Photovoltaik-Anlagen auf Gründächern wirtschaftlich betreiben

Die TK Solar | Energie hat die Wirtschaftlichkeit von teilbelegte und vollbelegten Solardächer überprüft.

Technik

Text: Christian Renken | Fotos: Gebäudehülle Schweiz

In Photovoltaik-Anlagen wird aus Gründen der Nachhaltigkeit und Wirtschaftlichkeit investiert.

Zusammenhänge aufzeigen
Um einen möglichst hohen Solarertrag zu erreichen, wird in der Praxis das Dach vollständig mit Solarmodulen belegt. Die Vollbelegung erschwert allerdings den Unterhalt und macht diesen kostspielig. Photovoltaik-Anlagen, insbesondere auf Gründächern, müssen regelmässig unterhalten werden, um eine konstante Solarproduktion mit möglichst geringen Verlusten sicherzustellen. Solardächer, auf denen Verkehrswege sowie das ortsfest installierte Personensicherungssystem in der Anlagenplanung berücksichtigt wurden, sind einfacher zu bewirtschaften und damit auch rentabler als vollbelegte Solardachflächen. Die Mitglieder der TK Solar | Energie Markus Weissenberger, Urs Hanselmann und Christian Renken zeigen an zwei Berechnungsbeispielen diesen Zusammenhang auf.

Gründächer mit Photovoltaik
Gründächer gewinnen in städtischen Räumen immer mehr an Beliebtheit. In vielen Städten und Gemeinden ist bereits heute die Begrünung der Flachdächer bei Neubauten und Instandsetzungen gesetzlich vorgeschrieben. Die begrünte Schutzschicht bietet gleich mehrere Vorteile. Neben der Retention des Regenwassers, kühlt das Gründach die Umgebung nachhaltig ab und es stellt eine wirksame Klimaschutzmassnahme dar. Das Gründach sorgt in Ballungsgebieten dafür, dass mehr Lebensraum für Insekten entsteht. Die Nutzung von Photovoltaik-Strom stellt ebenfalls eine Klimaschutzmassnahme dar, die zur Minderung der Erderwärmung beiträgt. Bei der Kombination von Gründach und Photovoltaik ist von einer Vollbelegung der Fläche mit Solarmodulen abzuraten, da dadurch der Effekt des Gründachs aufgehoben wird. Eine fachkundige Planung ist daher ausschlaggebend. Auf Gründächern werden die Solarmodule mit rund 30 bis 50 Zentimeter Abstand über dem Boden, ideal in sogenannter Schmetterlingsaufstellung, montiert. Die Unterhaltsarbeiten, wie beispielsweise das Zurückschneiden der Pflanzen und das Beseitigen von Verschmutzung auf den Modulen, können mit dieser Aufständerungsart einfach durchgeführt werden. Voraussetzung dafür ist, dass Verkehrswege mit ausreichend Platz zwischen den Modulreihen eingeplant werden und ein permanentes Personensicherungssystem auf dem Dach vorhanden ist. Dies kann mit einem Rückhaltesystem oder einem Geländer umgesetzt werden.

Ertragsmaximierung, aber nicht um jeden Preis
In der Praxis zeigt sich allerdings oft ein anderes Bild. Dachflächen werden, meist auch auf Wunsch des Bauherrn, mit einer maximalen Anzahl Solarmodule vollbelegt und auf die Installation eines permanenten Personensicherungssystems wird verzichtet. Die Verkehrswege werden zusätzlich auf ein Minimum reduziert. Bei Dachbegehung und Unterhaltsarbeit ist in dem Fall der Personenschutz nicht mehr gewährleistet, zumal handelsübliche Solarmodule nicht betreten werden dürfen. Der Anlagenunterhalt, der den langfristigen Energieertrag der Anlage sicherstellen soll, kann nur mit erheblichem zeitlichem und finanziellem Aufwand durchgeführt werden. Die vermeintlich hochrentable Photovoltaik-Anlage wird zu einem unwirtschaftlichen Abschreibungsobjekt.

Unterhaltsarbeiten
Die Bauarbeitenverordnung schreibt im Art. 9 vor, dass Arbeitsplätze über sichere Verkehrswege erreichbar sein müssen und dass Absturzsicherungen auf Dächern anzubringen sind. Die Absturzsicherung kann in Form eines Kollektivschutzes ausgeführt werden, das heisst Fassadengerüst oder Geländer oder durch ein Rückhaltesystem, welches mit der PSAgA (Persönliche Schutzausrüstung gegen Absturz) genutzt wird. Die Wahl des Sicherungssystems beeinflusst die Modulanordnung der Photovoltaik-Anlage auf dem Dach. Welche Auswirkungen das auf den Energieertrag und die Rentabilität der Photovoltaik-Anlage hat, wird unten an zwei Objektbeispielen gezeigt.

In Variante 1 wird das Dach mit Solarmodulen vollgelegt und auf das festinstallierte Personensicherungssystem verzichtet. Der Bauherr muss für Unterhaltsarbeiten einen temporären Kollektivschutz in Form eines Fassadengerüsts aufstellen lassen, um die Arbeitssicherheit für den ausführenden Unternehmer sicherzustellen. Mit den dadurch jährlich anfallenden Gerüstkosten bleibt der Kapitalwert negativ und die Photovoltaik-Anlage ist nicht wirtschaftlich. Der Einsatz einer Hebebühne anstatt eines Fassadengerüsts ist keine Option. Das Arbeiten auf einer Hebebühne steigert das Gefahrenpotenzial erheblich und der Ausstieg aufs Dach ist nur möglich unter Einhaltung des Zwei-Meter-Abstandes zur Absturzkante. Wird das Unterhaltsintervall reduziert, dann ist mit mehr Ertragseinbussen durch Verschmutzung und Bewuchs und einem höheren Arbeitsaufwand bei jedem Unterhalt zu rechnen, was die Rentabilität kaum markant verbessern wird. In Variante 2 wurde die Modulbelegung auf dem Dach so definiert, dass Verkehrswege den Zugang zu allen Solarmodulen auch ohne Fassadengerüst ermöglichen. Ein Rückhaltesystem mit Seilsicherung und bei Bedarf mit zusätzlichen Einzelanschlagspunkten gewährleistet die Arbeitssicherheit. Ausschliesslich geschultes Personal mit PSAgA darf die Unterhaltsarbeiten auf dem Dach ausführen. Diese Variante stellt die beste Lösung dar. Es wird die höchste Rentabilität erreicht, auch wenn die Anlagengrösse gegenüber einer Vollbelegung um circa 15 bis 25 Prozent abnimmt. In Variante 3 wird umlaufend am Dachrand ein ortsfest installiertes Geländer angebracht, das auch als klappbare Variante ausgeführt werden kann. Für das Geländer muss ein Steifen von circa 1,5 m Breite ab dem Dachrand berücksichtigt werden. In diesem Bereich werden keine Solarmodule platziert. Wie bei Variante 2 werden Verkehrswege zwischen den Modulreihen eingeplant. Dieses System ist insbesondere für Dächer mit hohem Wartungsintervall, das heisst mehr als zweimal pro Jahr, vorzusehen. Ein Vorteil des Geländers ist, dass auch nicht geschultes Personal das Dach betreten darf und den Unterhalt ausführen kann. Auch mit dieser Variante wird eine gute Rentabilität erreicht. Auf kleinen Dächern wird allerdings mit Geländer die mögliche Anzahl Solarmodule und damit das Ertragspotenzial deutlich reduziert.
Bei der Planung von Photovoltaik-Anlagen auf Flachdächern muss das Arbeitssicherheitskonzept berücksichtigt werden. Die Vollbelegung der Dachfläche ohne ein Rückhalte-Seilsystem oder Geländer entspricht nicht mehr dem Stand der Technik. Die temporäre Einrichtung eines Fassadengerüsts und der erschwerte und gefährliche Zugang zu den Solarmodulen bei reduzierten Verkehrswegen führt zu sehr hohen Unterhaltskosten. Die vermeintlich «optimal» genutzte Dachfläche mit Solarmodulen wird zu einer unwirtschaftlichen Investition. Photovoltaik-Anlagen auf Gründächern sind rentabel, wenn die Verkehrswege zwischen den Modulreihen eingeplant und das ortsfeste Rückhaltesystem für geschultes Personal installiert wird. So kann der regelmässige Anlagenunterhalt einfach und kosteneffizient durchgeführt werden. Als Alternative zum Rückhaltesystem kann für die Gewährleistung der Personensicherheit ein Geländer-System verwendet werden. Dieses System wird auf Dächern eingesetzt, auf denen ein hohes Wartungsintervall, das heisst mehrmals jährlich, notwendig ist. Ein Vorteil des Geländers ist, dass auch ungeschulte Personen den Unterhalt ausführen können.