7 Schritte zur technisch optimalen PV-Aufdachanlage

23. Juli 2020

Photovoltaik-Aufdach-Anlagen sind aktuell äußerst attraktive Investitionen. Damit die attraktiven Renditen aber auch tatsächlich erzielt werden, sind in Planung, Errichtung und Betrieb technische Qualitätskriterien einzuhalten.

Technische Qualitätskriterien bei PV-Aufdach-Anlagen

Wir sehen Photovoltaik-Aufdach-Anlagen als Investitionen, diese müssen für unsere Kunden wirtschaftlich attraktiv und sinnvoll sein. Dies ist im Moment fast immer der Fall, Photovoltaik-Aufdach-Anlagen bieten bei den aktuellen Förderungen, dem aktuellen Preis- und Zinsniveau an den meisten Standorten überdurchschnittliche Renditen.

Ein Photovoltaik-Projekt startet mit einer Konzeptionierungsphase, Ergebnis dieser Konzeptionierungsphase ist eine Photovoltaik-Aufdach-Anlage, die unserem Kunden unter Berücksichtigung der standortspezifischen Voraussetzungen die beste Wirtschaftlichkeit bietet, zusammengefasst in einem Business Plan, in den sämtliche Kosten- und Ertragsparameter einfließen (siehe dazu beispielsweise unsere Business Cases oder unseren Artikel zum Thema Photovoltaik Eigenverbrauch).

Nach der Entscheidung für die wirtschaftlich optimale PV-Aufdach-Anlage ist es aber entscheidend, dass auch eine technisch optimale PV-Aufdach-Anlage errichtet wird, die von Anfang an einwandfrei funktioniert und über die gesamte Anlagenlebensdauer die Menge an Strom erzeugt, die der Investitionsentscheidung zu Grunde gelegt wurde. Zusätzlich muss sichergestellt werden, dass keine unvorhergesehenen Kosten anfallen, das Dach dicht bleibt und nicht beschädigt wird, und dass alle Normen und Vorgaben in Bezug auf Blitzschutz, Brandschutz etc. eingehalten werden.

Teilweise sind die technischen Qualitätskriterien offensichtlich, teilweise sind sie aber versteckt und für einen unerfahrenen Investor schwer zu überprüfen. In der Folge sollen Hinweise gegeben werden, worauf in jeder Projektphase geachtet werden sollte und welche technischen Qualitätskriterien für einen langfristigen und problemlosen Anlagenbetrieb entscheidend sind. Fehler und Probleme können bereits in der Planungs- und Konzeptionierungsphase vermieden werden, entscheidend ist dann aber die entsprechende Umsetzung in der Errichtung und in der Folge im Betrieb der Anlage.

Schritt 1: Auswahl der geeigneten Dachflächen für die PV-Anlage

Der erste Schritt in der technischen Planung einer Photovoltaik-Aufdachanlage ist die Prüfung und Auswahl der geeigneten zur Verfügung stehenden Dachflächen. Hier sind die folgenden drei technischen Kriterien zu beurteilen:

Status der Dacheindeckung: Die Dacheindeckung sollte sich in einem guten Zustand befinden, eine vollständige Sanierung sollte in der typischen Lebensdauer eine PV-Anlage von 25 Jahren nicht notwendig sein. Ein temporärer Abbau einer PV-Aufdach-Anlage ist zwar möglich, ist aber aufgrund der hohen Kosten nicht zu empfehlen und sollte nur im Notfall erfolgen

Statische Eignung: Die Dachflächen müssen in der Lage sein, die zusätzliche statische Belastung aus der PV-Aufdach-Anlage aufzunehmen. Auf Blechdächern kann von einer zusätzlichen statischen Belastung von 11 kg/m2 ausgegangen werden, auf Folien-Flachdächern mit ballastierten Systemen beträgt die zusätzliche statische Belastung bis zu 30 kg/m2

Verschattungsfreiheit: Die Dachflächen sollten das ganze Jahr über verschattungsfrei von Bäumen, Aufbauten oder Nachbargebäuden sein. Es sollte auch sichergestellt werden, dass die Module und Wechselrichter keinen speziellen Verschmutzungsquellen ausgesetzt sind, die zu einem Rückgang der erwarteten Stromerzeugung führen

Schritt 2: Auswahl des Montagesystems PV-Aufdach

Oberstes Kriterium bei der Auswahl des Montagesystems ist die Kompatibilität zwischen Montagesystem und Dacheindeckung und in diesem Zusammenhang die Gewährleistung der Dachdichtheit nach Fertigstellung der Errichtungsarbeiten. Zweites Kriterium ist die Optimierung der erwarteten PV-Stromerzeugung. Wir empfehlen – sofern es mit überschaubaren Mehrkosten möglich ist – eine Südaufständerung umzusetzen. Die Einstrahlung ist über das Jahr aufgrund des Aufständerungswinkels deutlich höher, auch Kühlung und Selbstreinigung funktionieren bei diesen Systemen besser.

Wichtig ist die Entscheidung für das standortspezifisch optimale System:

Folien-Flachdach

Aufständerung mit 10° Richtung Süden
Durchdringungsfreies System, d.h. das Dach wird an keiner Stelle angebohrt
Ballastierung der Unterkonstruktion mit Steinen auf Basis eines projektspezifischen Ballastierungsplans
Verwendung einer geeigneten Trennschicht zwischen Unterkonstruktion und Dacheindeckung

Schotterdach

Aufständerung mit 10° Richtung Süden
Freischaufeln der Dachhaut vor Montage der Unterkonstruktion (entscheidend, damit bei Schneedruck nicht Steine in die Dachhaut gedrückt werden)
Verwendung des bestehenden Schotters zur Ballastierung, keine Verwendung zusätzlicher Ballaststeine etc.
Verwendung einer geeigneten Trennschicht zwischen Unterkonstruktion und Dacheindeckung

Blechdach mit Südausrichtung

Standardmäßig dachparallele Montage mit entsprechenden Trapezschienen
Abhängig von den verfügbaren Flächen auch eine Variante mit zusätzlicher Südaufständerung möglich

Blechdach mit Nordausrichtung

Aufständerung der Module Richtung Süden, um „netto“ eine zumindest geringe Südaufständerung zu erreichen

Blechdach mit Ost-West-Ausrichtung

Aufständerung mit 10° Richtung Süden
Montage der Unterkonstruktion auf den Hochpunkten der Trapezblecheindeckung

Elementdach

Einsatz geeigneter Klemmen zur durchdringungsfreien Montage der Module
Ausrichtung analog zu Blechdach, idealerweise Aufständerung Richtung Süden aufgrund der besseren Hinterlüftung und Selbstreinigung

Gründach

Aufständerung mit 10° Richtung Süden
Vermeidung einer eventuellen Verschattung der Module (Grasbewuchs muss unter Kontrolle gebracht werden)

Schritt 3: Bestimmung des Anschlusspunkts der PV-Aufdach-Anlage

Ein entscheidendes Kriterium bei der Konzeptionierung einer Photovoltaik-Aufdach-Anlage ist die Bestimmung des optimalen Anschlusspunkts in Bezug auf technisches Anschlusspotenzial, Entfernung zwischen PV-Anlage und Anschlusspunkt und Kosten des Anschlusses.

Für Eigenverbrauchsanlagen ist der geeignete Anschlusspunkt meist der nächstgelegene Niederspannungsverteiler des Standorts, neben dem maximal möglichen technischen Anschlusspotenzial sind auch wirtschaftliche Kriterien, wie der erwartete Eigenverbrauchsanteil, bei der Konzeptionierung der PV-Aufdach-Anlage zu berücksichtigen (siehe unseren Beitrag zum PV-Eigenverbrauch).

Bei PV-Anlagen zur Volleinspeisung wird der Strom gar nicht am Standort verbraucht, sondern zur Gänze in das öffentliche Stromnetz eingespeist. In diesem Fall sind zumeist das nächstgelegene öffentliche Mittelspannungskabel oder die nächstgelegene öffentliche Trafostation der geeignete Netzanschlusspunkt. Oft muss eine zusätzliche Trafostation errichtet werden, was die Investitionskosten der PV-Anlage deutlich erhöht.

Schritt 4: Bestimmung der optimalen Position der Wechselrichter

Auf dem Weg von Modulen zu Einspeisepunkt werden die Wechselrichter positioniert, da Gleichstromkabel (DC) günstiger sind und geringere Verluste aufweisen, sollten tendenziell die DC-Kabelwege länger als die AC-Kabelwege (Wechselstrom) sein. Wir empfehlen grundsätzlich in Abhängigkeit der Gegebenheiten vor Ort eine Montage der Wechselrichter im Freien, ideal an einem von der Witterung geschützten Ort im Schatten. Eine Indoor-Montage ist insbesondere bei einer größeren Anzahl an Wechselrichtern eher nicht zu empfehlen, da in diesem Fall eine ausreichende Kühlung sichergestellt werden muss.

Einige Beispiele für Wechselrichter-Positionen sind in der Folge dargestellt:

Wechselrichter am Dach im Freien an der Wand

Montage der Wechselrichter auf einem Gestell an einer Wand zu einem höheren Gebäudeteil
Einsatz eines Dachs als Schutz gegen direkte Sonneneinstrahlung und direkten Witterungseinfluss

Wechselrichter am Dach freistehend

Montage der Wechselrichter auf einem freisehenden Gestell am Dach
Einsatz eines Dachs als Schutz gegen direkte Sonneneinstrahlung und direkten Witterungseinfluss

Wechselrichter am Boden

Montage der Wechselrichter auf einem Gestell am Boden
Idealerweise Auswahl einer Position im Schatten bzw. im Bereich des Gebäudes

Wechselrichter am Boden an einer Wand

Montage der Wechselrichter auf einem Gestell an der Wand zum Gebäude
Ggf. Montage der Wechselrichter übereinander bei Platzmangel

Wechselrichter am Boden freistehend in der Wiese

Montage der Wechselrichter auf einem freistehenden Gestell in der Wiese
Idealerweise Auswahl einer Position im Schatten im Nahbereich der Trafostation
Einschottern des Bereichs, um Pflanzenwuchs zu verhindern

Schritt 5: Einhaltung aller Normen und Sicherheitsvorschriften

In Planung, Errichtung und Betrieb der Anlage müssen sämtliche relevanten Normen und Sicherheitsvorschriften eingehalten werden. Dies ist in entsprechenden Protokollen zu bestätigen, die dem Kunden im Zuge der Inbetriebnahme der Photovoltaikanlage als wesentlicher Bestandteil der Anlagendokumentation zu übergeben sind. Unter anderen sind die folgenden Punkte zu beachten:

Einbindung der gesamten PV-Aufdach-Anlage in den bestehenden Blitzschutz und Ausstellung eines entsprechenden Einbindeprotokolls durch den Elektriker
Einhaltung sämtlicher Vorschriften aus der R11 zum Schutz von Einsatzkräften und Bestätigung dieser Einhaltung
Brandschutzsichere Kabelführung beim Queren von Brandabschnitten
Kabelführung in metallisch geschützten Kanälen, keine Verwendung von PVC-Schläuchen, die über eine Dauer von 25 Jahren nicht UV-beständig sind
Hochbinden sämtlicher Modulkabel und Sicherstellen, dass keine Steckverbindungen am Dach aufliegen
Etc.

Schritt 6: Qualitätssicherung in der Errichtungsphase

Nach Einhaltung sämtlicher Qualitätskriterien in der Planung ist der entscheidende nächste Schritt, dass die Planung auch in der Errichtung entsprechend umgesetzt wird. Um dies sicherzustellen, errichten wir alle unsere PV-Aufdach-Anlagen mit unserer eigenen Montagemannschaft, die aus erfahrenen PV-Monteuren besteht, die seit mehreren Jahren für uns arbeiten und unsere Qualitätsansprüche kennen und umsetzen. Bei einer projektbezogenen Vergabe der Anlagenmontage an unterschiedliche Subfirmen kann dies nicht sichergestellt werden.

In der Aufdach-Montage von PV-Anlagen ist eines zu beachten: Fehler können passieren, es kann sein, dass einem Mitarbeiter ein Ballastierungsstein oder ein Modul aus der Hand fällt und ein Loch im Dach entsteht. Solange der Mitarbeiter dies meldet und das Loch sofort geschlossen wird, ist das kein Problem, problematisch wird es erst, wenn das Loch nicht gemeldet wird und dann nach Fertigstellung der Anlage gesucht werden muss. Unsere Mitarbeiter wissen dies und melden jedes Problem umgehend.

Schritt 7: Qualitätssicherung im Betrieb der PV-Anlage

Nach Inbetriebnahme der Photovoltaikanlage gemeinsam mit dem Netzbetreiber startet der Anlagenbetrieb. Werden in Planung und Errichtung die oben angeführten Qualitätskriterien entsprechend umgesetzt, sollten die PV-Aufdach-Anlagen normalerweise ohne große Schwierigkeiten über die Anlagenlebensdauer von 25 bis 30 Jahren laufen. Dennoch sollten im Betrieb ein paar Punkte beachtet werden:

Regelmäßige Wartungen: In regelmäßigen Intervallen ist eine Wartung durchzuführen, wir empfehlen unbedingt eine Wartung nach einem Jahr und dann in Drei-Jahresintervallen (außer in Bescheiden sind kürzere Wartungsintervalle vorgeschrieben)
Laufendes Anlagenmonitoring: Die Performance der Anlagen ist laufend zu beobachten, insbesondere ist sicherzustellen, dass keine Wechselrichter ausfallen oder beispielsweise aufgrund von Überspannungssituationen im Netz ganze Anlagen längerfristig ausfallen. Wir empfehlen hier eine kurze tägliche Überprüfung der Einspeisung im Online-System
Sicherstellung der Sauberkeit der Module: Normalerweise funktioniert die Selbstreinigung der Module im Regen. An besonders schmutzigen Standorten sollte aber regelmäßig überprüft werden, ob dies wirklich der Fall ist
Etc.

Hohe wirtschaftliche Attraktivität von Photovoltaik-Aufdach-Anlagen

Photovoltaik-Aufdach-Anlagen sind beim aktuellen Förderniveau und den aktuellen Komponentenpreisen wirtschaftlich äußerst attraktive Investitionen. Es können Renditen erzielt werden, die – bei einem vergleichbaren Risiko – in keinem anderen Bereich erzielt werden, auch nicht bei Immobilien.

Damit diese Renditen über die Anlagenlebensdauer aber auch tatsächlich realisiert werden, muss in Planung, Errichtung und Betrieb höchste technische Qualität sichergestellt werden. Unsere Kunden können hier auf unsere Erfahrung aus der Entwicklung und Errichtung von über 70 MWp großen PV-Aufdach-Anlagen zurückgreifen. Den größeren Teil dieser Anlagen betreiben wir selbst, für uns sind PV-Anlagen also ebenso langfristige Investitionen. Egal ob die PV-Anlagen für uns oder für unsere Kunden errichtet werden, unsere Planer und Monteure setzen bei allen PV-Anlagen gleichermaßen auf Langfristigkeit.

Bei Interesse kontaktieren Sie uns gerne – wir stehen jederzeit für eine Besichtigung Ihrer Flächen und zur gemeinsamen Diskussion der technisch und wirtschaftlich optimalen Umsetzung einer PV-Aufdach-Anlage an Ihrem Standort zur Verfügung.

7 Schritte zur technisch optimalen Photovoltaik-Aufdach-Anlage