Dachbegrünung und Photovoltaik in kongenialer Partnerschaft

(26.6.2012) Gründächer erfüllen vielerlei Funktionen. Sie können die Wärmedämmung im System ergänzen, verbessern die Lebenserwartung einer Dachabdichtung, bieten in Abhängigkeit der Maßnahme Lebensraum für Pflanzen und Tiere und wirken bei der Regenwasserretention. Darüber hinaus können sie das Kleinklima verbessern und eine wichtige Rolle als Nutzungsfläche spielen. Als Standort für Anlagen zur Sonnenener­gienutzung erlangen sie zusätzliche Bedeutung.

Photovoltaikanlagen erzeugen aus Sonnenlicht Strom und sind durch dessen Einspei­sung in das öffentliche Netz bzw. die Selbstversorgung mit Solarstrom auch wirt­schaftlich interessant. Dazu ist allerdings während der Nutzungsdauer die Funktions­fähigkeit der Tragkonstruktion und der Dachabdichtung sicher zu stellen. Außerdem ist die entsprechende Lagesicherung gegen Windlasten durch Sog und Druck wichtig. Damit Photovoltaik-Anlagen in idealer Weise ihre Leistung erbringen können, sind diese in einem Neigungswinkel von 28° und nach Süden ausgerichtet aufzustellen.

Lagesicherung

Für die Lagesicherung der Tragkonstruktion aufgeständerter Solarelemente sind zwei Varianten denkbar. So können die entstehenden Lasten durch die Abdichtungslage hindurch am Dachtragwerk eingeleitet werden. Hierbei ist zu beachten, dass auch 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 PV-Tragkonstruktion allein durch Auflast lagesicher gehalten. Hierbei können bei entsprechenden Tragfähigkeiten der Unterkonstruktion auf der Dachabdichtung Fundamente betoniert oder großformatige Betonplatten aus­gelegt werden. Bekannt sind auch Konstruktionen mit Wannen, die mit Kies gefüllt sind oder Lösungen die mit der Dachhaut verklebt werden - siehe auch Montagesys­teme im alternative Energien-Magazin von Baulinks.

Bei vielen der beschriebenen Lösungen entstehen allerdings hohe Punktlasten. Günstiger sind Lösungen, die in den Schich­tenaufbau integriert sind und z.B. das Substrat des Begrü­nungsaufbaus als Auflast mit nutzen. Die lage- und windsog­sichere Befestigung der Solarelemente erfolgt hierbei ohne Durchdringung der Dachabdichtung mit beispielsweise der ZinCo-Solarbasis SB 200. Diese vormontierten Trägerplatten werden durchdringungsfrei und mit einer hohen Lastverteilung in den Gründachaufbau integriert. Die eigentliche Lagesiche­rung gegen Windsog wird durch die Auflast der Substratschüttung sichergestellt. Da­bei ist darauf zu achten, dass die statisch erfor­derliche Auflast auch im trockenen Zustand nicht unterschritten wird.

ZinCos Solarbasis übernimmt sowohl die Dränage- und Wasserspeicherfunktion für die Dachbegrünung und dient gleichzeitig als Basis zur Montage des Solargrundrahmens SGR 35/90 aus Aluminium, der die richtige Neigung der Solarmodule gewährleistet und den nötigen Abstand zur Substratschicht sicherstellt. Diese aufeinander abgestimmte Verlegetechnik erleichtert die Montage auf dem Dach:

Wesentlich ist, dass es zu keiner Verschattung der Solarmodule durch die Bepflanzung kommt. Daher empfehlen sich niedrige, bodendeckende Extensivbegrünungen wie die ZinCo-Pflanzengemeinschaft „Sedumteppich“.

Wenn die Solaranlagen - wie oft üblich - bis fast an den Dach­rand heran gebaut wer­den, lässt sich die Solarbasis sogar mit einem Schienensystem zur Absturzsicherung kombinieren - siehe z.B. Beitrag "Durchdringungsfreie Sicherheitseinrichtung für's Gründach weiterentwickelt" vom 22.4.2008. Die persönli­che Schutzausrüstung wird an dieser schienengeführten An­schlageinrichtung eingehängt und Pflege- und Wartungsarbei­ten sind sicher durchführbar.

Nutzen der Dachbegrünung

Fach- und sachgerechte Planung und Ausführung vorausgesetzt, weisen Gründächer bautechnische und bauphysikalische Vorteile auf. 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.

Positive 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. Erhitzt sich ein Photovoltaik-Element von 25°C auf 65°C, so ist durch die Temperaturdifferenz von 40 Kelvin zum 'Normwert' eine ca. 40 K x 0,5%/K = 20% geringere Stromausbeute zu erwarten. 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. ZinCo hat durch eine eigene Versuchs­anlage über einen Zeitraum von drei Jahren diesen Effekt mit Zahlen belegt - siehe Beitrag "Versuchsanlage bestätigt: Dachbegrünung erhöht Erträge der Photovoltaik" vom 19.7.2011:

Die Auswertungen zeigten, dass die Temperatur des Solarmoduls über der Dachbe­grünung am nächsten an der Lufttemperatur blieb, wogegen die Solarmodule über der Bitumenabdichtung deutlich wärmer wurden. Die Messwerte des Jahres 2010 erbrach­ten eine Differenz von durchschnittlich 8 Kelvin, was einer Leistungsdifferenz von 8K x 0,5%/K = 4% gleichkommt. Abhängig von der Größe einer Solaranlage wirken sich 4% Leistungssteigerung durch eine vorhandene Dachbegrünung natürlich finanziell erheb­lich aus.

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 und die günstige Modultemperatur steigert die Leistungswerte der Photovoltaik-Anlage um etwa 4%.

Weitere Informationen zur Kombination aus Dachbegrünung und Photovoltaik können per E-Mail an ZinCo angefordert werden.