Windlast und Windsog bei Solaranlagen

• Was versteht man unter Windlast bei Photovoltaik? Die Windlast beschreibt die mechanischen Druck- und Sogkräfte, die durch Luftbewegungen auf eine Solaranlage wirken. Da starke Böen erhebliche Belastungen für die Modulbefestigung bedeuten, ist eine präzise statische Berechnung der Windlast essenziell, um die Standfestigkeit der gesamten Konstruktion langfristig zu garantieren.
• Welche Rolle spielen die Windlastzonen? In Deutschland definieren vier Windlastzonen die regionale Intensität zu erwartender Windgeschwindigkeiten für die Planung. Küstenregionen in Zone 4 erfordern deutlich robustere Montagesysteme als geschützte Binnenländer. Die korrekte Einstufung Ihrer Windlastzone verhindert kostspielige Sturmschäden an den installierten Photovoltaik-Modulen und dem Dach.
• Wie entsteht Windsog an Solarmodulen? Windsog entsteht durch Druckunterschiede, wenn Luft über die Kanten der Photovoltaikanlage strömt und die Module nach oben zieht. Besonders an den Dachrändern ist diese Windlast extrem hoch, weshalb dort verstärkte Befestigungen oder zusätzliche Ballastierungen zwingend notwendig sind, um ein Abheben der Solaranlage sicher zu verhindern.
• Warum ist die Gebäudehöhe für Windlast relevant? Höhere Gebäude sind stärkeren Windgeschwindigkeiten ausgesetzt, was die wirkende Windlast auf die installierte Photovoltaikanlage massiv erhöht. Bei der statischen Planung müssen daher die Gebäudehöhe und die exponierte Lage berücksichtigt werden, damit das Montagesystem die auftretenden Kräfte sicher in die Dachkonstruktion einleiten kann.
• Welche Befestigung schützt vor Sturmschäden? Ein zertifiziertes Montagesystem, das speziell auf die lokale Windlast ausgelegt ist, bietet den besten Schutz vor Sturmschäden. Durch die Verwendung hochwertiger Dachhaken und stabiler Schienen bleibt die Photovoltaikanlage auch bei extremen Orkanböen fest verankert. Eine fachgerechte Installation minimiert das Risiko von Materialermüdung durch ständige Vibrationen.

Tückisch an der Windlast ist, dass sie sowohl seitlich als auch senkrecht nach unten oder oben wirken kann. Das Auftreten senkrechten Drucks und seitlicher Schwerkräfte ist intuitiv unmittelbar einsehbar, ein die Photovoltaik-Module vom Dach wegziehender Sog möglicherweise nicht. Dieser rührt daher, dass eine Luftströmung parallel zu einer Oberfläche einen starken Unterdruck erzeugt. Wer sich davon überzeugen möchte, braucht nur kräftig zwischen zwei parallel gehaltene Blätter Papier zu pusten. Diese fliegen nicht etwa auseinander, sondern haften dabei aneinander. Für die Verankerung der Solarmodule im Dach bedeutet das, dass sie Kräften in alle Richtungen standhalten muss.

Die bei der Kalkulation anzuwendenden Rechenmethoden sind in der DIN 1055 – 4 festgelegt. Diese Norm legt ebenfalls fest, welche Windgeschwindigkeiten an unterschiedlichen Standorten zu berücksichtigen sind. Zu diesem Zweck wird jeder Standort in Deutschland einer von vier Windzonen zugeordnet. Standorte mit besonders hoher Windlast werden der Stufe vier zugeordnet, diese liegen erwartungsgemäß in Küstennähe an der Nordsee und der Ostsee. Jeder dieser vier Zonen wird eine „maximale durchschnittliche Windgeschwindigkeit“ zugeordnet. Damit ist gemeint, dass in 50 Jahren die durchschnittliche Windgeschwindigkeit innerhalb eines Zeitraums von zehn Minuten nur einmal diesen Wert übersteigt - zumindest nach bisherigen Statistiken.

So verstanden entsprechen die vier Windzonen „maximalen durchschnittlichen Windgeschwindigkeiten“ von 22,5 m/s, 25 m/s, 27,5 m/s und 30 m/s. Das entspricht Winddrücken von 320, 390, 470 und 560 Newton pro Quadratmeter. Dividiert man diese Werte durch 10, erhält man näherungsweise die entsprechende Gewichtsbelastung in Kilogramm pro Quadratmeter. Wie man sich mit einem Taschenrechner anhand dieser vier Werte leicht überzeugen kann, ist der Winddruck proportional zum Quadrat der Geschwindigkeit.

Unter der Annahme, dass die Dachkonstruktion selbst keine Probleme bereitet, existieren zwei neuralgische Punkte, nämlich die Befestigung der Montagekonstruktion am Dach und die Befestigung der Module am Montagegestell. Für eine sichere Verankerung im Dach ist zunächst die Anzahl der Befestigungshaken entscheidend, hier unterscheiden sich die verschiedenen Systeme. Darüber hinaus muss diese Befestigung fachmännisch vorgenommen werden, ansonsten droht eine punktuelle Beschädigung des Dachs beim Befestigen der Dachhaken. Besonders hohe Kräfte wirken auf aufgeständerte Photovoltaik-Module auf Flachdächern. Hier bietet es sich an, das Montagegestell mit Betonplatten zu beschweren, sofern die Statik des Dachs dies erlaubt. Für die Befestigung der Module am Montagegestell sind zwei unterschiedliche Varianten gebräuchlich. Bei einigen Konstruktionen werden die Module verschraubt, bei anderen durch Klemmrahmen gehalten. Die Belastbarkeit dieser Vorrichtungen kann den technischen Dokumentationen entnommen werden.

Selbst wenn ein System zur Selbstmontage zertifiziert und zugelassen ist, muss im Schadensfall die fachgerechte Ausführung der Photovoltaik-Montage nachgewiesen werden. Eine Abnahme durch einen Fachbetrieb ist daher ohnehin erforderlich. Wird die Montage der Photovoltaikanlage komplett durch einen Fachbetrieb durchgeführt, sollte darauf geachtet werden, dass dieser die örtlichen Windlasten berücksichtigt.

*Foto: Störfix, CC BY 2.5, via Wikimedia Commons