Solaraufbauten auf Flach­dächern

Planung und Ausführung
von PV-Anlagen auf
Flachdächern

Allein in Deutschland stehen nach Schätzun­gen von Experten weit über 100 Mio. m² Flachdachflächen auf Verwaltungsgebäuden, Industriehallen oder Gewerbebauten zur Verfügung. Viele dieser Flächen werden als begehbare Außenterrassen, als Gründächer oder als Parkdecks genutzt. Daneben hat sich in den vergangenen Jahren die Nutzung als Solardach immer stärker etabliert. Denn bei der gegenwärtigen Förderung für Solarstrom amortisieren sich die Anlagen durchschnittlich schon nach etwa 13 Jahren und liefern dann kostenlosen Strom. Durch die prinzipiell unbeschränkte Größe der zur Verfügung stehenden Fläche sind dabei im Einzelfall bei Dachflächen von 10 000 m² oder mehr renditestarke Solarkraftwerke mit Leistungen von über 1 MW_p möglich.

Das Flachdach als Solarfeld

Je nach Funktionsweise lassen sich thermische Solaranlagen, thermische Solarkraftwerke und Photovoltaikanlagen unterscheiden. Die beiden Erstgenannten liefern Wärmeenergie für die direkte Nutzung oder zur Umwandlung in elektrischen Strom. Photovoltaikanlagen dagegen erzeugen elektrische Energie zur direkten Nutzung oder zur Einspeisung ins Stromnetz.

Doch ganz gleich, für welche Anlage sich der Bauherr entscheidet, bei der Planung der unterschiedlichen Anlagen muss eine Vielzahl von Faktoren berücksichtigt werden. Das beginnt mit der grundsätzlichen Überprüfung der Eignung einer betreffenden Fläche. Dabei gilt, dass Flach­dächer in den allermeis-ten Fällen für eine Nutzung als Solardach geeignet sind, sofern die Dachfläche nicht durch umliegende Gebäude, Berge oder Bäume verschattet wird. Denn während bei Steildächern nur bei konsequenter Südausrichtung eine Nutzung als Solardach sinnvoll ist, lassen sich beim Flachdach die einzelnen Module unabhängig von der Lage des Gebäudes vollkommen flexibel nach Süden ausrichten.

Eine wichtige Rolle bei der Planung einer Solaranlage spielt allerdings die geografische Lage des Gebäudes. Anhand einer Studie des Deutschen Wetterdienstes lässt sich erkennen, dass die jährliche Sonneneinstrahlung bundesweit abhängig vom Standort zwischen 900 und 1 200 KWh/ m² schwankt. Optimalen Ertrag versprechen insbesondere der Süden und der Nordosten Deutschlands, eher wenig Rendite ist dagegen in Nordwestdeutschland zu erwarten.

Wichtige Planungsgrundsätze zur Montage von Solaranlagen

Ist die Entscheidung für die Installation einer Solaranlage gefallen, dann müssen zunächst die baurechtlichen Kriterien Standsicherheit, Statik, Brandschutz sowie Wärme- und Schall­schutz berücksichtigt werden. Dabei gilt unter anderem, dass das gewählte Trägersystem für die Solaranlage auch bei flach geneigten Dächern nicht verrutschen darf. Außerdem muss die Konstruktion dafür ausgelegt sein, sämtliche auf die Dachschichten einwirkenden Windlasten sowie alle Eigen-, Wind- und Schneelasten, die auf die Anlage einwirken, sicher aufzunehmen und dauerhaft in das Gebäude weiterzuleiten. Der exakte Kraft­verlauf ist dabei bis in die Tragkonstruktion nachzuweisen.

Darüber hinaus muss grundsätzlich beachtet werden, dass die vorhandene Funktionalität der Dachabdichtung weiterhin gewährleistet sein muss: D. h. der Wasserablauf darf nicht behindert werden, Gullys müssen Tiefpunkte bleiben und die Solaranlage darf nicht zur Pfützenbildung führen.

Um den Aufwand und die Kosten für die Montage in Grenzen zu halten, stehen dem Planer unterschiedliche PV-Anlagen mit den notwendigen Prüf- und Statiknachweisen zur Auswahl. Eher selten kommen sogenannte Indachsysteme zum Einsatz, bei denen spezielle Dünnschichtlaminate vor Ort direkt auf den vorhandenen Elastomerbitumenbahnen der Dachabdichtung verklebt werden. Stattdessen werden zumeist sogenannte Aufdachsysteme installiert, bei denen die einzelnen Module in dafür vorgesehenen Gestellkonstruktionen integriert sind.

Je nach Anwendungsfall kann dabei zwischen Systemen mit oder ohne Ballast gewählt werden: Systeme, bei denen die Trägersysteme durch bekieste Wannen oder andere Lasten beschwert werden, haben den Vorteil, dass sie auch ohne zusätzliche Fixierung rutschsicher am vorgesehenen Standort verbleiben, so dass bei der Installation der Solaranlage keinerlei zusätzliche Durchdringungen durch die Dachabdichtung nötig sind. Je nach Gewicht der Anlage müssen aber unter Umständen Lastenberechnungen für die Statik des Gebäudes sowie für die Druckfestigkeit der Wärmedämmung durchgeführt werden.

Bei Solaranlagen ohne Ballast müssen zur Fixierung gegen Wind oder gegen Verrutschen andererseits zusätzliche Befestigungspunkte mit der Unterkonstruktion eingeplant werden. Diese Durchdringungen der Dachabdichtung sollten allerdings auf ein Minimum begrenzt werden, da bei unsachgemäßer Handhabung Feuchtigkeit in die Dachkonstruktion eindringen kann. Außerdem sollte beachtet werden, dass die Materialien zur Befestigung dauerhaft korrosionsgeschützt oder korrosionsbeständig, also vorzugsweise aus Edelstahl gefertigt sein sollten.

Zusätzlich muss bei der Planung der Solaranlage die mechanische Beanspruchung der Dachunterkonstruktion und der Dachabdichtung berücksichtigt werden, die sich bei Montage, Wartung und Betrieb der Anlage durch das Begehen der Dachfläche ergibt. Um eine hohe mechanische Stabilität und einen hohen Widerstand gegen Perforation zu ermöglichen, sollten deshalb mehrlagige Dachabdichtungen aus Bitumen- und Polymerbitumenbahnen bevorzugt werden. Durch die Dicke von bis zu 10 mm und durch ihre hohe Elastizität und Widerstandsfähigkeit sind mehrlagige Dachabdichtungen deutlich weniger anfällig gegenüber mechanischer Beanspruchung als dünnhäutige Abdichtungen aus Kunststoffbahnen.

Lösungen im Bestand

Eine Solaranlage für einen Neubau stellt für die Planung den Idealfall dar. Denn dann können sämtliche Komponenten wie Gebäudestatik, Wärmedämmung, Dachabdichtung und Gestellkonstruktion von Anfang an aufeinander abgestimmt werden, um so die optimale technische Lösung für die jeweilige Dachfläche zu erreichen. Deutlich häufiger werden allerdings Dachflächen im Bestand als Fläche für Solaranlagen genutzt. Den jährlich etwa 170 000 Neubauten stehen in Deutschland rund 17 Mio. Bestandsgebäude gegenüber. Bei der nachträglichen Installation von Solaranlagen auf Bestandsbauten muss zu Beginn der Planung zunächst eine genaue Zustandskontrolle der bestehenden Flachdachkonstruktion durch eine Dachöffnung an mehreren Stellen erfolgen. Dabei sollte insbesondere der Zustand der vorhandenen Dachabdichtung eingehend überprüft werden. Ggfs. ist die Altabdichtung zu ersetzen oder zu überarbeiten.

Es gilt, dass die zu erwartende Restnutzungsdauer der vorhandenen Dachabdichtung der kalkulierten Standzeit der Solaran-lage von rund 20 Jahren entsprechen sollte. Denn sonst können früher oder später hohe Kosten entstehen, wenn die Dachabdichtung mitsamt der kompletten Verkabelung für die Solaranlage aufwändig entfernt und erneuert werden muss. Selbst in Fällen, bei denen die Dach­abdichtung erst zehn Jahre alt ist, sollte der Bauherr überlegen, ob eine Erneuerung der Dachabdichtung nicht letztlich die güns-tigere Option darstellt. Insbesondere bei Bestandsflächen mit Bitumen- und Polymerbitumenbahnen ist es in den meisten Fällen möglich, eine zusätzliche Regenerationslage aus Polymerbitumen aufzubringen, um so die Lebensdauer der Abdichtung deutlich zu verlängern.

Ein wichtiger Aspekt bei der Überprüfung der vorhandenen Unterkonstruktion ist die Inspektion der Druckfestigkeit der vorhandenen Wärmedämmung: Das gilt insbesondere bei Ballastsystemen mit Wannen und Kies. Denn die zusätzlichen Lasten müssen dann nicht nur von der Abdichtung, sondern auch von der Wärmedämmung aufgenommen werden. Wenn die Druckfestigkeit der vorhandenen Konstruktion nicht aus- reicht, kann es passieren, dass das Dachschichtenpaket zu stark zusammengedrückt wird und es in der Folge zu Rissen im Dachaufbau kommt. Ist eine neue Wärmedämmung notwendig, dann müssen dabei die Vorgaben der aktuellen EnEV beachtet werden. Idealerweise sollte dabei sogar ein System gewählt werden, das über die Vorgaben der EnEV hinaus geht, um das Gebäude so nachhaltig gegen steigende Energiekosten zu wappnen.

Ein weiteres Problem bei der Installation von Solaranlagen stellen häufig die Befestigungspunkte der aufgestellten Gestellkonstruktionen dar, die bei unsachgemäßer Ausführung zu undichten Stellen und damit zu Feuchtigkeitseintritt führen können. Das kann unter Umständen eine kostenaufwendige Deinstallation der gesamten PV-Anlage zur Leckageortung und Sanierung nach sich ziehen. Idealerweise werden die Befestigungspunkte deshalb dampf- und luftdicht an die Dampfsperre angeschlossen. Weiter ist es wichtig, die Anschlüsse der Dachabdichtung an Durchdringungen und Befestigungen aus der wasserführenden Ebene herauszuführen und unter Beachtung der erforderlichen Anschlusshöhen abzudichten. Dies gilt auch für Verkabelungen oder Verrohrungen.

Wichtig ist, dass für die Abdichtungsmaßnahmen grundsätzlich ein Dachdecker beauftragt wird. In vielen Fällen geschieht es allerdings, dass die Arbeiten stattdessen durch den Solarteur oder durch andere Handwerker ausgeführt werden und dabei einfacher Dachkitt auf den entsprechenden Befestigungspunkten verschmiert wird, der nur für kurzfristige Reparaturmaßnahmen geeignet ist. Spätere Feuchtigkeitsschäden sind dann eigentlich schon vorprogrammiert. Bewährt haben sich stattdessen spezielle Klebe- oder Klemmflansche, die allerdings ausreichend groß dimensioniert sein müssen.

Darüber hinaus muss bei der Installation grundsätzlich beachtet werden, dass die Dachabdichtungen nicht zur Befestigung bzw. zur Verklebung der Solaranlagen genutzt werden. Müssen horizontale Kräfte abgetragen werden, dann sorgen spezielle Widerlager, Anker oder andere konstruktive Maßnahmen dafür, dass die entsprechenden Bauteile nicht verrutschen. Für die Montage der Trägerkonstruktion auf unebenem Untergrund werden außerdem spezielle Montagefüße angeboten, die Unebenheiten in der Dachhaut bis zu 60 mm ausgleichen können.

Integrative Planung

Vergleicht man den finanziellen und technischen Aufwand zur Installation und Wartung einer Solaranlage mit der Rendite der entsprechenden Anlage, dann lohnt die Installation trotz der gekürzten Subventionen eigentlich fast immer. Doch damit sich der Bauherr viele Jahre lang uneingeschränkt über den auf seinem Dach produzierten Strom freuen kann, sollten Dachabdichtung und Solaranlagen möglichst gut aufeinander abgestimmt sein und wichtige technische Aspekte bei der Planung und Ausführung berücksichtigt werden. Insbesondere die Abdichtung der zumeist notwendigen Durchdringungen sollte dabei grundsätzlich durch ausgebildete Dachdecker ausgeführt werden. Das gilt auch und vor allem für Bestandsgebäude. Allgemeine Informationen, Planungsgrundsätze und besondere Hinweise für Solaranlagen auf Flachdächern – immer mit dem Blick auf die sichere Dachabdichtung – erklärt das Merkblatt Solar, das vom vdd Industrieverband Bitumen-Dach- und Dichtungsbahnen e.V. herausgegeben wird.

Eine optimale Lösung ist, wenn die Planung mit einer umfassenden energetischen Überprüfung des gesamten Gebäudes einher geht. Denn bei einem ungedämmten Altbau wird auch eine noch so gut installierte Solaranlage keine nennenswerte Verbesserung der Energiebilanz ermöglichen.