Dachintegrierte Photovoltaik

Großflächige Dächer bieten ein enormes Potenzial zur Stromgewinnung. Dachintegrierte Photovoltaik ist u. a. dann empfehlenswert, wenn sich die PV-Anlage unauffällig in die Architektur einfügen soll oder das bestehende Tragwerk kaum noch über statische Reserven verfügt. Schwierigkeiten können sich z. B. daraus ergeben, dass gleich mehrere Gewerke in den Aufbau involviert sind. Generell hilft eine frühe, projektbezogene Absprache zwischen Planer, Bauherr, Verarbeiter und Fachberater (des Anbieters), um Planungs- und Ausführungsfehler zu vermeiden.

Mit einem Baukörper nicht nur Energie zu verbrauchen, sondern vorhandene zu nutzen und zusätzliche zu gewinnen, ist das Ziel des Plusenergiehauses. Dieser Gedanke führte bereits Anfang der 90er Jahre zum Bau eines energieautarken Solarhauses in Freiburg. Mittlerweile haben sich die Techniken zur Gewinnung von nutzbarer Energie aus solarer Strahlung deutlich verbessert. Dank Förderungen für die Solarthermie und den Einspeisevergütungen für PV-Anlagen ist nun der Einbau von Solaranlagen auch aus wirtschaftlicher Sicht interessant.

Oft stehen qualitätvolle Architektur und die Gewinnung von nutzbarer Energie aus solarer Strahlung im Widerspruch zueinander. Denn klassische Anlagen für Solarthermie oder PV brechen den gestalterischen Rahmen eines Gebäudes auf. Aus diesem Grund integrieren heute immer mehr Anbieter die Anlagen in unterschiedliche Bauteile. Damit fallen sie entweder gar nicht mehr auf oder setzen bewusst Akzente. Der Integrationen sind jedoch Grenzen gesetzt: Je nach Typ und Aufbau müssen bestimmte Neigungswinkel und Ausrichtungen gewählt werden, die durch das bloße Bauteil nicht oder nur unzureichend erfüllt werden können. Im Blick auf das Bauen im Bestand kommen statische Probleme hinzu. Als Bauteile für PV-Anlagen haben sich das Dach und die Fassade etabliert.
Dachintegrierte PV-Anlage
Mit der multifunktionalen Solar-Dachbahn »EVALON® Solar« hat alwitra 1999 die weltweit erste stromerzeugende Kunststoff-Dachbahn mit integrierten, flexiblen PV-Modulen im Markt eingeführt. Sie dient dem Schutz eines Bauwerks gegen Niederschlagswasser sowie der direkten Umwandlung von solarer Strahlungsenergie in elektrischen Strom. Ihr »Markenzeichen« sind die werkseitig kraftschlüssig und wasserdicht in die Dachbahnoberfläche integrierten PV-Module von UNI-SOLAR® mit »Dünnschicht-Triple-Junction-Technologie«. Die allseitig wetterfest und transparent polymerverkapselten Module bestehen aus flexiblen Solarzellen in 240 x 340 mm Größe und sind mit Bypass-Dioden zwischen allen Zellen in Serie geschaltet. Von den drei übereinander liegenden Silizium-Schichten je Zelle werden jeweils unterschiedliche Wellenlängen des Sonnenlichts genutzt. Daraus resultieren hohe Leistungen und konstante Erträge, auch bei geringen Dachneigungen und nicht optimalen Ausrichtungen (wobei gilt: Mit zunehmender Neigung erhöht sich die Abhängigkeit von der Ausrichtung). Eine produktspezifische Besonderheit von EVALON® Solar ist eine elektrisch kompakte und patentierte Anschlusstechnik – diese liegt witterungsgeschützt unter der Abdichtung.
Grosse Dachflächen – geringe Traglast
Großflächige Dächer, speziell von Industrie- und Gewerbebauten, eignen sich besonders gut für die Installation von PV-Anlagen. Damit ist ein riesiges Potenzial für die umweltfreundliche Stromerzeugung vorhanden. Aufgrund der vielfach vorzufindenden, wirtschaftlichen Leichtbauweise großflächiger Dächer – i. d. R. flach geneigte Dächer mit Abdichtungen und Tragschalen aus Metall, Holz- oder Leichtbetonwerkstoffen und den damit einhergehenden niedrigen Traglasten – scheiden aufgeständerte PV-Anlagen häufig aus. Auch sogenannte aerodynamische Systeme benötigen größtenteils eine zusätzliche Beschwerung in den Dachbereichen mit hohen Windsogspitzen. Solche und andere aufgeständerten PV-Systeme bringen in der Summe dann oft schon ca. 20 kg/m² oder mehr Auflast auf das Dach. Sie sind zudem »sichtbar« und greifen in die äußere Gestaltung eines Bauwerks ein. Die Solar-Dachbahn EVALON® Solar hat ein Flächengewicht von max. 4,33 kg/m². So lässt sich selbst bei statisch ausgereizten Dachflächen häufig noch die Installation einer PV-Anlage realisieren. EVALON® Solar passt sich durch ihre Flexibilität jeder Dachform an und kann darüber hinaus zur gestalterischen Akzentuierung der Dachfläche beitragen.
Ausführungs- und Planungskompetenz
Ob mit oder ohne PV: das Bauteil Dach muss seine Funktion als Schutz für das darunter liegende Gebäude tadellos erfüllen. Die Errichtung von dachintegrierten PV-Anlagen erfolgt dabei durch zwei Gewerke: Auf dem Dach arbeitet der Dachdecker und führt i. d. R. die DC-Anschlusskabel ins Gebäude; unter dem Dach verschaltet der Elektroinstallateur die Anlage und nimmt sie in Betrieb.
Da es sich bei multifunktionalen PV-Bauteilen sowohl um Bauprodukte – im Fall von Solar-Dachbahnen um Dachbauteile – als auch um Elektroprodukte handelt, müssen bei den Anbietern beide Fachkompetenzen vorliegen. Gebäudeintegrierte PV-Anlagen mit multifunktionalen Bauteilen sollten deshalb objektspezifisch geplant werden. Zugleich ist die Planung Grundlage für die Produktauswahl sowie für die PV-Systemzusammenstellung; sie muss bauspezifische und elektrotechnische Anforderungen beachten und ist letztendlich die Handlungsvorgabe für die ausführenden Gewerke. Doch zuvor bedarf es der grundsätzlichen Klärung, ob das Dach überhaupt für eine dachintegrierte PV-Anlage mit multifunktionalen Bauteilen geeignet ist. Ob Neubau oder Sanierung von Dachflächen mit Solar-Dachbahnen: Grundlage für die Planung ist immer eine umfassende Datenaufnahme. Dazu gehören die Standortdaten, geometrische Abmessungen, Gebäudetyp und -funktion, Dachneigung sowie die vorhandene bzw. zu errichtende Flachdachkonstruktion. Ist das Dach geneigt, müssen Ausführungsunterlagen als Vorgaben
für die jeweiligen Ausführungsgewerke erstellt werden. Bewährt haben sich hierbei Verlegepläne für die Dachdecker und Schaltschemata mit Angaben zur Verschaltung und Kabelführung für die Elektrogewerke.
Da Planungen von gebäudeintegrierten PV-Anlagen beratungs- und arbeitsintensiv sind, empfiehlt es sich, frühzeitig mit geschulten Fachberatern der Hersteller in Kontakt zu treten. Ein Fachberater kann mit den durch die Anwendungstechnik erstellten Dokumenten (Verlegeplan, Nachweis der Lagesicherheit usw.) praxisbezogene Unterstützung bieten. Somit steht am Anfang des solaren Bauens immer das objektbezogene, beratende Gespräch zwischen Planer, Bauherr, Verarbeiter und Fachberater.
~Martin Buchholz
  • Der Autor studierte an der FH Trier Bauingenieurwesen und erhielt neben dem Diplom auch den M.Sc. im Bereich Civil Engineering. Seit Januar 2007 ist er im Produktmanagement Photovoltaik bei der alwitra GmbH in Trier tätig.
  • alwitra www.alwitra.de