Ein zentrales Thema auf dem diesjährigen PV Symposium war die Qualität von Solaranlagen. Oft geht es dabei in erster Linie um die Qualität von Solarmodulen. Doch die Referenten auf dem Podium haben den Blick geweitet und auch die Unterkonstruktion in den Blick genommen. „Bei der Nutzung von veralteten oder nicht zertifizierten Systemen oder wenn die zertifizierten Systeme nicht richtig genutzt werden, können enorme Schäden entstehen“, warnt Matthias Pander, Teamleiter Lebensdauer und Umweltsimulation am Fraunhofer-Center für Siliziumphotovoltaik (CSP) in Halle an der Saale.
Bauherr muss für Standfestigkeit sorgen
Die Gefahren sind umfangreich. Auf dem Steildach kann der falsche Hake den Dachziegel zerstören. Auf dem Flachdach muss die Unterkonstruktion zum Modul passen und korrekt montiert werden. „Die Standfestigkeit der Anlage liegt dabei in der Verantwortung des Bauherrn“, sagt Matthias Pander. Er rät zur Nutzung von Systemen mit allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung (abZ). Denn diese Systeme sind geprüft hinsichtlich aller möglicher Lasten, die auf dem Dach auf die Kombination aus Unterkonstruktion und Modul einwirken können.
Wichtig ist dabei, dass der Blick nicht nur auf die Einzelkomponenten fällt, sondern auch das gesamte System geprüft wird. Matthias Pander hat in seinem Vortrag beschrieben, wie die Prüfungen ablaufen – von der Systembeschreibung über die Beschreibung der Lastsituationen, der Versuchsanordnung und der Randbedingungen bis zur Definition von Auszugskräften und der Materialkennwerte.
Sicherheitsaufschlag einrechnen
Pander rät dazu, möglichst das gesamte System inklusive Modul zu testen. „Denn das Modul ist das schwächste Glied in der Kette“, sagt er. Am Fraunhofer CSP wird dies mit einem Prüfkörper durchgeführt, der das Modul nachbildet. Die zentrale Erkenntnis ist, dass das System nicht sofort komplett, sondern in verschiedenen Stufen versagt. Entscheidend ist dabei, dass das System gar nicht erst in die erste Versagensstufe kommen sollte.
EMC-direct: Bifaziale Module richtig klemmen
Am Ende stehen die Grenzlasten, die im Rahmen der Prüfungen ermittelt werden. Diese fließen mit einem Sicherheitsaufschlag von bis zu 50 Prozent in das Gutachten für die abZ ein, die dann vom Deutschen Institut für Bautechnik (DIBt) erteilt wird. Die Herausforderung ist dabei, dass es bisher keine Normen gibt, unter denen geprüft werden muss.
Wenig Material – großes Risiko
Dies ist auch ein Problem im Freiland, wo ein zentraler Schwachpunkt die Klemmung des Moduls auf der Unterkonstruktion ist. Die Module werden größer, gleichzeitig werden die Rahmen immer dünner, damit die Hersteller Material einsparen. Dazu kommt noch, dass die Hersteller auch Silikon bei der Produktion einsparen, da dies kostspielig ist.
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Wie sich dies auf das Modulglas in Kombination mit einer normalen Klemme und einer Klemme mit einer Erdungsrille auswirkt, hat sich Andreas Beinert, Gruppenleiter Modulsimulation und Modulbewertung am Fraunhofer ISE angeschaut. Er hat zusammen mit seinem Team festgestellt, dass die Brüche rund um die Modulklemmen öfter vorkommen als Glasbruch, der aus Transport oder Installation resultiert. Mit der Finite-Elemente-Methode (FEM) haben sie sich angeschaut, wie sich dieser Glasbruch typischerweise entwickelt.
Rahmen drückt auf das Laminat
Dabei hat sich gezeigt, dass die Kombination aus schlecht ausgeführter Klebefuge zwischen Modullaminat und Modulrahmen und einer Klemme mit Erdungsrille besonders risikobehaftet ist. „Denn durch die Erdungsrille steigt die Kraft auf den Modulrahmen auf das Dreifache. Zudem wird die Kraft nicht mehr flächig eingebracht wie bei einer Standardklemme, sondern linienförmig“, beschreibt Andreas Beinert die Wirkungsweise.
Dadurch verformt sich der Rahmen und drückt direkt ins Glas. Dieser Effekt verstärkt sich noch, wenn die Silikonschicht zwischen Laminat und Rahmen, die die Kräfte abfedern könnte, zu dünn ist. Andreas Beinert hat bei seinen Tests festgestellt, dass die Klebefuge einen entscheidenden Einfluss auf die Bruchmuster hat. Doch auch das Drehmoment, mit dem die Klemme angezogen wird, hat einen starken Einfluss auf die Kräfte, die auf das Laminat einwirken und zu Glasbruch führen können.
Kombination vorher testen
Andreas Beinert rät dazu, dass sich Projektierer vorher genau überlegen sollten, welches Drehmoment tatsächlich benötigt wird, um die Module ausreichend fest zu klemmen. Er rät auch dazu, Klemmen mit Erdungspin statt mit Erdungsrille zu verwenden. Sind sich die Projektierer nicht sicher, ob die Kombination aus geplanter Klemme und dem Rahmen des vorgesehenen Moduls zuverlässig funktioniert, sollten die Projektierer entsprechende Tests durchführen. „Die Geometrie des Modulrahmens lässt sich sehr einfach nachbilden“, sagt Andreas Beinert. Doch auch das Fraunhofer ISE kann solche Tests übernehmen. Bei großen Freiflächenanlagen lohnt sich dies. Denn die passende Kombination aus Klemme, Modul und Drehmoment kann zu geringerer Fehleranfälligkeit führen. (su)
