Gründach und Solar – Energetisch sinnvolle Ergänzung
Gründächer erfüllen vielerlei Funktionen. Sie können die Wärmedämmung im System ergänzen, verbessern die Lebenserwartung einer Dachabdichtung und wirken bei der Regenwasserretention. Darüber hinaus können sie das Kleinklima verbessern und eine wichtige Rolle als Nutzungsfläche spielen.
Als Standort für Anlagen zur photovoltaischen oder solarthermischen Sonnenenergienutzung können Flachdächer zusätzliche Bedeutung erlangen. Hintergrund ist neben den steigenden Energiepreisen vor allem das Bestreben, die Kohlendioxid-Emissionen durch den Verbrauch fossiler Brennstoffe zu reduzieren. Mit dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) soll insbesondere die Weiterentwicklung von Technologien zur Erzeugung von Strom aus erneuerbaren Quellen gefördert werden mit dem Ziel, den Anteil Erneuerbarer Energien an der Stromversorgung bis zum Jahr 2020 auf mindestens 30 % und danach kontinuierlich weiter zu erhöhen.
Photovoltaische Anlagen auf dem Dach, vor allem auf großen Flachdachflächen mit Gründächern, können hier eine wichtige Maßnahme zur Erreichung der Ziele darstellen. Damit Photovoltaik-Anlagen in idealer Weise ihre Leistung erbringen können, sind diese in einem Neigungswinkel von 28 ° und nach Süden ausgerichtet aufzustellen. Für Standorte auf einem Flachdach werden häufig und sinnvollerweise entsprechende Unterkonstruktionen vorgesehen. Dabei spielt die Lagesicherung der Konstruktion vor allem gegen Abheben infolge Windsog aber auch gegen Kippen und Verschieben eine wichtige Rolle.
Photovoltaikanlagen erzeugen aus Sonnenlicht Strom und generieren durch die Einspeisevergütung regelmäßige Einnahmen. Somit sind sie bei Einspeisung in das öffentliche Netz auch wirtschaftlich interessante Kapitalanlagen. Das „Gesetz für den Vorrang Erneuerbarer Energien“ (Erneuerbare Energiengesetz – EEG) garantiert eine Mindestvergütung für eine Laufzeit von 20 Jahren. Damit ist auch dieser Zeitraum für die Sicherheit der Konstruktion und einer Dachabdichtung bedeutsam.
Für die Konstruktion der PV-Anlagen ergeben sich wichtige Konsequenzen: So ist zum Einen die entsprechende Lagesicherung gegen Windlasten durch Sog und Druck wichtig. Zum Anderen ist auch die Funktionsfähigkeit der Tragkonstruktion und der Dachabdichtung langfristig sicher zu stellen, soll der Kapitalertrag nicht durch unnötige Sanierungsmaßnahmen an der Dachabdichtung reduziert werden.
Lagesicherung
Für die Lagesicherung der Tragkonstruktion aufgeständerter Solarelemente werden vorzugsweise zwei Varianten vorgesehen. So können die entstehenden Lasten durch die Abdichtungslage hindurch durch Befestigung am Dachtragwerk eingeleitet werden. Hierbei ist zu beachten, dass die Dachabdichtung durchbrochen wird und eine Vielzahl von Durchdringungsstellen mit potenziellen Undichtigkeiten entsteht. Diese, eher ungünstige Methode der Lagesicherung empfiehlt sich nur bei Dachkonstruktionen, die keine ausreichenden Lastreserven für eine Lagesicherung nach der zweiten Variante ermöglichen.
Bei der zweiten Variante wird die Tragkonstruktion nicht durch die Dachabdichtung hindurch, sondern allein durch Auflast lagesicher gehalten. Hierbei können bei entsprechenden Tragfähigkeiten der Unterkonstruktion auf der Dachabdichtung Fundamente betoniert werden oder großformatige Bordsteine ausgelegt werden. Bekannt sind auch Konstruktionen mit Wannen, die mit Kies gefüllt sind. Bei diesen Lösungen entstehen in der Regel hohe Punktlasten, die auf die Dachtragwerke einwirken. In Verbindung mit Kiesschüttung als schwerem Oberflächenschutz oder einer hochwertigen Dachbegrünung entstehen so große Lasten. Günstiger sind Lösungen, die in den Schichtenaufbau integriert sind und z.B. das Substrat des Begrünungsaufbaus als Auflast mit nutzen.
Integration Photovoltaik
Die lage- und windsogsichere Befestigung der Solarelemente erfolgt hier ohne Durchdringung der Dachabdichtung, z. B. mit der ZinCo-Solarbasis SB 200. Diese vormontierten Trägerplatten werden durchdringungsfrei und mit einer hohen Lastverteilung in den Gründachaufbau integriert.
Die Solarbasis übernimmt sowohl die Dränage- und Wasserspeicherfunktion für die Dachbegrünung und dient gleichzeitig als Basis zur Montage des Solargrundrahmens aus Aluminium, der die richtige Neigung der Solarmodule gewährleistet und den nötigen Abstand zur Substratschicht sicherstellt. Die eigentliche Lagesicherung gegen Windsog wird durch die Auflast der Substratschüttung und somit ohne Durchdringung der Dachabdichtung sichergestellt. Diese einfache und durchdachte Verlegetechnik erleichtert die Montage auf dem Dach.
Der Grundrahmen wird ohne Bohren und Dübeln einfach auf der Solarbasis verschraubt. Nach dem Ausrichten der vormontierten Einheiten erfolgt die Schüttung des Substrats sowie die Montage der Solarelemente auf den Grundrahmen.
Solarbasis mit Schienensicherungssystem
In der Praxis der Solartechnik zeigt sich, dass zunehmend unerfahrene Personen auf dem Dach arbeiten, die das Thema „Absturzsicherheit“ sorglos betrachten. Praktikable Lösungen, die auch eine große Beweglichkeit bei Pflege- und Wartungsarbeiten ermöglichen, sind schienengeführte Anschlageinrichtungen für eine persönliche Schutzausrüstung, die an den Solarbasen montiert werden. Solche durchdringungsfreie Schienen-Lösungen bieten auch dann noch Sicherheit, wenn die Solaranlagen – wie oft üblich – bis fast an den Dachrand heran gebaut werden.
Nutzen der Dachbegrünung
Der Nutzen einer Dachbegrünung ist nicht nur als ökologischer Ausgleich zu bewerten. In unseren dicht besiedelten Strukturen ermöglichen Dachbegrünungen zusätzliche Grün- und Freiräume und verbessern nicht nur die die kleinklimatischen Rahmenbedingungen gegenüber frei bewitterten oder bekiesten Dachflächen, sondern tragen wesentlich zu einer optischen Verbesserung bekiester oder nackter Flachdachflächen bei.
Fach- und sachgerechte Planung und Ausführung vorausgesetzt, können Gründächer bautechnische und bauphysikalische Vorteile aufweisen. Sie verringern die physikalischen, chemischen und biologischen Beanspruchungen insbesondere der Dachabdichtung. Dies wirkt sich auf die Lebensdauer der einzelnen Funktionsschichten im Dachaufbau aus. Darüber hinaus wird der sommerliche Wärmeschutz verbessert. Dieses Argument ist auch für die Investition in eine Photovoltaik-Anlage bedeutsam, die ja eine Einspeisevergütung und somit auch eine entsprechende Kapitalisierung über einen Zeitraum von 20 Jahren sicher stellen soll.
Voraussetzungen für die Funktionssicherheit einer Dachbegrünung sind neben den statischen Vorgaben vor allem die Wahl und der Zustand des Abdichtungssystems. Wichtigstes Kriterium hierbei ist die Wurzelfestigkeit, die entweder mit geeigneten Dachabdichtungssystemen, die nach dem FLL-Verfahren geprüft sind, oder einer zusätzlichen Wurzelschutzbahn hergestellt wird.
Mit den Flachdachrichtlinien des Zentralverbands des Deutschen Dachdeckerhandwerks, ZVDH sowie den FLL-Richtlinien für die Planung, Ausführung und Pflege von Dachbegrünungen – Dachbegrünungsrichtlinien werden die wesentlichen Planungsregeln dokumentiert und durch Konstruktionsnormen, wie z.B. der DIN 18531 „Dachabdichtungen“ oder der DIN 18195 „Bauwerksabdichtungen“, ergänzt.
Temperatureinflüsse auf den Wirkungsgrad der PV-Elemente
Mit jedem Grad Temperaturerhöhung liefern Solarzellen aus kristallinem Silizium im Durchschnitt etwa 0,5 % weniger Strom. In der Folge zeigt sich, dass der Wirkungsgrad von kristallinen Silizium-Solarzellen besser ist, je kälter sie sind. Die normierte Leistung eines Solarmoduls wird vom Hersteller pro m² auf 1000 Watt Einstrahlung bei 25° C Zelltemperatur bezogen und als Maximalleistung (Peak-Leistung) in Watt peak (Wp) angegeben. Dies entspricht etwa den Klimaverhältnissen eines Frühsommertages in Deutschland bei strahlendem Sonnenschein.
Erhitzt sich ein Photovoltaik-Element von 25° C auf 65° C, so ist durch die Temperaturdifferenz von 40° K zum 'Normwert' eine ca. 20 % geringere Stromausbeute zu erwarten. Hat das Solarmodul unter „Standard-Test-Conditions“ (STC) einen Modulwirkungsgrad von 10 %, so wird es bei einer Erwärmung auf 65° C nur noch einen Wirkungsgrad von 8 % zeigen. Aus energetischer, aber auch aus wirtschaftlicher Sicht ist es sinnvoll, sicher zu stellen, dass sich die Modultemperatur der Elemente insbesondere im Sommer nicht zu sehr erhöht.
Da ein Gründach eine bedeutend geringere Oberflächentemperatur aufweist als ein nacktes oder bekiestes Dach, bleibt auch das Photovoltaik-Modul über einem Gründach kühler und somit der Wirkungsgrad höher. In einem Praxisversuch mit Unterstützung unabhängiger Institute konnte diese Leis-tungssteigerung von Phototovoltaik-Anlagen in Verbindung mit Gründächern durch die Firma ZinCo nachgewiesen werden.
Bei der Planung ist zu beachten, dass es zu keiner Verschattung der Module durch die Bepflanzung kommt. Bei einem extensiven Dachbegrünungs-Aufbau und entsprechender Pflanzenauswahl kann dieses Problem in Verbindung mit einem speziell für Dachbegrünungen entwickelten Grundrahmen gelöst werden. Die niedrige, bodendeckende Extensivbegrünung kommt bei unseren vorherrschenden gemäßigtem Klimabedingungen auf Flachdächern mit einer geringen Substrat-Schichtdicke aus und wird überall dort eingesetzt, wo neben dem geringem Gewicht der Auflast auch geringe Unterhalts- und Pflegekosten gefragt sind. Wenn das Substrat allerdings zur Lagesicherung von Photovoltaik-Modulen eingesetzt werden soll, ist darauf zu achten, dass die statisch erforderliche Auflast auch im trockenen Zustand nicht unterschritten wird.
Fazit
Durchdringungsfreie Elemente zur Lagesicherung von Modulstützen haben sich in der Praxis auf Flachdächern bewährt. Die entsprechend geplante Auflast in einem Gründachaufbau gewährleistet eine flächenhafte Verteilung der auftretenden Kräfte.
Die Lebensdauer einer Dachabdichtung unter einem sinnvoll geplanten Begrünungsaufbau wird erhöht. Die günstige Modultemperatur ergibt hohe Leistungswerte und im Service- und Wartungsfall ist die Sicherheit der Personen durch ein lineares Sicherungssystem gegeben.
