Photovoltaik auf Schrägdach und Flachdach

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Bei Flachdach ein Steildach simulieren: sinnvoll oder nicht?

Flachdach-Anlagen werden immer beliebter. Doch sind hier auch gute Erträge zu erreichen? Wie stark wirkt sich das Abweichen vom optimalen Neigungswinkel überhaupt aus? Müssen Flachdach-Anlagen immer aufgeständert werden? Viele Fragen, die vor einer Installation zu klären sind. Wir beleuchten die Montageoptionen für Flachdächer und Schrägdächer und zeigen, worauf es bei beiden Varianten ankommt.

Aufständern einer Photovoltaik-Anlage © Marina Lohrbach, stock.adobe.com
Aufständern einer Photovoltaik-Anlage © Marina Lohrbach, stock.adobe.com

Zusammenhang zwischen Dachneigung und Ertrag

Ertragsoptimal ist folgende Kombination: Ausrichtung nach Süden UND Neigungswinkel um 35 Grad. Doch was, wenn die Standortfaktoren von diesem Optimum abweichen? Als Faustregel gilt: Je größer die Abweichung von einer reinen Süd-Ausrichtung ist, desto flacher sollte die Anlage installiert werden.

Der Grund: Ist das Dach beispielsweise nach Westen geneigt, trifft am Vormittag keine oder wenig direkte Sonnenstrahlung auf die Solarmodule. Mit jedem Grad Dachneigung verstärkt sich dieser Effekt. Oder anders: Je steiler das Dach, desto geringer, je flacher, desto größer ist dann der solare Ertrag.

Ausrichtung und Neigung der Photovoltaikanlage haben Einfluss auf den Ertrag
Ausrichtung und Neigung der Photovoltaikanlage haben Einfluss auf den Ertrag

Bei einer Installation in der Horizontalen sind im Vergleich zum Optimum noch etwa 90 Prozent an Ausbeute zu erwarten. Allerdings müssen die PV-Module dafür penibel sauber gehalten werden. Ablagerungen können den Ertrag um bis zu 10 Prozent mindern. Nur Verschattungen haben einen noch negativeren Einfluss.

Flachdach auf seine Eignung prüfen

Zunächst einmal das Gute: Ein Flachdach hat per se keine „schlechte“ Ausrichtung. Dennoch ist nicht jedes Horizontaldach auch zugleich für die Installation geeignet – zumindest nicht ohne eventuelle Anpassungen. Wichtig ist, das Dach zunächst einmal sorgfältig zu inspizieren. Dies sind die wichtigsten Faktoren:

  • Statik: Bei einem Schrägdach wird die Drucklast teilweise nach unten abgeleitet, bei einer horizontalen Installation dagegen würde die PVA auf der ganzen Fläche lasten. Ergibt sich bei einer Steildach-Montage je nach Neigung „nur“ eine zusätzliche Last von 15-30 kg/m², beträgt diese bei Flachdach-Ballastsystemen (s.u.) bis zu 200 kg/m². Eingerechnet ist hier das Gewicht einer üblichen Kiesschüttung. Um keinen Einsturz des Daches zu riskieren, muss in erster Line dessen Tragfähigkeit ausreichen.
  • Tipp: Mit EPDM-Folie das Dach entlasten! Die gummielastischen Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuke aus der M-Gruppe, auch bekannt als Teichfolien, sind wasserdicht, witterungs- und frostbeständig sowie resistent gegen UV-Strahlung und Ozon. Sie werden bei Flachdach-Sanierungen bevorzugt eingesetzt, da sie die schwere Kiesschüttung unnötig machen.
  • Dachhaut: Die Dachabdichtung sorgt bei Flachdächern dafür, dass kein Wasser eintreten kann. Für die Montage einer PV-Anlage ist es unerheblich, ob die Dachhaut aus Bitumen, Trapezblechen oder Folie besteht – oder das Dach begrünt wurde. Es muss nur das passende Montagesystem (s.u.) ausgewählt werden.
  • Dämmung: In der DIN V 4108-10:2021-11 sind die Eigenschaften von Dämmstoffen genauestens geregelt. Dazu gehört auch deren Druckbelastbarkeit. Bei einem „nicht genutzten Dach mit Abdichtung“ reicht eine mittlere Druckbelastbarkeit (dm) aus, „genutzte Dachflächen“ dagegen setzen eine hohe Druckbelastbarkeit (dh) des Dämmmaterials voraus. Flachdach-Bungalows sind selbstverständlich mit einer Wärmedämmung ausgestattet. Anders sieht es beispielsweise bei Garage oder Carport aus – eventuell eine attraktive Möglichkeit, eine PVA zu installieren.

Montagearten für Flachdächer

Theoretisch können Solarmodule auch vollkommen plan auf das Flachdach montiert werden. Es würden nur einfache Schienen zur Befestigung sowie Klemmen zum Halten der Module benötigt. Das wäre die kostengünstigste Lösung mit der kürzesten Amortisationszeit. Dagegen spricht allerdings: Die Solarmodule wären einer großen Belastung ausgesetzt. Einerseits kann sich unter ihnen ein Hitzestau bilden, der einen verminderten Wirkungsgrad nach sich zieht. Andererseits ist auch die Schneelast nicht zu unterschätzen, denn anders als bei einer Schrägmontage häuft sich der Schnee an statt einfach herunterzurutschen.

Die Lösung: zwei unterschiedliche Arten der Aufständerung. Zur Disposition stehen eine steilere Aufständerung Richtung Süden und eine flachere Richtung Osten und Westen.

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Einseitige Aufständerung nach Süden

Aufgeständert können die Solarmodule in der optimalen Neigung und Ausrichtung montiert werden. Bei genügend Platz auf dem Dach empfiehlt sich eine Süd-Ausrichtung. Zu beachten dabei: Nur bei einer dachparallelen Anordnung, d.h. einer Bestückung bis zu den Dachkanten, kann die gesamte Dachfläche genutzt werden. Dies ist bei der Dimensionierung der PV-Anlage einzukalkulieren.

Der optimale Neigungswinkel für einseitige Aufständerungen nach Süden beträgt – genau wie bei einem Steildach – ca. 35 Grad. Penibel exakt muss es allerdings nicht sein, denn ein paar Grad mehr oder weniger wirken sich nur unmerklich auf die Energieerzeugung aus. Anders steht es mit der Eigenverschattung, d.h. dem Schattenwurf der aufgeständerten Module. Je größer der Neigungswinkel ist, desto größer müssen auch die Abstände der Modulreihen sein. Zur Berechnung des optimalen Reihenabstands gibt es eine einfache Formel, die Interessenten im Beitrag zur Montage finden.

Doppelseitige Aufständerung nach Osten und Westen

Je nach Dachsituation bringen Photovoltaikmodule noch bessere Erträge, wenn sie wie kopfwärts gegeneinander gelehnt aufgeständert werden: die eine Fläche nach Westen, die andere nach Osten ausgerichtet. Aufgrund von Tages- und Jahresgang sollten die Module hier flacher positioniert werden. Der optimale Neigungswinkel liegt etwas über 10 Grad, maximal bei 15 Grad. Dies ist flach genug, um eine Verschattung zu verhindern, und steil genug, um den Selbstreinigungseffekt durch Regen und Schnee zu erhalten.

Die ideale Ausrichtung auf dem Flachdach
Die ideale Ausrichtung auf dem Flachdach

Die Ost-West-Aufständerung hat einen entscheidenden Vorteil: Zwar ist der Ertrag eines einzelnen Moduls gegenüber der Süd-Aufständerung etwas geringer, doch kann die Dachfläche dichter mit Modulen belegt werden. Im Endeffekt wirkt sich dies positiv auf den spezifischen Ertrag aus.

Fazit zur Aufständerung: Aufständerungen simulieren eine Dachschräge. Dabei werden die Solarmodule in einem Neigungswinkel zwischen 10 und 3Grad positioniert. Je größer dieser Winkel ist, desto größer ist auch die Gefahr der Eigenverschattung, d.h. desto größer ist der Reihenabstand anzulegen. Dies geht einerseits zu Lasten der Bestückung, bietet andererseits jedoch Laufwege für die Wartung und eventuelle Notfälle (Brandfall).

Die beiden Systeme für die Fixierung auf dem Dach stellen wir weiter unten vor.

Aufständerung de luxe: Nachführungssysteme

Schwenkbare Solaranlage © Thaut Images, stock.adobe.com
Schwenkbare Solaranlage © Thaut Images, stock.adobe.com

                                                                                                                    

Nachführungssysteme werden üblicherweise bei großen Freiflächenanlagen eingesetzt, sind aber auch für Flachdachanlagen erhältlich. Eingebaute Elektromotoren führen die PV-Module dem Sonnenstand nach, was den Ertrag der Solaranlage meist deutlich erhöht. Die Bewegung kann in ein oder zwei Richtungen stattfinden:

  • Einachsige Nachführungssysteme passen den Winkel entweder der Sonnenstrahlung des Tages (Bewegung nach Ost und West) oder des Jahres (Bewegung nach oben und unten) an. Zugewinn: ca. 20 Prozent.
  • Zweiachsige Nachführungssysteme berücksichtigen sowohl den Tagesgang als auch den Jahresgang. Zugewinn ca. 30 Prozent.
Nachführungssysteme für Flachdach-PV-Anlagen
Nachführungssysteme für Flachdach-PV-Anlagen

Bei großen Solaranlagen können sich die Ertragssteigerungen durchaus rechnen. Ob dies auch für Flachdachanlagen gilt, ist allerdings zweifelhaft.  Die Technik ist nämlich teuer, kompliziert und störungsanfällig.

Zwei Befestigungssysteme für Flachdach-Aufständerungen

Aufständerungen sind Vorrichtungen zur Montage von Solarmodulen. Mit der Anordnung in der Schräge wird die Neigung eines Steildachs quasi imitiert. Zum Fixieren auf dem Dach werden zwei Montagesysteme angeboten:

Schienensystem: Die Schienen werden mittels Schraubverbindungen fest im Dach verankert. Wie bei der Schrägdachmontage dienen Modulklemmen der Fixierung am Montagegestell. Vorteil: Die Verschraubung mit den Dachbalken sorgt für eine stabile Positionierung und verhindert damit die Gefahr der Lockerung durch starken Wind. Nachteil: Die Dachdurchdringung kann schlimmstenfalls zu undichten Stellen im Dach führen. Hier ist auf ein penibles Abdichten zu achten.

Ballastsystem: Ob Schienen oder Metallgerüste: Beim Ballastsystem findet keine Verschraubung statt. Stattdessen wird die Aufständerung mit schweren Materialien wie Betonplatten gesichert oder auf Kunststoffwannen gestellt, die mit Sandsäcken, Steinen, Schotter oder ähnlichem befüllt werden können. Vorteil: Die Ballastierung erübrigt das Aufbohren (Durchdringen) der Dachhaut und eventuelle Abdichtungsmaßnahmen. Nachteile: Je nach Windlastzone ist die Konstruktion eventuell nicht ausreichend stabil. Außerdem wird das Dach durch das zusätzliche Gewicht häufig zu sehr belastet.

Flachdach Installation: Das Schienen- und das Ballastsystem
Flachdach Installation: Das Schienen- und das Ballastsystem

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Montageoptionen für Schrägdächer

Sicher haben Sie bereits geprüft, ob das Dach Ihres Hauses geeignet ist: Gibt es Verschattungen, etwa von Bäumen oder vom Nachbarhaus? Die Neigung eines Schrägdachs sollte zwischen 20° und 60° liegen; 35° wird als Optimum angesehen. Sie haben weiterhin sichergestellt, dass das Dach in einem guten Zustand ist, das heißt in den nächsten 20 bis 25 Jahren nicht erneuert werden muss. Einzubeziehen sind zudem Umwelteinflüsse, denen die Geräte ausgesetzt sind und die sich negativ auf die Erträge auswirken können. Hat das künftige Solardach die Prüfung bestanden, kann mit der Installation begonnen werden.

Montage einer Solaranlage auf einem Hausdach © Marina Lohrbach, stock.adobe.com
Montage einer Solaranlage auf einem Hausdach © Marina Lohrbach, stock.adobe.com

Zumindest fast, denn zuvor steht noch eine grundlegende Entscheidung an: Soll das Haus eine Aufdach-Anlage oder Indach-Anlage erhalten?

Photovoltaikanlage: Aufdach oder Indachmontage
Photovoltaikanlage: Aufdach- oder Indachmontage
  • Indach-Anlagen sehen schick aus, weil die gesamte Technik ein integraler Bestandteil des Daches ist. Da sie die Dachhaut zu Teilen ersetzt, lastet zudem weniger Gewicht auf dem Dachstuhl und der Dämmung. Die Kosten sind nur unwesentlich höher als bei Modulen für Aufdachanlagen. Bei einem Neubau oder einer vorgesehenen Neueindeckung des Daches ist die Indachmontage eine durchaus überlegenswerte Option.
  • Aufdach-Anlagen sind die Klassiker und werden hier etwas näher betrachtet. Durch seriell gefertigte Schienensysteme ist eine Aufdachmontage leicht durchführbar. Die Hinterlüftung ist aufgrund des größeren Abstands zum Untergrund besser als bei dachintegrierten Solarmodulen. Die Aluschienen werden parallel oder kreuzförmig auf den Dachsparren befestigt. Beide Montagearten haben ihre Vorteile. Aufdachanlagen werden „auf das Dach“ montiert, weshalb sie bei bestehenden – und intakten – Dächern den größten Zuspruch finden. Nicht zu unterschätzen ist dabei das Gewicht, das mit ihnen auf der Dachkonstruktion lastet.
Solaranlage auf einem Hausdach: Statische Voraussetzungen prüfen
Solaranlage auf einem Hausdach: Statische Voraussetzungen prüfen

Hinterlüftung: Der Abstand zwischen Dachpfannen und Solarmodulen sollte mindestens 10 cm betragen. Andernfalls kann im Sommer ein Temperaturstau entstehen, der sich negativ auf die Stromproduktion auswirkt.

Fazit

Bei einem Flachdach ein Steildach zu simulieren, ist zweifellos sinnvoll. Selbst, wenn die Ertragseinbußen bei horizontaler Montage nur etwa 10 Prozent betragen, rechnet sich die Aufständerung über kurz oder lang. Ob die Photovoltaikmodule dachparallel, strikt nach Süden oder in Ost-West-Richtung installiert werden, richtet sich nach den örtlichen Gegebenheiten. Um eine ertragsmindernde Eigenverschattung zu verhindern, ist jedoch stets auf einen ausreichenden Reihenabstand zu achten.

Auch auf einem Flachdach kann eine PV-Anlage lohnen
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Handwerker auf einem Solardach © Marina Lohrbach, stock.adobe.com
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