Photovoltaik: Einzelbefestigungen für technische Installationen auf dem Flachdach erfordern viel Sorgfalt bei der Einbindung in die Dachabdichtung. Bei PV-Anlagen mit ihrer Vielzahl an Befestigungspunkten sind durchdringungsfreie Lösungen mögliche Alternativen. Sie funktionieren mit Auflast, durch aerodynamische Lagesicherung oder mittels Aufschweißen auf die Dachabdichtung.
Die großen Flachdächer von gewerblichen Gebäuden wie Industriehallen, Einkaufszentren oder Lagergebäuden bieten ein erhebliches Flächenpotenzial für die Gewinnung von Solarstrom. Die Dächer sind innerhalb von Gewerbegebieten oft vollständig frei von Verschattungen, lassen sich anders meist kaum nutzen und eröffnen dem Gebäudebesitzer durch ihre Größe erhebliche Einnahmemöglichkeiten. PV-Anlagen auf Flachdächern haben sich dadurch zu einem wichtigen Geschäftsfeld entwickelt, das dem Dachhandwerk sowohl im Neubau als auch im Bestand Auftrags- und Wertschöpfungschancen bietet. Auch die Industrie hat den Trend erkannt und verschiedene Lösungen für die Befestigung bzw. Lagesicherung der Anlagen auf den Markt gebracht. Es lassen sich grundsätzlich Befestigungen mit oder ohne Durchdringung der Dachhaut unterscheiden. Durchdringungsfrei funktionieren zum Beispiel:
- Ballastierte Systeme
Voraussetzungen für die Systemwahl
Vor der Entscheidung über die Befestigung müssen die Traglastreserven der Konstruktion überprüft werden, denn die Solaranlage bringt zum einen ihr Eigengewicht zusätzlich auf das Dach und kann zum anderen die Windsog- und -druckverhältnisse verändern. Wegen der Windbedingungen werden PV-Module auf dem Flachdach oft mit weniger Neigung eingebaut als es sonnentechnisch optimal und vom Steildach bekannt ist. Flachere Module bieten dem Wind weniger Angriffsfläche. Um Schmutzablagerungen zu vermeiden bzw. sie mit dem nächsten Regen wegspülen zu lassen, sollte die Neigung jedoch möglichst nicht unter 10° liegen. Zu entscheiden ist außerdem über die Orientierung der Module.
Eine reine Südorientierung maximiert meist die Erträge, erzeugt aber auch eine markante Spitze der Stromgewinnung um die Mittagszeit. Umgekehrt verteilen Anlagen mit Ost-West-Ausrichtung den Ertrag gleichmäßiger über den Tag. Bei reinen Südanlagen sind alle Module in die gleiche Richtung orientiert, während bei Ost-West-Anlagen oft eine satteldachartige Anordnung der Module verwendet wird, seltener auch eine nach innen geneigte „Schmetterlingsform“. Bei der Platzierung der Module auf dem Dach sind Wartungswege zu berücksichtigen. Für die Wahl des Montagesystems und der Befestigungsart muss zwischen neuen und bestehenden Flachdachabdichtungen unterschieden werden. Bei neu abzudichtenden Dächern können Befestigungen mit Durchdringung, also die Verankerung in der Tragkonstruktion, als Alternative zu aufgelegten Systemen geprüft werden. Eine vorhandene und funktionierende Abdichtung wird man jedoch nicht ohne Not öffnen, weshalb sich hier eher durchdringungsfreie Befestigungen anbieten. Wenn es sich um eine schon ältere Abdichtung handelt, sollte deren Reststandzeit abgeschätzt werden, um dem Auftraggeber eventuell die Erneuerung der Abdichtung zu empfehlen, bevor er die Solaranlage montieren lässt. Des Weiteren ist zu überlegen, wo eine eventuelle Gewerkegrenze sicher und sauber definiert werden kann, wenn die Abdichtung und die Modulmontage nicht von ein und demselben Betrieb ausgeführt werden. Aufgelegte Systeme haben hier den Vorteil, dass der Dachdecker die Abdichtung in bewährter Weise ausführen und sich von der Bauleitung abnehmen lassen kann, ehe in einem nächsten Schritt die Solarmontage erfolgt.
Vorteile auch mit Durchdringung
Eine sichere und bewährte Art der Befestigung ist die Verankerung in der Tragkonstruktion des Dachs, die allerdings eine Vielzahl von Durchdringungen der Dachhaut zur Folge hat. Die fachgerechte Abdichtung dieser Durchdringungen ist aufwendig, kostenintensiv und bei aller Sorgfalt auch fehleranfällig. Wegen der wirtschaftlichen Nachteile kommt diese Lösung eher selten zum Einsatz, trotzdem sei hier kurz auf ihre ebenfalls vorhandenen Vorteile hingewiesen. So bleiben die Dachabdichtung und die Dämmung unbelastet. Außerdem kann ein ausreichender Abstand zwischen den Modulen und der Dachoberfläche gewährleistet werden, der einerseits die Module gut hinterlüftet und andererseits die Zugänglichkeit zur Dachabdichtung für Wartung und Instandhaltung ohne Rückbau der PV-Anlage bewahrt. Bei Befestigungen mit Durchdringungen werden die Lasten nicht flächig, sondern punktweise eingetragen, weshalb neben der allgemeinen Traglastreserve eventuell speziell geprüft werden muss, ob die Konstruktion für diese Punktlasten geeignet ist.
Ballast zur Lagesicherung
Die Entwicklung der durchdringungsfreien Befestigungen begann mit den ballastierten Systemen. Die Unterkonstruktion der Module liegt dabei lose auf der Dachhaut auf und erhält ihre Lagesicherheit allein durch ihr Eigengewicht und die Ballastierung. Als Ballast können Betonplatten dienen, die zugleich den Montageuntergrund für die solare Unterkonstruktion bilden. Außerdem gibt es Wannensysteme, in deren Wannen das Zusatzgewicht in Form von Betonteilen oder Schotter eingebracht wird. Sehr elegant können ballastierte Systeme auf dem begrünten Solardach funktionieren, wenn sich der Substrataufbau gleichzeitig als Gewicht für die Lagesicherung der Module nutzen lässt. Ein Nachteil der Aufbauten mit Ballast liegt in der stärkeren Belastung des Untergrunds. Das betrifft zum einen die Statik der Tragkonstruktion, aber speziell auch die Druckfestigkeit des Dämmstoffs unter der Abdichtung. Auf lange Sicht kann der Dämmstoff zusammengedrückt werden, was eventuell die Neigungs- und Abflussverhältnisse auf der Abdichtung negativ beeinträchtigt. Ballastierte Systeme, die direkt auf der Abdichtung liegen, benötigen eine geeignete Schutzunterlage. Sie schützt nicht nur die Dachabdichtung gegen mechanische Beanspruchungen, sondern soll auch für eine hohe Reibung und damit eine verbesserte Lagesicherheit sorgen, damit die Module nicht unter dem Einfluss von Wind „wandern“. Diese Schutzfunktion hat allerdings zur Folge, dass in die Abdichtung horizontale Kräfte eingeleitet werden, was in verschiedenen Regelwerken ausgeschlossen wird.
Aerodynamisch gesichert oder aufgeschweißt
Den Nachteil der sehr hohen Eigenlasten von Systemen mit zusätzlicher Auflast versuchen die aerodynamischen Modulaufbauten zu vermeiden. Die Lagesicherheit wird hier durch eine spezielle und meist im Windkanal geprüfte Form erreicht, sodass der Wind die Module nicht abheben kann. Für aerodynamisch günstige Verhältnisse können zum Beispiel Windleitbleche sorgen. Aerodynamische Montagevarianten werden oft auch als Leichtsysteme beworben. Sie reduzieren tatsächlich die Dauerbelastung der Tragkonstruktion und des Dämmstoffs. Allerdings kommt es auch hier bei Winddruck zu zeitweisen Stauchungseffekten im Dämmstoff. In diesen Situationen werden außerdem wiederum horizontale Kräfte in die Abdichtung übertragen. Sowohl die ballastierten als auch die aerodynamisch gesicherten Systeme liegen letztlich nur lose auf der Dachabdichtung auf. Wie die Praxis zeigt, kann dies durchaus funktionieren. Doch wer auf Nummer sicher gehen will, findet mit den aufgeschweißten Lösungen eine eher klassisch zu nennende Befestigungsvariante. Dabei wird eine Manschette oder Montageschiene auf die fertige Dachabdichtung gelegt und mit einem materialgleichen Streifen eingeschweißt.
Die Verwendbarkeit dieser auch adhäsive Systeme genannten Befestigungen muss durch eine Allgemeine bauaufsichtliche Zulassung bzw. eine Allgemeine bauaufsichtliche Bauartgenehmigung abgesichert sein. Aus der Zulassung ergibt sich, für welche Abdichtungsbahnen das System angewendet werden darf. Von den dort angegebenen Materialien sollte nicht abgewichen werden. Denn das DIBt verlangt im Rahmen der Zulassung den Nachweis, dass die einzuleitenden Zug- und Schubkräfte durch alle Schichten des Dachaufbaus hindurch dauerhaft in die tragende Konstruktion des Gebäudes weitergeleitet werden. Damit bieten die aufzuschweißenden Befestigungen eine sichere Lösung für das Problem der Horizontalkräfte in der Dachbahn an. Neben rein adhäsiven Systemen gibt es auch Kombinationen aus mechanischer Befestigung und einem aufzuschweißenden Formteil, die völlig ohne Belastung der Dachbahn auskommen. Dabei wird eine Montageschiene auf die fix und fertige Dachabdichtung gelegt und in die Tragschicht verschraubt. Das anschließend aufgeschweißte Formteil sorgt für die Dichtheit der Verbindung.
