photovoltaik Schneelast und Windlast

Was ist Photovoltaik Schneelast und Windlast?

Die Photovoltaik-Schneelast bezieht sich auf die Belastung, die Schnee auf einer Photovoltaikanlage verursachen kann. Dabei wird die Menge an Schnee berücksichtigt, die sich auf den Modulen ansammeln kann und somit das Gewicht der Anlage erhöht.

Die Windlast hingegen beschreibt die Belastung, die durch Wind auf eine Photovoltaikanlage ausgeübt wird. Hierbei wird die Windgeschwindigkeit berücksichtigt, die auf die Module einwirken kann und somit Kräfte verursacht, die die Stabilität der Anlage beeinträchtigen könnten.

Photovoltaikanlagen: Die Auswirkungen von Schnee und Wind dürfen nicht unterschätzt werden!

Wir müssen uns darauf vorbereiten photovoltaik: Die Klimaveränderung wird nicht nur zu vermehrter Trockenheit und stärkeren Regenfällen führen, sondern auch die Wind- und Schneelast erheblich erhöhen. Dieses Thema gewinnt besonders bei der weit verbreiteten Aufdachmontage an Bedeutung. Aktuelle Erhebungen, die regelmäßig von den Bundesländern durchgeführt werden, zeigen, dass sich im Vergleich zu 2010 noch nicht viel geändert hat und die Werte in den Zonenkarten immer noch gültig sind. Wir werden die Entwicklungen weiterverfolgen und diesen Beitrag zur Wind- und Schneelast regelmäßig aktualisieren.

Schneelast: Zusätzliche Belastung für photovoltaik und Dächer

Die Vorstellung, dass Schnee keine Belastung darstellt und einfach von der Solaranlage abrutscht, ist weit verbreitet. Dies mag zutreffen, wenn das Dach steil genug ist und der Schnee locker und in moderaten Mengen auf die Solaranlage fällt. Wenn die Eiskristalle jedoch liegenbleiben, kann dies je nach Art des Schnees ein Gewicht von bis zu 90 kg/m² bedeuten – bereits bei einer Dicke von 10 cm (zum Vergleich: Wasser würde 100 kg/m² wiegen)! Selbst das stellt bereits eine Herausforderung für die Qualität der Photovoltaikmodule und ihrer Befestigungssysteme dar.

Schneelast-Zonen und ihre Bedeutung

Um die Schneelast in einer Region zu beurteilen, kann die Karte der Schneelastzonen in Deutschland als Referenz herangezogen werden. Die höchsten Schneelasten sind in den Alpen, im Bayerischen und Thüringer Wald, im Harz, im Erzgebirge und in Vorpommern zu finden. Entlang des Rheins, der Ems und der oberen Donau sowie im Rhein-Main-Gebiet ist hingegen mit der geringsten Schneelast zu rechnen. Die Norm DIN EN 1991-1-3/NA:2019-04 definiert für die fünf festgelegten Schneelastzonen die folgenden Belastungen auf Tragwerke (auch: Lastannahmen):

In den Karten sind Höhenlagen innerhalb der jeweiligen Zonen mit dem Buchstaben „a“ gekennzeichnet. Die Werte geben die Belastungen auf eine horizontale Fläche an, wobei ein KiloNewton (kN) ungefähr einhundert Kilogramm entspricht. Für die Schneelast auf Dächern stellt die Norm Beiwerte zur Verfügung, die das Verhältnis zwischen der auf dem Dach liegenden Schneemenge und der gefallenen Schneemenge berücksichtigen. Dies berücksichtigt sowohl die Dachform als auch die Dachneigung. Bei der Aktualisierung im Jahr 2019 wurden zusätzlich Lasten für aufgeständerte Anlagen und große Dächer eingeführt.

Qualifizierte Fachleute können mithilfe geeigneter Berechnungsformeln die voraussichtliche Schneelast ermitteln. Die DIN EN 1991-1-3 bietet jedoch keine Formel für extreme Wetterphänomene wie außergewöhnlich hohe Schneemengen oder Blitzeis. Sie betont jedoch ausdrücklich, dass bestimmte Regionen aufgrund wiederkehrender Wetterereignisse erheblich höhere Schneelasten erleben können, als durch die Karten ausgedrückt. Ein Beispiel hierfür ist die norddeutsche Tiefebene, die sich normalerweise in Schneelastzone 1 befindet. Bei ungünstigem Wetter können hier Schneefälle auftreten, die sogar die Schneelast der höchsten Zone 3 übersteigen

Maßnahmen gegen übermäßige Modulbelastung durch Schnee

Ein Blick in die Unterlagen des Herstellers gibt Aufschluss über die maximale Belastbarkeit der Module. Diese liegt oft bei nur 2.400 Pascal (entsprechend 2,4 kN/m² Belastung). Dies ist in den Zonen 1 und 2 mit ruhigem Klima völlig ausreichend. Allerdings sollten besonders vorsichtige Menschen und solche, die in anderen Regionen leben, bei der Auswahl und Montage folgende Faktoren berücksichtigen:

1. Module mit besonders widerstandsfähiger Glasabdeckung und stabilem Rahmen sind besser geeignet als rahmenlose Module.
2. Damit die Modultragschienen ausreichend unterstützt werden, sollten mehr Befestigungspunkte als üblich verwendet werden. Es ist wichtig zu beachten, dass die Belastung bei einer Dachabdeckung ohne Module über die gesamte Fläche verteilt ist. Bei einer Aufdach-PV-Anlage hingegen wird die Last über die Befestigungspunkte in die Dachkonstruktion übertragen. Dies kann eine zusätzliche Belastung für die Statik des Daches darstellen.
3. Zu guter Letzt ist es immer hilfreich, die Module von Schnee zu befreien. Wenn nach dem Schneefall die Sonne scheint, erledigt sich dies oft von selbst. Wenn Sie die Solaranlage selbst reinigen, können Sie in der Regel auch gut auf die Module zugreifen und nicht nur Schmutz, sondern auch Schnee entfernen. Abgesehen davon, dass eine Schneedecke die Leistung beeinträchtigt…

Windlast: Die Module können tatsächlich abheben.

Nicht weniger wichtig als die Schneelast ist die Windlast bei der Installation von PV-Modulen. Die Windlast wird als die Belastung definiert, die durch Windströmungen auf ein Bauwerk wirkt. Dabei werden Druck- und Sogkräfte unterschieden: Der Winddruck wirkt auf die dem Wind zugewandte Seite des Bauwerks, während der Windsog auf die dem Wind abgewandte Seite einwirkt. Diese Kräfte erzeugen Über- bzw. Unterdruck und sollten keinesfalls unterschätzt werden.

Windlast-Zonen und ihre Bedeutung

Um die Windlast in einer Region einzuschätzen, bietet die Karte der Windzonen (Windlastzonen) in Deutschland eine Übersicht. Diese vier Windzonen spiegeln die durchschnittlichen Windgeschwindigkeiten wider. In Deutschland reichen die Werte in einer Höhe von 10 Metern über dem Boden in flachem, offenem Gelände von 22,5 bis 30 Metern pro Sekunde (unebene, bewachsene oder bebaute Flächen ergeben niedrigere Werte). Die höchsten Windgeschwindigkeiten treten an den Küsten auf, während die niedrigsten in den klimatisch ruhigeren Gebieten der Bundesländer Nordrhein-Westfalen, Hessen, Rheinland-Pfalz, Saarland, Baden-Württemberg und Bayern zu finden sind. Die entsprechende Norm DIN EN 1991-1-4/NA:2010-12 gibt folgende Einwirkungen auf Tragwerke an:

Auch hier kann ein KiloNewton grob in etwa 100 Kilogramm umgerechnet werden. Was die Norm nicht spezifiziert, muss von Fachleuten berechnet werden. Bei der Planung des Befestigungssystems ist die maximale Windgeschwindigkeit entscheidend. Um diese zu ermitteln, werden zunächst verschiedene Geländekategorien berücksichtigt, wie die Lage an einem See oder in einer Ebene, Gelände mit Hecken und anderem Bewuchs, Vorstädte bzw. Industrie- und Gewerbegebiete sowie stark bebaute Flächen. Anhand einer Tabelle lässt sich dann die maximale Böengeschwindigkeit ablesen, die von 93 km/h in der Windzone 1 bis zu 162 km/h in der Windzone 4, im Extremfall sogar 216 km/h, betragen kann.

“Schritte zur Vermeidung von Schäden durch Windlast”

Starker Wind und Stürme können Photovoltaikmodule buchstäblich aus ihrer Verankerung reißen, was häufig erhebliche Schäden verursacht. Der Windsog (Zugkraft) stellt dabei ein größeres Problem dar als der Winddruck (Druckkraft). Wenn der Wind auf eine schräge Dachfläche trifft, wird er einfach nach oben abgeleitet. Auf der windabgewandten Seite entsteht jedoch gleichzeitig ein Unterdruck, der eine Sogwirkung erzeugt. Beim Versuch, den entstandenen Unterdruck auszugleichen, können Dachziegel und sogar PV-Module angehoben werden. Doch keine Sorge, erfahrene Installateure wissen natürlich, wie sie in windgefährdeten Gebieten vorgehen müssen.

• Die Verwendung einer erhöhten Anzahl von Dachhaken bietet dem Montagesystem besseren Halt, da die Abstände zwischen den Befestigungspunkten kleiner sind. Die Angaben des Herstellers müssen aus versicherungstechnischen Gründen unbedingt eingehalten werden.
• Bei Satteldächern tritt die stärkste Sogwirkung an den Dachkanten und dem Dachfirst auf. Daher ist es wichtig, die PV-Module nicht bis ganz an die Ränder zu montieren, sondern diese Bereiche freizulassen. Selbst bei durchschnittlichen Windlasten sollte der Abstand zum Dachrand mindestens das Doppelte des Dachüberstands betragen, und bei berechnetem hohem Winddruck noch mehr. Bei Pultdächern wirken Winddruck und Windsog auf derselben Ebene. Da die obere Kante des Pultdachs besonders gefährdet ist, muss der Abstand hier großzügig bemessen werden.
• Besondere Aufmerksamkeit gilt Flachdächern: Wenn die Module horizontal installiert werden, sollte ein noch größerer Abstand zum Dachrand als bei einem Schrägdach eingehalten werden. Bei aufgeständerten Modulen ähnelt die Wirkung der beim Pultdach. Außerdem bieten sie dem Wind eine größere Angriffsfläche. Aus diesen Gründen müssen Aufständerungen in windreichen Regionen besonders stabil gesichert und beschwert werden.”