Solar-Dachflächen, die Sie nicht ignorieren können:

Kurze Antwort: Dach-Solaranlagen sind das wichtigste Segment innerhalb der gebäudeintegrierten Photovoltaik und eines, das ein Modulhersteller nicht ignorieren kann. Der Grund ist das Volumen: Dachinstallationen verbrauchen Module in kleinen Chargen über viele Standorte hinweg, was ein anderes Nachfragemuster ist als bei Versorgungsprojekten, die in Gigawatt bestellen. Dieser Unterschied verändert, was eine Modulfertigungslinie bieten muss. Die Dacharbeit bevorzugt leichtere Module, kleinere Formate, die zwei Installateure tragen können, und Rahmen, die an eine Vielzahl von Dachstrukturen montiert werden können. Außerdem wird ein hoher Wert auf ein konsistentes Erscheinungsbild gelegt, da Dachanlagen sichtbar sind. Für einen Hersteller, der Kapazitäten plant, ist das Dachsegment dasjenige, bei dem die Produktvielfalt wichtiger ist als der Stückdurchsatz, was Auswirkungen darauf hat, wie flexibel der Formatwechsel der Linie sein muss.

PV-Modulfertigung · von Jerry, Ooitech

Produkteinführung

Innerhalb der gebäudeintegrierten Photovoltaik (BIPV) sticht die Dach-Solaranlage als wichtigste Anwendungsform hervor. Dächer genießen hervorragende Sonnenlichtbedingungen, bleiben von der Gebäudeausrichtung unbeeinflusst, sind weniger anfällig für Verschattung und können die Sonnenstrahlung vollständig absorbieren. Diese Vorteile machen das Dach zur erstklassigen Immobilie für die Nutzung von Solarenergie. Dach-PV fällt im Allgemeinen in zwei Hauptkategorien: Schrägdach-PV und Flachdach-PV.

Technische Parameter

Schrägdach-PV

Direktmontage auf Schrägdächern: PV-Module werden in der Regel flach in Richtung der geneigten Dachfläche verlegt. Zwischen den Modulen und dem Dach wird ein Spalt gelassen, um die Kabelführung und Belüftung zur Wärmeableitung zu ermöglichen, wie oben gezeigt.

Für neue Beton-Schrägdächer oder Villen-Beton-Schrägdächer (mit Ziegeln gedeckt) können in der Regel während der Planungsphase Bolzen vorab eingebettet werden, und die Dachabdichtung wird nach konventioneller Praxis behandelt. Bei der Installation der Modulbasis sollte die Abdichtungsschicht über die Basis und die metallischen Einbettungsteile verlängert werden, mit einer Abdichtungsbehandlung um die Ankerbolzen. Wo die Abdichtungsschicht durchdrungen wird, sollte Dichtungsmasse verwendet werden, um den Spalt zu füllen und jeden Weg für das Eindringen von Regenwasser zu blockieren. Eine zusätzliche Abdichtungsschicht sollte auch unter der Basis hinzugefügt werden, so dass selbst bei einem Leck an der Oberseite der Basis Regenwasser nicht die Strukturschicht erreicht.

Für großflächige farbige Stahldächer von Fabriken und Lagerhäusernbeträgt die Neigung im Allgemeinen 5% bis 10%. Module können parallel zur Dachneigung verlegt oder in einem bestimmten Neigungswinkel angeordnet werden. Die oberen Stützhalterungen verbinden sich über verschiedene Verbinder und Befestigungselemente mit der tragenden Struktur des Daches. Verschiedene Stahlpaneele-Strukturen erfordern unterschiedliche Halterungsklemmen – je besser die Klemme zum farbigen Stahlziegel passt, desto höher ist die Zuverlässigkeit des Montagesystems.

Für Nachrüstprojekte, die PV auf bestehenden farbigen Stahldächern hinzufügen, muss die Befestigungsmethode entsprechend der Dachpaneelstruktur gewählt werden – geeignete Klemmverbindungen, Schraubverbindungen oder chemische Klebeverbindungen werden verwendet, um die PV-Halterungen auf dem Dachpaneel zu montieren. Besondere Aufmerksamkeit muss der Verstärkung der Dachabdichtung nach dem Hinzufügen der PV-Ausrüstung gewidmet werden, insbesondere für Verbindungselemente, die das Dachpaneel durchdringen. Abdichtungsdichtungen oder andere abdichtende Strukturklebstoffe können angewendet werden, um die Abdichtungsleistung zu gewährleisten. Darüber hinaus muss die strukturelle Last des ursprünglichen Dachstahlrahmens, der Fachwerke, der Pfetten und der Dachpaneele durch Spannungsanalyse an den tragenden Elementen erneut überprüft werden, um die strukturelle Sicherheit zu gewährleisten.

Bau und Installation von Solarziegeln: Für neue Beton-Satteldächer oder Villen-Beton-Satteldächer (mit Ziegeln bedeckt), neben der üblichen direkt montierten Form, übernehmen viele Projekte die Form von Solarziegeln. Ein Ziegeldach ist eine Art Schrägdach, dessen charakteristische Form einen hohen Standard an das Erscheinungsbild der Module stellt. Solarziegel werden daher oft verwendet, um sich mit dem Gebäudedach zu verbinden, wie oben gezeigt.

Solarziegel bewahren den gesamten architektonischen Stil, versorgen das Gebäude mit Energie und reduzieren gleichzeitig die Innentemperatur. Solarziegel sollten den modularen Abmessungen gewöhnlicher Dachziegel entsprechen und dürfen die normale Entwässerungsfunktion des Daches nicht beeinträchtigen. Die Konstruktion der Solarziegel ist oben gezeigt.

Flachdach-PV

Direkte Platzierung: Für die häufigsten Beton-Flachdächer von Gebäuden wird eine fest geneigte PV-Anordnung übernommen, die mit Stahlhalterungen auf Betonpfeilern auf dem Dach befestigt wird. Die Modulhalterungen sind mit Querträgern entlang der Längsrichtung der Struktureinheit angeordnet. Schraubverbindungen werden zwischen den Halterungen und den Fundamenten, zwischen den Halterungselementen und zwischen den Halterungen und den Pfetten verwendet.

Diese Montagemethode trägt eine relativ geringe strukturelle Last, ist einfach zu installieren, beeinträchtigt im Allgemeinen nicht die Sicherheit der Dachstruktur des Gebäudes, beschädigt nicht das ursprüngliche Dachabdichtungssystem und hat relativ geringe wirtschaftliche Kosten. Für neue Gebäude können Betonpfeiler während der Entwurfsphase gemäß den spezifischen Installationsabmessungen der Halterungen reserviert werden, was die Installation bequem macht. Der Neigungswinkel der Modulhalterungen kann mithilfe geeigneter Solar-PV-Software basierend auf dem lokalen Breitengrad und der Dachanordnung berechnet werden, wobei der optimale Sonnenwinkel und Neigungswinkel ausgewählt wird.

Wenn Module geneigt platziert werden, muss der Reihenabstand der PV-Anlage berücksichtigt werden, um zu vermeiden, dass die vordere Reihe die hintere Reihe beschattet. Die Wahl des Neigungswinkels und des Reihenabstands sollte mit den spezifischen Abmessungen der verfügbaren Dachfläche abgestimmt werden. Unter der Voraussetzung, dass die Sonnenlichtbedingungen erfüllt sind, sollte der optimale Neigungswinkel und die optimale Konfiguration durch Abwägung aller Faktoren ausgewählt werden, um die installierte Leistung pro Dachfläche zu erhöhen und die Stromerzeugungseffizienz zu verbessern. Basierend auf früheren Design-Erfahrungen haben so installierte PV-Systeme eine installierte Leistung von etwa 120–160 Wp/m² pro Flächeneinheit, und es wird empfohlen, bei der Planung mit 150 Wp/m² zu kalkulieren.

Gebäudedächer beherbergen viele elektromechanische Einrichtungen wie Kühltürme, Lüftungs- und Brandschutzventilatoren, Wasserzu- und -abflusseinrichtungen sowie Rohrleitungen, sowie Treppenhäuser, Aufzugsmaschinenräume und Dachfeuerlöschtanks, die über das Dach hinausragen. All diese beeinflussen die Platzierung der PV-Anlagen erheblich. Die verfügbare und zusammenhängende Dachfläche für Module kann klein oder verstreut sein, was für die Systemanordnung und die Kabelbündelung ungünstig ist. Die Kommunikation und Koordination mit der Architektur und den verschiedenen elektromechanischen Disziplinen muss früh in der Entwurfsphase erfolgen, um bessere Installationsflächen und -bedingungen zu sichern.

Erhöhte Installation: Um den Raum effektiv zu nutzen und die Nachteile der direkten Dachmontage zu überwinden, kann eine erhöhte Anordnung verwendet werden. Ein Stahlvordachrahmen wird an einer hohen Position auf dem Dach angebracht, um die PV-Module zu tragen, ohne die Anordnung und Nutzung der Dachausrüstung zu beeinträchtigen. Die Modulhalterungen werden an den Pfetten der Stahlvordachkonstruktion verschraubt, wobei eine insgesamt horizontale Neigung gewählt wird, bei der die Module flach auf der Vordachstahlkonstruktion liegen, wie oben gezeigt.

Diese Methode maximiert die Nutzung der Dachfläche und vermeidet Störungen durch die Dachausrüstungsanordnung, aber mehrere Probleme müssen berücksichtigt werden. Erstens, Sicherheit. Da das Stahlvordach die Höhe der Brüstung überschreitet, können extreme Wetterbedingungen (wie starke Taifune) die Module anheben und zum Herunterfallen bringen, was Gefahr für untenstehende Personen darstellt. Der Installationsneigungswinkel sollte daher nicht zu groß sein, und die Verbindungsfestigkeit der Montageverbinder muss erneut überprüft werden. Zweitens die Auswirkung des Stahldachs auf Gebäudehöhe und Geschossflächenzahl. Obwohl das Dach auf allen Seiten offen ist, könnten Eigentümer es später für die Nutzung einschließen, daher muss mit den örtlichen Bau- und Planungsbehörden geklärt werden, ob die Konstruktion von der Berechnung der Höhe und Geschossflächenzahl ausgenommen werden kann. Drittens, ob elektromechanische Geräte auf dem Dach wie Kühltürme, Abluftventilatoren und Entlüftungsrohre von oben abgedeckt werden können, muss mit den betreffenden Fachdisziplinen abgestimmt und bestätigt werden.

Für neu gebaute Gebäude mit Farbstahldach kann ein integriertes PV-Dachpaneel gewählt werden, um Module über das gesamte Dach zu verlegen – ohne Gestell, schnell zu installieren, begehbar und ohne reservierte Wartungs- oder Reinigungskanäle. Im Vergleich zur Aufbringung gewöhnlicher Module auf herkömmlichen Metalldachpaneelen bietet diese integrierte Lösung bessere Leistungen in Bezug auf Windwiderstand, Wasserdichtigkeit, Brandschutz und vollständige Nutzung der verfügbaren Dachfläche, wie oben gezeigt.

Technische Vorteile

• Dächer bieten überlegenes Sonnenlicht, Freiheit von Ausrichtungsbeschränkungen und minimale Verschattung

• Mehrere Montagestrategien passen sich Beton-, Farbstahl-, Ziegel- und integrierten Dachtypen an

• Solarziegel bewahren die architektonische Ästhetik und senken gleichzeitig die Innentemperatur

• Verstärkte Abdichtung und statische Nachprüfung gewährleisten langfristige Dachsicherheit

• Optimierter Neigungswinkel und Reihenabstand maximieren installierte Kapazität und Erzeugungseffizienz

• Integrierte PV-Dachpaneele bieten gestellfreie, begehbare, witterungsbeständige Dächer

Produktanwendung

PV-Dachlösungen gelten für ein breites Spektrum an Gebäudetypen: Wohnvillen mit Beton-Satteldächern oder Ziegeldächern, Industriefabriken und Lagerhallen mit großen Farbstahldächern, bestehende Strukturen, die einer PV-Nachrüstung unterzogen werden, und Gewerbegebäude mit flachen Betondächern, die mit elektromechanischen Geräten vollgestellt sind. Ob durch direkte Montage, Solarziegel, fest geneigte Anordnungen, erhöhte Dachkonstruktionen oder vollständig integrierte PV-Dachpaneele – jeder Ansatz kann an die Standortbedingungen angepasst werden, um Energieertrag, Wasserdichtigkeit, strukturelle Sicherheit und architektonisches Erscheinungsbild in Einklang zu bringen.

Ooitechs Ansicht

Als globaler Lieferant von Solarpanel-Produktionslinien ist Ooitech der Ansicht, dass die hier beschriebene Vielfalt an Dach-Szenarien – von Ziegel-Villen bis hin zu erhöhten Fabrikdächern – genau der Grund dafür ist, dass Modulqualität und Maßhaltigkeit an der Quelle so wichtig sind. Solardachziegel müssen zur Ziegel-Modularität passen, und erhöhte Anlagen müssen taifuntaugliche Lasten überstehen, daher bestimmen die Rahmen-, Laminierungs- und EL-Testphasen der Modulproduktion direkt, ob diese Dächer jahrzehntelang wasserdicht und sicher bleiben. Für Ingenieure, die sehen möchten, wie zuverlässige Module tatsächlich gebaut werden, bietet der Ooitech-YouTube-Kanal unter www.youtube.com/ooitech einen genaueren Einblick in die Produktionslinie hinter jeder zuverlässigen Dachinstallation.