Risikofaktor Stauwasser - Durch den Einsatz der richtigen Systeme lassen sich Materialverschleiß und Frostschäden vermeiden
Drehte sich vor Kurzem bei der Konzeption von PV-Anlagen nahezu alles um die Auswahl der Module bzw. deren Parameter, hat hier eine spürbare Wahrnehmungsverschiebung stattgefunden. Zentrale und neuralgische Komponente einer guten PV-Anlage ist – vor allem auf dem Flachdach – die Unterkonstruktion. Die Gründe liegen auf der Hand: Die Unterschiede und damit das Chancen-Risiko-Profil z.B. bei der Modulauswahl sind vergleichsweise gering, die Differenzierung hierüber immer schwerer. Ganz anders sieht es bei den Montagesystemen aus. Sowohl qualitativ als auch preislich geht die Schere auf diesem Sektor weit auseinander. Zudem hat eine logische Sensibilisierung stattgefunden. Denn gerade auf Flachdächern stellt die Unterkonstruktion das Herzstück der Anlage dar. Das Herzstück, das entscheidet, wie gut eine Anlage ist, wie stabil die Renditesicherheit, aber auch wie groß das Risiko ist.
Bild 1: Anlage im Aufbau – gute Sicht auf den Wasserablauf bei System „Shark simpleX“ in Ost-West-Richtung.
Bild 2: Eislast am Rahmen und mögliche Beschädigung bei dauerhafter Belastung.
Bild 3: Die Auswirkungen elektrochemischer Korrosion (siehe Expertise Prof. Dr. Czarnecki).
Bild 4: Trägerschiene 15° mit Wasserablauf-Modell.
Die Branchenevolution hat hier als erstes die Systeme mit Dachdurchdringung und die daraus resultierenden Unwägbarkeiten durch Schäden an der Dachhaut nahezu verschwinden lassen. Aktuell befinden wir uns in diesem Markt in einer Phase, in der diejenigen aerodynamischen Systeme die Wettbewerbsfähigkeit verlieren, die hohe Dachlasten durch hohe Zusatzballaste verursachen oder – und davon gibt es tatsächlich immer noch einige – die keinen oder nur einen geringen Planungsservice anbieten.
Während dieser zweite Evolutionszyklus bereits kurz vor dem Ende steht – schon 2015 wird es wohl kaum mehr Anbieter mit schlechter Aerodynamik geben – kündigt sich der dritte große Zyklus bereits an. Und dieser befasst sich mit der Stauwasser-Thematik und -Problematik.
Gefahr durch „stehendes Wasser“
Aktuell verursachen weit mehr als zwei Drittel der Flachdachmontagesysteme für den Bauherrn potenziell ein Stauwasserrisiko. Was bedeutet das? „Gerade auf dem Flachdach, sprich Dächer mit geringer Dachneigung, haben wir ein verstärktes Risiko in Problembereichen, sprich Senken, verstopften Abflussschächten oder einfach irgendwo im Anlagenfeld von stehendem Wasser“, erklärt Tobias Rottach, Produktentwickler bei D&D Deli, dem Hersteller der „Shark line“.
2012 ging die „Shark line“ mit dem Süd-System „Shark simpleX“ und dem Ost-West-Pendant „Shark dupleX“ nach gut einem Jahr intensiver Entwicklungsarbeit in zweiter Produktgeneration an den Markt. Die Zahlen seither sind beeindruckend: 10 MW in 2012, 15 MW in 2013 und wohl knapp 25 MW in 2014 wurden mit diesen Systemen auf dem Flachdach verbaut. Geschäftsführer Daniel Deli blickt zurück: „Zentrale Punkte bei der Entwicklung dieser zweiten Produktgeneration waren die optimierte Aerodynamik und der garantierte Wasserablauf in alle Richtungen.“
Den Komponenten aus dem Hause D&D Deli gelingt dies durch hutförmige Auflagekomponente als alleinige Auflagefläche an der Nord- und Südseite der aufgeständerten Konsolen bei „Shark simpleX“ bzw. an der Ost- und Westseite bei „Shark dupleX“.
Die am Markt immer noch üblichen durchgängigen Schienen als Auflageflächen sind hier somit komplett vermieden worden. Genau diese durchgängigen Schienen sind die Hauptursache für das unerwünschte Stauwasser. „Stehendes Wasser kann gefrieren und es besteht die Gefahr, dass Ausgangsmaterialien deformiert werden“, so Deli. Mögliche Folgen können Risse in den Bauteilen sein, aber auch das Platzen von Profilen. Anlageschäden also, die nur mit teilweise erheblichem Aufwand repariert werden können.
Defekte durch Eisbildung
Doch auch die Modulhersteller sehen dadurch Gefahren: „Stauwasser bei PV-Modulen kann verschiedene Probleme mit sich bringen, besonders im Hinblick auf tiefe Temperaturen unter dem Gefrierpunkt und die einhergehende Eisbildung“, so Conny Axel Hulverscheidt, Direktor Produktmanagement und Marketing des Modulherstellers ZNSHINE Europe GmbH. Der Diplomphysiker erklärt weiter: „Steht ein Teil des Moduls dauerhaft im Wasser, kann es im ungünstigsten Fall zu einem Eindringen des Wassers in das Laminat kommen. Die seitliche Grenzfläche des Laminats wird beim Anbringen des Rahmens zwar mit Silikon gegen äußere Einflüsse isoliert, jedoch können sich die Isolationseigenschaften durch UV-Exposition über einen längeren Zeitraum verändern, sodass nicht auszuschließen ist, dass Wasser die Silikonabdichtung durchdringen kann. Das Eindringen von Wasser in das Laminat selbst würde zu Delaminationseffekten führen.“ Insgesamt beurteilt er dieses Risiko aber als unwahrscheinlich, da hier mehrere Umstände gemeinsam auftreten müssten.
Sehr viel wahrscheinlicher sei das Szenario von mechanischen Defekten am Modul (Bild 2). Hulverscheidt: „Die Last von gefrorenem Wasser (Stauwasser, aber auch geschmolzener Schnee, der sich am unteren Ende des Moduls sammelt und nachts wieder gefriert) an einer Rahmenkante kann zu einer mechanischen Beschädigung derselben führen. Das hohe Gewicht von Schnee und Eis könnte den Rahmen an der betroffenen Seite vom Modul lösen und sich entsprechend verbiegen oder bei extremer Belastung sogar abreißen.“
Auch aus elektrotechnischer Sicht müssen Wasserablaufbarrieren bei PV-Anlagen als sehr bedenklich eingestuft werden. Lothar Czarnecki, Professor an der Hochschule Kempten, weist hier vor allem auf die üblicherweise in die PV-Anlage integrierte Blitzschutztechnik hin: „Die Verbindung von PV-Anlagen besteht wegen der guten elektrischen Leitfähigkeit vorwiegend aus Kupfer. Die Blitzschutzanlage ist dagegen meist aus einer Kombination von feuerverzinktem Stahl und Aluminium ausgeführt. Eine Kombination mit Kupferleitungen wird wegen der dann auftretenden elektrochemischen Korrosion nicht empfohlen.“ Die Auswirkungen elektrochemischer Korrosion, begründet durch eine elektrochemische Spannung und den daraus resultierenden Stromfluss, der das unedlere Metall korrodieren lässt, sind in Bild 3 zu sehen.
Aus diesem Grund seien auch in DIN VDE 0185-305 Kupferteile oberhalb verzinkter Verbindungen oder Aluminium nicht gestattet. Czarnecki weiter: „Tritt nun Stauwasser auf Dächern auf, besteht die Gefahr, dass die Kupferleiter der Photovoltaik über das Stauwasser, welches als Elektrolyt wirkt, mit den Metallverbindungen der Blitzanlage in Verbindung kommt. Dies kann im ungünstigsten Fall direkt geschehen, wobei zusätzlich die Gefahr besteht, dass dadurch die vorgeschriebenen Abstände zwischen PV-Anlage und Blitzschutzsystem verringert oder völlig unwirksam gemacht werden. Im Fall eines gleichzeitig stattfindenden Gewitters kann dies durch unbeabsichtigtes Führen eines direkten Teilblitzstroms zur Zerstörung der PV-Anlage führen. Stauwasser sollte daher auf jeden Fall vermieden werden.“
Rein physisch droht eine PV-Anlage, die im Wasser steht, regelrecht wegzuschwimmen. Die berechnete Anlagenstatik kann bei Stauwasser und den daraus resultierenden Verschiebungen ihre Gültigkeit verlieren. Weitere Folge ist bei nicht fachgerecht angebrachten Bautenschutzmatten, sprich nicht werkseitig am Montagesystem befestigt, das Verrutschen dieser Dachschoner. Als Worst Case liegt die Unterkonstruktion dann ungeschützt direkt auf der Dachhaut auf und kann zu Dachschäden führen.
Ganz nebenbei verursachen durchgängige Schienen bei der Montage ein zusätzliches Risiko, z.B. durch den Spanflug bei anfallenden Sägearbeiten. Es ist also davon auszugehen, dass die durchgängige Schiene als zentrales Bauteil von Montagesystemen auf Flachdächern in absehbarer Zeit verschwinden wird.
Aus oben angeführten Tatsachen leitet sich ein nicht kalkulierbares Risiko ab. Definitiv schwebt bei Anlagen, die diese Gefahren nicht berücksichtigen, immer das Damokles-Schwert des Teil- und sogar Totalverlusts über dem Invest. Kostspielige Wartung, aufwendige Instandsetzungen aber auch der Rückbau sind mögliche Konsequenzen von Stauwasser in einer PV-Anlage.
Bilder: D&D Deli
Kontakt: D&D Deli GmbH & Co. KG, 87640 Ebenhofen I Germany, Tel. 08342 895620, Fax 08342 8956229, info@dd-deli.com, www.dd-deli.com
