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Raupeneffekt bei Flachdachanlagen: Wieso wandern Solarmodule?

Im Gegensatz zu den wandernden Felsen im kalifornischen Death-Valley ist das Rätsel um wandernde PV-Module gelöst. Warum sich Flachdachanlagen wie von Geisterhand bewegen, damit hat sich nun die Fachgruppe Bautechnik des BSW Solar beschäftigt. In einem Hinweispapier haben die Experten jetzt das Wichtigste zum sogenannten "Raupeneffekt" von Flachdachanlagen zusammengetragen.

Der BSW-Solar gibt in einem neuen Hinweispapier Lösungsansätze zur mechanischen Lagesicherung von PV-Flachdachanlagen gegen Verschiebung (Grafiken: BSW-Solar)

Der BSW-Solar gibt in einem neuen Hinweispapier Lösungsansätze zur mechanischen Lagesicherung von PV-Flachdachanlagen gegen Verschiebung (Grafiken: BSW-Solar)

Wanderungseffekte des PV-Anlagengestells

PV-Module neigen selbst bei kleinsten Dachneigungen zum "Wandern". Grund sind schwerkraftbedingte Hangabtriebskräfte, die durch die typischerweise auftretenden Temperaturschwankungen zwischen Tag und Nacht sowie im Verlauf der Jahreszeiten ihre Wirkkraft entfalten. Denn bei Temperaturänderungen verlängern und verkürzen sich die Profile des PV-Montagegestells regelmäßig aufgrund thermischer Dehnungen (Tag/Nacht, saisonal) und - sofern nicht mechanisch gesichert - rutschen dabei zwar nur wenige Millimeter aber wiederholt auf der Dachabdichtung.

Die Hangabtriebskräfte, auch bei kleinsten Dachneigungen, bestimmen dann die Richtung, in die sich die Anlage hangabwärts bewegt. Im Laufe der Zeit kann es so zu einer kontinuierlichen Wanderung kommen. Temperaturbedingte Verschiebungen ballastierter Systeme auf dem Dach sind daher kein einmaliger Vorgang, sondern ein kontinuierlicher Prozess.

Daher spricht man bei dieser Temperaturwanderung auch von einem "Raupeneffekt". Ihr Auftretet wird dadurch begünstigt, dass die Ermittlung der erforderlichen Ballastmenge zur Sicherung von ballastarmen PV-Anlagen gegen Windsog und Winddruck auf Basis von Windkanalversuchen resultiert. Temperatureffekte wie beispielsweise die Verschiebung der PV-Anlage auf der Dachhaut werden hierbei jedoch nicht berücksichtigt.

Bei der Planung von Photovoltaikanlagen auch auf Flachdächern mit sehr flacher Dachneigung (z.B. 1°), müssen zur Lagesicherung daher auch Temperatureffekte bzw. die daraus resultierenden Krafteinwirkungen auf die Solarmodule und Gestelle berücksichtigt werden.

Dachschäden durch Temperaturwanderung

Die Verschiebung findet entweder zwischen dem Gestell und der Bautenschutzmatte oder zwischen der Bautenschutzmatte und der Dachabdichtung statt. Wenn bei der Planung die Temperaturwanderung nicht ausreichend berücksichtigt wird, kann das Gestell der PV-Anlage auf andere Komponenten auf dem Dach stoßen oder sich verhaken.

Es können Schäden an der Dachabdichtung oder anderen Komponenten wie Attika, Lichtkuppeln, Lüftungsrohren, Blitzschutzanlagen, Kabelzuführung etc. entstehen. Der BSW Solar warnt: Im schlimmsten Fall, wenn keine „Hindernisse“ vorhanden sind und keine Inspektion und Wartung durchgeführt wird, kann sich die PV-Anlage im Laufe der Jahre bis über die Dachkante hinaus bewegen.

Durch Anlagenbewegungen können außerdem Schäden an elektrischen Komponenten entstehen, wie z.B. Leitungsschäden, und damit verbunden Risiken durch blanke Leitungen (elektrischer Schlag, Lichtbogengefahr). Eine Sicherung der PV-Anlage gegen Bewegungen ist daher zwingend notwendig, nicht nur zum Schutz der Dachabdichtung, sondern auch aus Gründen der elektrischen Sicherheit und des Brandschutzes.

Verhinderung von Raupeneffekten

Ohne mechanische Befestigung kann eine Wanderung der Anlage in den meisten Fällen nicht ausgeschlossen werden. Denn die Höhe des Haftreibungskoeffizienten (z.B. zwischen Dachabdichtung und Bautenschutzmatte) beeinflusst die Temperaturwanderung hierbei kaum. Eine Sicherung der PV-Anlage gegen Bewegungen ist daher zwingend notwendig, nicht nur zum Schutz der Dachabdichtung, sondern auch aus Gründen der elektrischen Sicherheit und des Brandschutzes.

Zum Schutz der Abdichtung ist zwingend eine Schutz- und Gleitlage zwischen Montagesystem und Dachabdichtung erforderlich. Eine dickere Schutzlage hat einen deutlich positiven Effekt bezüglich der Temperaturwanderung, da thermische Ausdehnungen besser aufgenommen werden können und dadurch ein möglicher Kraftaufbau zwischen Montagegestell, Schutzlage und Dachabdichtung („Zwängungskräfte“) evtl. vermieden werden kann.

In jedem Fall muss darauf geachtet werden, dass ein Verrutschen der Unterkonstruktion auf den Matten verhindert wird, indem z.B. die Schutz-/ Trennlagen mit der Bodenschiene verbunden werden (z.B. Verklebung, Klemmung oder andere mechanische Befestigung). Darüber hinaus ist selbstverständlich darauf zu achten, dass die jeweiligen Schutzlagen und Dachabdichtungen materialverträglich sind. Aufgrund der Vielzahl der hier möglichen Materialien ist dies ggf. im Einzelfall abzuklären.

Konkrete Lösungs- und Berechnungsansätze zur Vermeidung von Temperaturwanderung stellen die in der Fachgruppe Bautechnik vertretenen Experten des Bundesverbandes Solarwirtschaft im Hinweispapier "Lagesicherung von PV-Flachdachanlagen gegen Verschiebung aufgrund thermischer Dehnungen ("Temperaturwanderung")" vor. Das 10-seitige Papier gibt Empfehlungen, wie eine ausreichende Lagesicherung gegen Temperaturwanderung auf Flachdächern mit Abdichtungen vorgenommen werden kann. Die universell geltenden Formeln für Zwangs- und Hangabtriebskräfte bieten darüber hinaus den planenden Fachleuten Hilfestellungen für die jeweilig einzelnen Lösungsansätze.

Das kostenlose Hinweispapier kann unter » www.solarwirtschaft.de/BSW-Hinweispapier-Temperaturwanderung kostenlos heruntergeladen werden.

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"Raupeneffekt bei Flachdachanlagen: Wieso wandern Solarmodule?" wurde am 06.03.2019 verfasst