Gefahr fürs Dach: PV Montagesysteme in Bewegung

Neues BSW-Whitepaper zum Raupeneffekt bei Solaranlagen

Moderne Flachdachanlagen werden heute mit ballastierten Montagesystemen ohne Dachdurchdringung gebaut. Das ist schonender fürs Dach, als traditionelle Montageverfahren, kann jedoch bereits bei einer geringfügigen Neigung des Daches und saisonbedingten Temperaturschwankungen dafür sorgen, dass die Anlage langsam Richtung Dachkante herabwandert. Dies wird „Raupeneffekt“ genannt. Innerhalb der Fachgruppe Bautechnik des Bundesverband Solarwirtschaft (BSW Solar) haben die Experten von ESDEC intensiv über mögliche Lösungen diskutiert, die den Raupeneffekt bei Flachdächern eliminieren. Die Diskussionsergebnisse hat der BSW Solar in Form eines Whitepapers veröffentlicht.

PV Anlagen wandern 

Anlagen auf Flachdächern werden heutzutage in der Regel mit ballastierten, aerodynamisch optimierten Montagesystemen errichtet. Diese haben den Vorteil, dass keine Dachdurchdringung notwendig ist, um ihnen zu einem sicheren Stand zu verhelfen. Die Haftreibung zwischen der Unterkonstruktion und der Dachhaut trägt zusätzlich zur Standsicherheit der Anlage bei. Per Definition gelten Dächer mit einer Neigung von bis zu fünf Grad als „Flachdach“.  Verbunden mit den Hangabtriebskräften fordert jedoch schon das kleinste Gefälle von nur einem Grad die Standsicherheit der Anlage heraus. Hier reicht eine üppige Ballastierung nicht mehr aus. Im Gegenteil: Da die Gewichtskraft eines Körpers auf der schiefen Ebene in die senkrecht und in die waagerecht wirkenden Kräfte zerlegt wird, sorgt ein höheres Gesamtgewicht der Anlage auch für eine höhere Hangabtriebskraft.Im Ruhezustand wird diese durch die Haftreibung zwischen Montagesystem und Dachhaut neutralisiert. Wie hoch die Haftreibung ist, hängt dabei von den verwendeten Materialien ab.

Außerdem sorgen saisonbedingte Temperaturschwankungen dafür, dass die Anlage in Bewegung bleibt: in Mitteleuropa schwanken Dachtemperaturen in der Regel zwischen minus 20 Grad Celsius und plus 80 Grad Celsius. Dieser extreme Temperaturunterschied von 100 Grad Celsius sorgt dafür, dass sich einzelne metallische Komponenten ausdehnen und zusammenziehen. Sind Bewegungen zu groß, wird die Haftreibung aufgehoben. Das passiert bei einer Erwärmung, also einer Ausdehnung der Anlage, zuerst auf der unteren Traufseite der Anlage. Zieht sich das Material während der Abkühlung wieder zusammen, lässt die Haftreibung auf der oberen Firstseite nach. Steht die Solaranlage unbefestigt auf dem Dach, sorgt das dafür, dass sich das gesamte System sehr langsam nach unten in Richtung Traufe bewegt.

Der Raupeneffekt zeigt sich erst, wenn die Bewegung eine messbare Größe erreicht. Vorher handelt es sich immer nur um Bruchteile von Millimetern, um die sich die Anlage bei jeder Temperaturschwankung nach unten bewegt. Diese leichten Verschiebungen finden zwischen Unterkonstruktion und Bautenschutzmatte, oder zwischen Bautenschutzmatte und Dacheindeckung, statt. In letzterem Fall birgt das neben der Gefahr der Absenkung der Anlage Richtung Dachkante auch noch das Risiko von Schäden an der Dachhaut.

Bewegungen ausgleichen

Deshalb muss dafür gesorgt werden, dass Bewegungen in der Unterkonstruktion entweder nur minimal auftreten, oder von vornherein ausgeglichen werden. Die Bewegungen kann der Installateur verringern, indem er kleine Anlagensegmente baut. Doch zu kleine Segmente müssen wiederum stärker ballastiert werden, damit sie den Windkräften weiterhin standhalten können. Für Ausgleich der Bewegungen kann zum Beispiel eine „schwimmende“ Lagerung des Montagesystems sorgen. Das heißt, dass die Komponenten zwischen Auflagefläche auf dem Dach und der Unterkonstruktion flexibel sind. Das verhindert, dass die Hangabtriebskräfte die Anlage bei Temperaturschwankungen vom Dach schieben, da die gesamte Konstruktion in sich beweglich bleibt. Eine schwimmende Lagerung können bewegliche Füße für die Unterkonstruktion, oder spezielle Pads direkt unter der Anlage, ermöglichen.

Diese Lösung einer schwimmenden Lagerung bietet das FlatFix Fusion System von Esdec. Durch die in diesem System verwendeten sehr kurzen Aluminiumprofile ist der Effekt der Materialausdehnung infolge Temperaturschwankungen ohnehin schon sehr begrenzt und wird durch die verbindenden Kunststoffelemente aufgefangen. Die auf den Standfüssen gelagerte Unterkonstruktion ist zudem quer zur Ausrichtung der Aluminiumprofile in definierten Grenzen verschieblich, so dass die Füsse ihre Position über den gesamten Zeitraum der Nutzung der Anlage nicht verändern. Schäden an der Dachhaut werden so ausgeschlossen.

Bautenschutzmatte reicht nicht

Die Fachgruppe vom BSW Solar hat zusammen mit Esdec herausgearbeitet, dass die Bewegungsaufnahme einer herkömmlichen Bautenschutzmatte – gleich aus welchem Material– nicht ausreicht, um dem Raupeneffekt vorzubeugen. Installateure müssen andere Möglichkeiten nutzen, um die Anlage gegen das langsame, aber allmähliche, Abrutschen zu sichern. Bei Anlagen, die nach Osten und Westen ausgerichtet sind, können die beiden Anlagenteile über den Dachfirst miteinander verbunden werden. Voraussetzung ist hier, dass die Systeme auf beiden Seiten gleich groß und damit auch gleich schwer sind. Auch bei nach Süden ausgerichteten Anlagen ist die Sicherung über den FIrst möglich. Dafür wird auf der gegenüberliegenden Nordseite ein Gegengewicht montiert, welches die Anlage gegen Abrutschen absichert.

Eine weitere Möglichkeit ist es, die Anlage an einer Attika, am First, oder an der Traufseite zu fixieren. Hier muss der Installateur allerdings darauf achten, dass die Verankerung dem Zug bzw. Druck standhalten kann. Alternativ ist auch die Montage einer Sperre auf der Dachhaut an der Traufseite möglich, welche ein Hinausrutschen der Anlage verhindert.

Das branchenrelevante BSW Whitepaper informiert Experten in den Bereichen Montagesysteme, Dachdeckung und Ingenieurwesen. Die neuesten Erkenntnisse und Lösungsvorschläge sollen sowohl den Installateuren, als auch den Endverbrauchern, ein realistisches Bild zum Thema Raupeneffekt aufzeigen. Für Esdec ist der Raupeneffekt klar vermeidbar, wenn man die richtigen Montagesysteme einsetzt. So verwenden immer mehr Installateure das Esdec FlatFix Fusion Montagesystem, welches aus langlebigen, starken und leichten Materialien wie Aluminium und hochwertigem glasfaserverstärktem Kunststoff besteht. Diese Materialien bieten nicht nur eine sehr stabile Konstruktion, sondern senken auch das Gesamtgewicht der PV-Anlage. Die thermische Trennung der metallischen Komponenten schützt das Dach vor Schäden, die durch ihre Ausdehnung und Kontraktion  bei Temperaturschwankungen entstehen können. Das FlatFix Fusion System ist für fast alle Flachdächer geeignet. Sein einzigartiges Design erfordert weniger Ballast und bietet dem Fachinstallateur viel Flexibilität bei der Installation der Solarmodule.