module sollten so verlegt werden, dass die Seite mit den Steckern immer zum geplanten Wartungsgang zeigt. Denn auf dieser Seite werden später noch die Kabelkanäle verlegt, in denen die einzelnen Module nach Plan zu Strings miteinander verkabelt werden.
Arbeiten gut planen
Wichtig für die Planung der Arbeiten auf dem Dach ist, dass immer noch so viele Unterkonstruktionen, Module und Dachflächen vorbereitet werden, wie die Handwerker innerhalb eines bestimmten Zeitfensters planen. Dabei sollten sie die einzelnen Komponenten gründlich vorbereiten. „Rund 90 Prozent der Arbeitszeit müssen für die Vorbereitungen aufgewendet werden. Die Verlegung der Unterkonstruktion und der Module geht dann sehr schnell“, weiß Johannes Wegel aus Erfahrung.
Wenn das Montageteam gut eingespielt ist, können zwei bis drei Handwerker an einem guten Tag 100 bis 150 Kilowatt verlegen, schätzt der Solarexperte von Osnatech. „Die Arbeitsabläufe sind dabei perfekt aufeinander abgestimmt: Einer zieht die Klebelinien auf die Unterkonstruktionen, zwei weitere bringen die Module an. Das Einzige ist dann, kurz den Abstand zwischen den Modulen zu prüfen: drei Millimeter auf der Seite ohne Kabel, drei Zentimeter auf der Seite mit Kabel und nächstes Modul auflegen“, beschreibt Wegel den Rhythmus auf der Baustelle.
Installation nur im Trockenen
Das gesamte System ist auch für geneigte Dächer geeignet. „Bis etwa acht Grad Dachneigung können wir ohne Fixation Tape installieren. Ist das Dach steiler, sollte der Handwerker die Module mit dem Fixation Tape installieren. Das Tape löst sich nach etwa einem halben Jahr auf – bis dahin ist der Kleber längst ausgehärtet“, sagt Johannes Wegel.
Einzige Voraussetzung für die Installation ist: Die Wetterbedingungen müssen stimmen. So kann der Kleber nur bei mindestens fünf Grad Celsius und bei maximal 75 Prozent Luftfeuchtigkeit verarbeitet werden. „Wenn es regnet, kann die Anlage nicht installiert werden“, stellt Wegel klar. „Bei einem kurzen Regenschauer und der Installation auf Foliendächern können die Handwerker abwarten und danach das Dach wieder trocken wischen. Bei Bitumen sollten sie länger warten, da diese Bahnen längere Zeit zum Trocknen benötigen. Bei stärkerem Regen muss die Arbeit eingestellt werden.“
Tonnendach solarisiert
Die Lösung ist nicht nur für Flachdächer geeignet. Da die Zellen in den Modulen von Euronergy auf der Rückseite vollflächig mit einer Kupferfolie kontaktiert sind, sind sie auch flexibel und können sich der Form des Untergrunds anpassen. Das ist primär bei der Montage auf Tonnendächern relevant. Wie so etwas gelingt, haben die Handwerker von Proxables, dem niederländischen Vertriebspartner von Euronergy, gezeigt. In den Niederlanden haben sie auf dem Tonnendach eines Supermarkts von Hoogvliet 449 Module mit je 420 Watt direkt auf die Dachhaut geklebt – ohne separate Unterkonstruktion aus Rohren.
Die Module folgen der Wölbung des Daches, wobei ihre Flexibilität zum Tragen kommt. „Das Euronergy-Modul ist auf der langen Seite, so wie es verklebt wird, relativ flexibel, sodass es einem gewissen Biegeradius folgen kann“, erklärt Johannes Wegel. Entscheidend ist, dass die Tonnenwölbung nicht zu eng ist – auf dem niederländischen Supermarkt verteilt sich die gesamte Biegung auf drei Module, der Radius pro Modul ist also gering.
Flexible Installation möglich
Das Fixation Tape kommt auch hier zum Einsatz, denn ohne würde das Modul durch sein Eigengewicht und die noch flüssige Kleberphase nach unten rutschen. Die Herausforderung liegt weniger im Modul als in der Elektrik: Die Verschaltung erfordert viele Kabelbrücken, da die übliche Stringführung durch die Tonnenwölbung unterbrochen wird.
Doch gerade bei solchen herausfordernden Projekten zeigen sich die Stärken der Leichtbaumodule. Vor allem die Module von Euronergy können hier punkten. Denn die Dandelion-Serie setzt auf die sogenannte UIBC-Technologie (Ultimate Interdigitated Back-Contact). Statt Drähten und Lötstellen kommen Kupferfolien zum Einsatz – komplett bleifrei. Durch diese besondere Verschaltung der Zellen können keine Lötstellen abreißen, wenn das Modul leicht gebogen wird. Zudem wird so verhindert, dass es zu isolierten Bereichen der Zellen kommt, wenn diese doch durch die Biegung zerbrechen sollten.