Serie PV: Bei dachintegrierten PV-Anlagen kann man grundsätzlich zwischen PV-Solarziegeln, PV-Indachanlagen und PV-Solardächern unterscheiden. Diese Systeme repräsentieren innovative Lösungen, die zur nachhaltigen Energiegewinnung beitragen und die Funktion der Dacheindeckung übernehmen.
Durch die Kombination von Stromproduktion und Wetterschutz bieten diese Indachlösungen erhebliche Vorteile hinsichtlich Effizienz, Ästhetik und Nachhaltigkeit.
PV-Solarziegel
Obwohl Solarziegel und Solarpfannen ähnlich wie traditionelle Indachanlagen funktionieren, unterscheiden sie sich in Aufbau und Anwendung. Solarziegel sind oft genauso groß wie normale Dachziegel und fügen sich ohne zusätzliche Anpassungen in die Eindeckung ein. Die verwendeten Materialien variieren je nach Produkt und Hersteller. Bei einigen Systemen wird ein PV-Laminat auf einen Standardziegel aufgebracht. Die Verkabelung erfolgt durch vorgefertigte Öffnungen im Dachmaterial nach innen, wo die Module miteinander verbunden werden. Das Gewicht der Solaranlage entspricht der Summe aus der herkömmlichen Dacheindeckung zuzüglich den aufgebrachten PV-Laminaten. Die für die Kabeldurchführung vorgesehenen Löcher werden von den PV-Folien abgedeckt, wobei die Qualität der Verklebung über die Langlebigkeit und Dichtigkeit der Dacheindeckung entscheidet.
Auch gibt es Hersteller mit Modulsystemen, die in Größe und Form an die Eindeckung angepasst sind. Diese bestehen nicht aus herkömmlichem Ton oder Beton, sondern aus anderen Materialien wie Metall, Kunststoff, Keramik, Glas oder aus Verbundmaterialien. Diese kleinformatigen PV-Module integrieren sich durch passende Verfalzungen in das Dachbild und sind deutlich leichter als die Eindeckung mit herkömmlichen Ziegeln oder Dachsteinen. Bei diesen Systemen lassen sich Standardformteile wie Ortgang- oder Firstziegel sowie gängiges Zubehör wie Strangentlüftung oder Sicherheitselemente weiterhin verwenden. Teilweise ist es möglich, die Module wie Dachsteine zu verschieben, um das Dach während und nach der Deckung besser begehen zu können. Die Module können so auch nachträglich von der Traufe zum First hin installiert werden.
PV-Indachanlagen
PV-Indachanlagen sind in Teilbereiche des Daches integriert und werden von herkömmlichen Dacheindeckungen wie Ziegeln, Dachsteinen oder Schiefer umgeben. Einige dieser Systeme verfügen über spezielle Eindeckrahmen, die als Übergang von der PV-Generatorfläche zur eigentlichen Dacheindeckung dienen. Bei der Planung ist darauf zu achten, dass innerhalb der PV-Fläche des Indachsystems keine Störelemente und Durchdringungen vorgesehen werden. Typische Dachdurchdringungen wie Entlüfter oder Dachbegehungen werden daher außerhalb der PV-Fläche eingebaut. Allerdings ist es unter bestimmten Voraussetzungen möglich, Dachfenster in die PV-Indachanlage zu integrieren, da sowohl Dachfensterhersteller als auch Hersteller der Indachanlagen hierfür Lösungen entwickelt haben. Indachanlagen werden von Herstellern in verschiedenen Systemen angeboten. Bei der Montage ist die jeweils gültige Verlegeanleitung zu beachten. Je nach System werden die Module mit Überdeckung und/oder mithilfe von Metallprofilen auf der zuvor aufgebrachten Dachlattung mit Zusatzmaßnahme verlegt. Es können zusätzliche Metallprofile, Dachlatten oder Montagebohlen zur Auflage und Befestigung der Module erforderlich sein. Häufig werden dabei Standardmodule verwendet. Zudem ist bei der Planung und Ausführung stets die Regeldachneigung der eigentlichen Dacheindeckung zu berücksichtigen.
PV-Solardächer
Mittlerweile bieten einige Hersteller innovative Solardächer als Komplettlösung an. Diese Systeme gibt es in unterschiedlichen Varianten, von kleinen Modulen in ziegelähnlichen Abmessungen bis hin zu Modulen in Standardgrößen. Solardächer ersetzen die komplette Dacheindeckung, sodass keine klassischen Eindeckungen wie bei Indachsystemen oder Solarziegeln notwendig oder möglich sind. Das bedeutet jedoch auch, dass alle Dacheinbauteile entweder vom Hersteller bereitgestellt oder handwerklich angepasst und integriert werden müssen. Bei Solardächern wird in der Regel zwischen aktiven Modulen und passiven Anpassungsmodulen unterschieden. Einige Hersteller empfehlen, alle Dachseiten mit aktiven Photovoltaik-Modulen einzudecken, da dies wirtschaftlich oft die bessere Wahl ist. Passive Anpassungsmodule aus Verbundmaterialien produzieren keinen Strom und werden auf der Baustelle im Bereich von Traufen, Ortgängen, First, Dachfenstern, Schornsteinen oder sonstigen Anschlüssen und Durchdringungen an die Vor-Ort-Gegebenheiten angepasst. Auch bei Solardächern bieten Hersteller und Dachfensteranbieter innovative Lösungen für die Integration von Dachfenstern in Solardächer an. Diese Integration ermöglicht es, die Funktionalität und Ästhetik des Daches zu bewahren, während gleichzeitig eine effiziente Energiegewinnung gewährleistet wird.
ADPV versus GIPV/BIPV
PV-Solarziegel, PV-Indachanlagen und auch PV-Solardächer gehören zu den gebäude- oder bauwerksintegrierten Photovoltaik-Anlagen, abgekürzt GIPV und BIPV. Rein ökologisch gesehen schneiden die meisten dieser PV-Systeme besser ab als herkömmliche Bauteile, da sie die Kombination aus Energiegewinnung und funktionalem Wetterschutz darstellen. Sie werden sehr gerne auch als architektonisches Gestaltungselement bei Dächern eingesetzt und sind deshalb bei Architekten und Bauherren recht beliebt.
Bei dachintegrierten PV-Anlagen handelt es sich um eine Kombination aus Elektrotechnik und Bauprodukten, sodass diese Systeme den baurechtlichen Anforderungen entsprechen müssen. Bauwerksintegrierte PV-Systeme sind baurechtlich keine geregelten Bauprodukte und sind deshalb nur auf Basis einer Zustimmung im Einzelfall oder einer allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung verwendbar. Dabei müssen Standsicherheit, Tragfähigkeit, Dauerhaftigkeit, Materialverträglichkeit sowie bauphysikalische Aspekte des Wärme-, Feuchte- und Brandschutzes eingehalten werden. Aufdachanlagen, auch „Additive PV-Anlagen (AdPV)“ genannt, haben nur die Aufgabe der Stromerzeugung. Diese Aufgabe haben auch dachintegrierte PV-Anlagen, hinzu kommen Wetterschutz und der Auftrag der elektrochemischen Abschirmung. Da diese dachintegrierten Systeme auch die Funktion der Eindeckung übernehmen, müssen sie ausreichend widerstandsfähig gegen eine Beanspruchung von außen durch Flugfeuer und strahlende Wärme sein. Dabei handelt es sich um die Anforderung einer „Harten Bedachung“ nach DIN 4102 oder DIN EN 13501-5. In der im Februar 2011 veröffentlichten Publikation „Brandschutzgerechte Planung, Errichtung und Instandhaltung von PV-Anlagen“ steht auf Seite 14: „Dachintegrierte Anlagen, die den Anforderungen der harten Bedachung entsprechen, können bis an die Auskragung der Brandwand heran gebaut werden.“ Trotz dieser Aussage sind die einzelnen Landesbauordnungen in Abhängigkeit von Gebäudeklassen und -abständen zur Grundstücksgrenze oder zu anderen Gebäuden einzuhalten.
Brandschutz und Verkabelung
Bei der Planung und Ausführung von dachintegrierten PV-Anlagen muss berücksichtigt werden, dass die brandhemmende Wirkung einer klassischen Dacheindeckung als zusätzlicher Schutz fehlt und Kabel und Stecker in der Regel auf der Zusatzmaßnahme oder Wärmedämmung liegen. Dies erhöht das Risiko im Brandfall. Bei den standardmäßigen Anschlüssen und Verkabelungen von Stringwechselrichtern können Spannungen von bis zu 1.000 V DC anliegen, die im Falle eines Lichtbogens zu verhängnisvollen Bränden führen können. Daher sollten Systeme mit Schnellabschaltung im Falle eines Störlichtbogens bevorzugt werden, wie sie beispielsweise bei Moduloptimierern und Mikrowechselrichtern zum Einsatz kommen. Diese Systeme arbeiten zudem meist mit einer niedrigeren Systemspannung, was die Sicherheit bei dachintegrierten PV-Anlagen erhöht.
Multifunktionale Dächer der Zukunft
Da eine dachintegrierte PV-Anlage die Kombination aus Energiegewinnungsfläche und Dacheindeckung darstellt, ist das Zusammenspiel mit einer geeigneten Zusatzmaßnahme genauso wichtig wie bei anderen Eindeckungsarten. Bei der Verwendung von Modulen anstelle der handelsüblichen Eindeckungsmaterialien gibt es zudem bauphysikalische Gesichtspunkte zu beachten. Ziegel, Dachsteine sowie Faserzementplatten und auch Schiefer sind in der Lage, eine gewisse Menge von Sekundärtauwasser aufzunehmen, zwischenzuspeichern und wieder abzugeben. Das können weder Metalle noch Kunststoffe oder Glas. Das heißt, bei einer Taupunktunterschreitung fällt das Kondensat auf der Unterseite der Module direkt aus und gelangt auf die Zusatzmaßnahme. Auch aus diesem Grund empfiehlt es sich nicht, dachintegrierte PV-Anlagen bei älteren Dächern in vorhandene Dacheindeckungen einzubauen, sondern nur in Kombination mit einer neuen dazugehörigen Zusatzmaßnahme, also bei Neubauten oder der klassischen energetischen Dachmodernisierung.
Gemäß dem Merkblatt Solartechnik für Dach und Wand als Bestandteil der Fachregeln des deutschen Dachdeckerhandwerks sind unter Solaranlagen, welche die Deckwerkstoffe flächig ersetzen und deren fachregelkonforme Regensicherheit herstellerseitig nicht gegeben ist, wasserdichte Unterdächer anzuordnen.
Dabei handelt es sich um eine flächige Unterlage aus Holz oder Holzwerkstoffen mit einer einlagigen Abdichtung aus Kunststoff oder Bitumen, also Materialien aus der herkömmlichen Flachdachabdichtung. Die Konterlattung wird in die Abdichtung des Unterdaches integriert. Aus bauphysikalischen Gründen ist eine diffusionsdichte Abdichtung als Unterdach nicht immer die beste Lösung. Seit 2024 wurden als zusätzliche Option auch nahtgefügte diffusionsoffene Unterdeckbahnen für erweiterte Anwendungen ins Regelwerk aufgenommen. Diese UDBeA sind eine neue Bauart mit bekannten Produkten, die umgangssprachlich oft als „diffusionsoffene Unterdachbahnen“ bezeichnet werden. Die Materialanforderungen dieser Bahnen müssen dem Produktdatenblatt UDBeA des ZVDH entsprechen und gehören wie das wasserdichte Unterdach in die Klasse 1 der Zusatzmaßnahmen. Mit einem wasserdichten Unterdach unter einer dachintegrierten PV-Anlage ist man im Zweifel zwar immer technisch richtig unterwegs, verliert aber in der Regel den wirtschaftlichen Wettkampf mit den PV-Aufdachanlagen. Hinzu kommt: Wenn bestimmte dachintegrierte PV-Systeme sich in der Praxis als regensicher bewährt haben und über längere Zeiträume keine Schäden bekannt sind, tut man diesen Systemen auch Unrecht.
Auf der anderen Seite gibt es viele neue innovative dachintegrierte PV-Systeme, deren dauerhafte Eignung auf dem Dach zum einen nicht nachgewiesen ist, und zum anderen fehlen den Dachdeckern Erkenntnisse, wie diese Systeme witterungstechnisch einzuschätzen sind. Das bedeutet, es gibt viele „Sollbruchstellen“ innerhalb der einzelnen Systeme. Deshalb kann sich das Dachdeckerhandwerk bei diesen neuartigen dachintegrierten PV-Modulen nicht auf die „anerkannten Regeln der Technik“ berufen. Diese sind abgekürzt:
- theoretisch richtig, den Beteiligten bekannt undin der Praxis bewährt.
Theoretisch mögen diese Systeme durchaus funktionieren, jedoch sind sie weder durchgängig bekannt, noch haben sie sich in der Praxis ausreichend bewährt. Aus diesem Grund brauchen wir als Verarbeiter die Gewissheit, dass diese innovativen Solarsysteme dauerhaft funktionieren. Oder zumindest derart resilient sind, dass im Falle eines Versagens der Hersteller mit einer beim ZVDH hinterlegten sogenannten innovativen Materialgarantie die durch einen Materialfehler entstehenden Kosten übernimmt. Basis für diese Materialgarantie ist die ordnungsgemäße Verarbeitung anhand eines vom Hersteller vorgegebenen und vom ZVDH geprüften Datenblatts, das zum Zeitpunkt der Verarbeitung gültig war.
Für die Verarbeitung dieser Systeme auf dem Dach hat der Hersteller einen Nachweis der Regensicherheit für die jeweilige Dachneigung, zum Beispiel durch einen geeigneten Test in einem Prüfinstitut, vorzulegen, ansonsten ist gemäß dem Merkblatt Solartechnik ein wasserdichtes Unterdach oder eine vergleichbare Konstruktion anzuordnen.
Leistung von dachintegrierten PV-Anlagen?
Auch bei gebäudeintegrierten PV-Anlagen werden teilweise Standardmodule verwendet, wobei für die Wärmeentwicklung die gleichen Bedingungen wie bei Aufdachanlagen gelten. Mit zunehmender Temperatur sinkt bei beiden Systemen die Leistung der Module. Wegen der eingeschränkten Belüftung wird den dachintegrierten PV-Systemen oft ein niedrigerer Ertrag im Vergleich zu reinen Aufdachanlagen unterstellt. Das ist jedoch so nicht richtig, denn der größte Anteil der Wärme wird durch konvektiven Wärmeübergang an der Moduloberseite abgegeben. Das bedeutet, der Luftstrom über der PV-Anlage kühlt die Modulflächen ab, und dieser Effekt wird durch Wind noch verstärkt. Eine ausreichend dimensionierte Konterlatte erhöht den Lüftungsraum zwischen Unterkante der Module und Oberkante der Zusatzmaßnahme, was die Luftzirkulation verbessert und einem Leistungsabfall durch Wärme entgegenwirkt. Qualitativ hochwertige Module mit einem niedrigen Temperaturkoeffizienten sind für Indachsysteme wichtiger als 1–2 cm höhere Konterlattungen, deren Höhe jedoch 40 mm nicht unterschreiten sollte. Sowohl das Material der Unterkonstruktion als auch die Dachneigung sind entscheidend für eine konstruktive Kühlung der Module. Metallische Folien unter den Modulen sind bauphysikalisch kontraproduktiv, da sie die Wärmeverteilung zum Dach hin verhindern. Dadurch kann es zu einem Hitzestau kommen. Bei steileren Dächern ab 30° Dachneigung funktioniert der thermische Antrieb als sogenannter Kamineffekt. Bei flacheren Dächern nimmt sowohl die Auftriebswirkung der warmen Luft als auch die Unterstützung durch den Wind stark ab. Aber all das hat nichts mit der Anlagenart zu tun, das gilt sowohl für dachintegrierte als auch für Aufdachanlagen. Häufig kommt es zu unzulässigen Vergleichen zwischen Freiflächenanlagen und dachintegrierten Anlagen. Prozentuale Ertragssteigerungen beziehen sich oft auf Freiflächenanlagen, bei denen die Module von Luft umströmt werden und dadurch ertragreicher sind als auf Dächern installierte Anlagen, sei es integriert oder aufgesetzt.
Spielwiese des Dachdeckers
Dachintegrierte PV-Lösungen werden primär im Neubau oder bei energetischen Dachmodernisierungen eingebaut und daher hauptsächlich von Dachdeckern ausgeführt, die mit den Fachregeln des deutschen Dachdeckerhandwerks vertraut sind. Ein wesentlicher Vorteil von dachintegrierten Anlagen ist ihre Gewichtsreduktion, da die Module leichter sind als traditionelle Eindeckungen mit Ziegeln oder Dachsteinen. Bestandsdächer verfügen oft nicht über ausreichende statische Reserven und können durch zusätzliche Dämmung und neue Unterkonstruktionen an ihre Belastungsgrenzen stoßen. Da diese PV-Anlagen in der Ebene der Dacheindeckung liegen, bieten sie Windböen weniger Angriffsfläche als Aufdachanlagen. Zudem liegen Kabel und Stecker unter den regensichernden Modulen und sind somit nicht der Witterung ausgesetzt. Ein weiterer Vorteil ist die einfachere Wartung der Dacheindeckung bei dachintegrierten PV-Anlagen im Vergleich zu Aufdachanlagen. Auch sind diese PV-Systeme ressourcenschonend, da sie Wetterschutz und Energieerzeugung vereinen. Darüber hinaus bieten sie eine optisch ansprechende Lösung, die von Kunden als hochwertig angesehen wird.
Den kompletten Beitrag lesen Sie in DDH 08.2024.
