Photovoltaik auf dem Flachdach Planungskriterien für die funktionssichere Installation

Die Energiegewinnung durch photovoltaische Anlagen auf dem Dach ist auch unter dem Eindruck einer geänderten Förderkulisse interessant. War die Einspeisevergütung in der Vergangenheit die treibende Kraft für die Investition in Photovoltaik, so stehen heute der Eigenverbrauch sowie die Perspektive der Elektromobilität im Vordergrund. Durch gesunkene Preise und neue Module mit verbesserten Leistungswerten sind die Gestehungskosten für die Erzeugung von Solarstrom vom Dach in der Regel günstiger als der Netzbezug. Insbesondere in Verbindung mit der Förderung von Stromspeichern ist die Gewinnung von Strom durch photovoltaische Anlagen weiterhin ein Thema des nachhaltigen Bauens.

Vorteile einer Montage auf dem Flachdach

Grundsätzlich ist das Flachdach als Standort für eine PV-Anlage günstig. So kann bei einer Installation die Ausrichtung der Module vor allem bei großen Dachflächen frei gewählt werden, um eine bestmögliche Leistungsausbeute zu erzielen. Je nach System wird der Neigungswinkel der Module unabhängig von der Dach­neigung geplant und die Anordnung der Modulreihen wird hierbei verschattungsfrei gewählt. Aufgeständerte Systeme haben zudem den Vorteil einer optimalen Hinterlüftung, die zusätzlich den Wirkungsgrad der Module erhöhen kann.

Funktionssicherheit des Systems Flachdach im Vordergrund

Die Investition in eine PV-Anlage rechnet sich, wenn die Funktionssicherheit der gesamten Dachkonstruktion über die angestrebte Nutzungsdauer der Anlage sichergestellt ist. Die Montage und der Betrieb von Solaranlagen sind eine zusätzliche Beanspruchung für die Dachabdichtung und Dachkonstruktion. Die Hauptaufgabe des Daches ist der Schutz vor Wind, Kälte, Wärme, Lärm sowie vor Schnee und Regen. Daher muss vor allem die Funktionstüchtigkeit der Abdichtung und der einzelnen Funktionsschichten des Dachaufbaus unter einer PV-Anlage dauerhaft gegeben sein. Praxisbewährt und langlebig sind dabei Abdichtungslösungen mit Kunststoffdachbahnen. Diese Abdichtungs­systeme werden einlagig verlegt und setzen damit den technischen Standard für Neubau und Sanierung.

Planung

Bei der Planung einer PV- oder Solaranlage auf dem Flachdach ist eine enge Abstimmung aller Projektbeteiligten erforderlich. Der Bauherr als Investor und Betreiber oder Eigen-tümer, der Architekt sowie die jeweiligen Fachplaner für Statik, Bauphysik oder Energieberatung treffen auf die ausführenden Gewerke wie Dachdecker, Elektrotechniker/Solarteur, Flachdachbauer und Klempner.

Neben den fachtechnischen Regelungen wie VDE-Richtlinien, DIN-Normen und Herstellervorschriften gelten für PV-/Solaranlagen die Bestimmungen des Bauordnungsrechts. Die Anlagen dürfen die öffentliche Sicherheit nicht gefährden. Dies betrifft in erster Linie die Anforderungen an den Brandschutz, die Stand-, Verkehrs- und Nutzungssicherheit. In der Praxis ist vor allem der Gewerkeübergang der solartechnischen Anlage zum Flachdach eindeutig zu definieren. Wenn die Montage nicht durch den für die Dachabdichtung verantwortlichen Dachdeckerbetrieb ausgeführt wird, empfiehlt es sich, die Schnittstellen zwischen den beiden Gewerken genau abzustimmen, um ggf. Gewährleistungsansprüche sicherzustellen.

Planungsschritte

PV-/Solaranlagen auf dem Flachdach müssen objektspezifisch geplant werden. Neben der Prüfung der Eignung der Konstruktion zur Errichtung einer Solaran­lage ist ein Aufmaß einschl. aller Durchdringungen, Aufbauten und Einbauteile erforderlich. In Abhängigkeit von der technischen Auslegung der Anlage ist vor allem die Statik der Tragkonstruktion zu betrachten sowie die Sicherung der Anlage gegen Windsogkräfte zu planen. Solaranlagen auf dem Dach sind lagesicher gegen Abheben, Verschieben oder Kippen zu installieren. In der Regel werden Flachdächer mit einer Dachneigung von < 5° ausgeführt. Nach DIN EN 1991-1-4:2010-12 kann bei einer Überströmung durch Wind von einem Strömungsabriss an der Dachkante oder der Attika ausgegangen werden. Die Anströmung über Eck führt zu Randverwirbelungen mit hohen Geschwindigkeiten und entsprechend hohen Sogkräften, deren Lastabtragung fachgerecht geplant werden muss. In einem objektspezifischen Nachweis zur Standsicherheit muss diese gegenüber Lasten aus Windsog und -schub sowie Schneelasten nachgewiesen werden. Außerdem sind die Lagesicherheit der einzelnen Funktionsschichten eines Abdichtungssystems und die Entwässerungsführung zu bewerten.

Für die optimierte Anordnung und Aufstellung von Solarelementen auf dem Flachdach sind nach Möglichkeit sichtbar markierte Wartungswege vorzusehen und entsprechende Maßnahmen zur Absturzsicherung einzuplanen. Dies können Attikahöhen von > 1 m, Absperrungen mit Geländer, Seil oder Kette mit einem Abstand von > 2 m, oder geprüfte Anschlagpunkte für eine persönliche Schutzausrüstung sein. Bei nicht durchbruchsicheren Dachmaterialien wie Lichtkuppeln gelten dieselben Absturzsicherungsmaßnahmen wie für den Randbereich. Wartungsbereiche wie bspw. Dachabläufe müssen nach erfolgter Aufstellung der Solaranlage ebenfalls weiterhin zu Wartungszwecken zugänglich sein.

Montagevarianten

Grundsätzlich können drei verschiedene Montagesysteme geplant werden:

- Systeme mit Durchdringungen,

- Systeme mit Auflast,

- Aerodynamische Systeme.

Diese haben jeweils unterschiedliche Konsequenzen für die Funktionsschichten einer Flachdachkonstruktion inkl. der Abdichtungsschicht.

Systeme mit Durchdringungen

Werden die resultierenden Lasten aus Eigengewicht, Windsog und -druck sowie einer möglichen Schneelast direkt von der Tragkonstruktion eines Flachdaches bspw. aus Stahlbeton oder einem Trapezblech aufgenommen oder direkt in der Auflagerkonstruktion wie Sparren oder Binder eingeleitet, so sind die erforderlichen Verankerungs- und Stützelemente durch die Dachabdichtung hindurchzuführen. Dies bedeutet, dass die erforderlichen Durchdringungen in die Abdichtungsebene einzubinden sind. Bei Abdichtungen mit Kunststoffdachbahnen ist dies mit Hilfe von vorgefertigten Formteilen unproblematisch. Diese Formteile können sicher und materialhomogen in die Abdichtungsebene eingebunden werden. Vorteilhaft ist, dass Formteile optimal auf die Geometrie des durchdringen­den Befestigungselements abgestimmt werden können. Die materialgleichen Teile halten dabei die nach der Abdichtungsnorm DIN 18531 geforderten Anschlusshöhen ein. Somit ist eine wirtschaftliche sowie langfristig funk­tionssichere Einbindung möglich.

Aus Gründen der Ausführung, Wartung und Pflege ist ein Mindestabstand von 0,3 m zwischen Durchdringungen und zu anderen aufgehenden Bauteilen einzuhalten. Gemessen wird hier von Außenkante zu Außenkante.

Systeme mit Auflast

PV-Anlagen, die zur Lagesicherung mit einer Auflast auf die Dachabdichtung aufgebracht werden gelten als grundsätzlich günstig, da sie die Abdichtungsebene nicht durchdringen. Hierbei kommen unterschiedliche Systeme zum Einsatz. Je nach Windlastzone sowie den gebäude- und elementspezifischen Faktoren müssen zur Lagesicherung weitere Lasten von über 100 kg/m2 Dachfläche aufgebracht werden. Diese wirken zusätzlich auf die Gebäudestatik und die Tragkonstruktion.

Die Funktionsschichten im Dachaufbau selbst werden durch die Auflast beeinflusst. Die dauerhafte Funktion des Gesamtsystems zur Aufnahme der Lasten aus Eigengewicht, Winddruck/-sog und Schneelast muss sichergestellt sein. So dürfen sich bspw. durch statische und dynamische Kräfte keine unzulässigen Verformungen der Wärmedämmung einstellen, da sich daraus eine Beschädigung der Abdichtungsebene ergeben kann. Grundsätzlich ist zwischen Dachabdichtung und Auflast eine Schutzlage anzuordnen.

Konstruktiv ist die flächige Lasteinleitung sicherzustellen; Punktlasten sind nicht zulässig. Eine Möglichkeit zur Lagesicherung von aufgeständerten Solarelementen ist der Einsatz von Wannensystemen, die mit Kies oder Betonplatten gefüllt werden. Andere Lösun­gen sehen den Einsatz von Trägerplatten vor, die in ein Auflastsystem eingebunden sind und so die flächige Lasteinleitung über eine Kiesschüttung oder einen Gründachaufbau ermöglichen. Vor allem der Einsatz von Gründachaufbauten in Verbindung mit PV wird als günstig bewertet. Gründächer erfüllen vielerlei Funktionen. Sie erhöhen die Wärmedämmung und die Lebenserwartung einer Dachabdichtung durch den zusätzlichen Schutz gegenüber Wettereinflüssen, den die Begrünung darstellt. Sie bieten Lebensraum für Pflanzen und Tiere und wirken mit bei der Regenwasserretention. Darüber hinaus verbessern sie das Kleinklima und können als Nutzfläche fungieren. Als Standort für Anlagen zur Sonnenenergienutzung erlangen sie zusätzliche Bedeutung. Durch die geringere Oberflächentemperatur eines Gründachaufbaus bleibt auch das PV-Modul gegenüber einem nackten oder bekiesten Dach kühler; dies schlägt sich in einer höheren Leistung nieder, was vor allem bei großen Anlagen messbare Ertragssteigerungen bringen kann. Bei Gründachaufbauten ist die Abdichtung mit Kunststoffdachbahnen vorteilhaft durch deren Wurzel- und Rhizomfestigkeit.

Aerodynamische Systeme

Neuere Entwicklungen sehen den Einsatz von durchdringungsfreien und gleichzeitig ballastarmen Montagesystemen vor. Diese Systeme zeichnen sich z. B. durch Spoilerbleche zur Windableitung sowie einen flachen Aufstellwinkel der Module aus. Die Verbindung der Modulgruppen erfolgt dabei entweder über Schienen oder Bodenprofile. Die Anlagen werden in der Regel in einer Ost-West-Ausrichtung der Module geplant; die dadurch geringeren Einstrahlungswerte werden durch größere, verschattungsfreie Modulflächen ausgeglichen. Für diese Anlagen werden objektspezifisch die für den statischen Nachweis erforderlichen aerodynamischen Druckbeiwerte im Windkanal bestimmt.

Sonderlösungen

Außerplanmäßige Kräfte dürfen nicht in die Abdichtung eingeleitet werden. Montage­systeme, die Kräfte in die Abdichtung durch Reibung und Druck einleiten, müssen geprüft und zugelassen sein. Sonderlösungen, die einer bauaufsichtlichen Zulassung bedürfen, sind bspw. Systeme, bei denen zur Lastaufnahme Verbindungen zur Dachabdichtung, z. B. durch aufgeschweißte Laschen, hergestellt werden müssen. Hierbei ist zu beachten, dass sich kein Niederschlagswasser an Schienensystemen aufstaut und dessen schadlose Ableitung dadurch behindert wird. Ebenso muss die Pressung und Verformung der Funktionsschichten im Dachaufbau durch die Druckbelastung der Montagelemente überprüft werden. Zusätzliche Punkt- und Linienlasten können die Dämmung eindrücken und dadurch auch die Dachabdichtung in unzulässiger Weise beanspruchen.

Montage

Die erforderlichen Maßnahmen für Arbeitssicherheit, insbesondere gegen Absturz, sind zu planen. Für die Arbeiten auf der Dachfläche ist zu klären, ob die Tragfähigkeit ausreichend ist. Das gilt auch für eventuelle Lagerflächen auf dem Dach. Die Dachabdichtung darf während der bzw. durch die Montage nicht beschädigt und muss ggf. durch hinreichende Maßnahmen geschützt werden. Die Ausführung entsprechend eines objektspezifischen Montageplans hat sich hierbei bewährt.

Nicht-Dach-Gewerke (z. B. Elektriker) sind für die Arbeiten auf dem Dach einzuweisen, nichtbegehbare Zonen sind abzusperren. Für Verkehrswege sind entsprechende Schutzmaßnahmen zu ergreifen, damit z. B. Transportmittel auf dem Dach keine Beschädigung der Dachabdichtung hervorrufen können. Sollte es dennoch zu Beschädigungen kommen, sind diese umgehend zu markieren und deren Instandsetzung ebenso wie Anschlüsse und Durchdringungen vom Dachdecker auszuführen. Nach Fertigstellung der Montagearbeiten erfolgt eine Begehung der Dachabdichtung sowie eine Protokollierung.

Betrieb

Grundsätzlich ist für jedes Flachdach die Langzeitsicherheit der Abdichtung durch regelmäßige Wartung, Pflege und Inspektion günstig zu beeinflussen. Deshalb sollten Wartungs- und Inspektionsverträge selbstverständlich sein. So wird in regelmäßigen Intervallen die Dachabdichtung geprüft und eine Reinigung der Abläufe und Rinnen durchgeführt. Dabei ist eine Sichtkontrolle der Solaranlage und ihrer Montageelemente möglich und empfehlenswert.

Fazit

Die fachgerechte Planung der Flachdachabdichtung mit einer PV-/Solaranlage ist nicht zu unterschätzen. Dabei ist das Verständnis der Abhängigkeiten und Funktionszusammenhänge in einer Konstruktion entscheidend für die langfristige und sichere Lösung.

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