Juni 2020 85308 Neue Module | Neue Speicher | Post-Corona-Welt | Asset Management Stromlieferungen an Industriebetriebe | EEG-Vorschläge der Bundesnetzagentur Grüne Finanzanlagen | Flachdach-Ballastierung Dieses Jahr ist alles anders! Die Showroom-Ausgabe 2 Juni 2020 | www.pv-magazine.de Inhaltsverzeichnis Panorama 6 Großer E ffi zienter im Sonnenfenster Das pv magazine spotlight: Der„GEN24 Plus“ von Fronius ist einen näheren Blick wert. 8 Aufregung um das Prosumer-Modell Die Bundesnetzagentur hat neue Abrechnungsmodel - le vorgeschlagen. Viele haben sich darüber aufgeregt. Wir wollten wissen, was sie wirklich bedeuten. 14 Zu Unrecht gefürchtet!? Die Solar- und Speicherbranche ist sehr skeptisch gegenüber den Vorschlägen der Bundesnetzagentur. Einige fi nden sie auch gut. 16 Wirtschaftlich – aber ohne Gewinn Steuerexperte Thomas Seltmann erklärt, wie sich die fi nanzielle Betrachtung einer Privatperson von der steuer rechtlichen Kalkulation unterscheidet. 20 Eine Frage der Verpackung Es gibt zahlreiche Ansätze für Investitionen in Solar - parks. Investoren haben dabei verschiedene Vorlieben. 23 „Green Finance“ ist mehr als eine Blase Felicia Jackson erklärt, warum grüne Finanzierungen die Energiewelt verändern und nicht nur ein Traum von Solarfans sind. Neuheiten 2020 28 Sommer der Superlative Was wäre, wenn die Intersolar Europe statt fi nden würde? Unter anderem würden wir diese Module be - staunen. Betreten Sie unseren schriftlichen Showroom. 32 Drittelzellen verändern Moduldesign Ein Trend geht zu größeren Wafern. Wir erklären, wie sich mit diesen, wenn man sie drittelt, Stromgeste - hungskosten senken lassen. 35 Einfach mal 2 000 Euro sparen Die geänderte Niederspannungsrichtlinie macht es möglich, weil der NA-Schutz nun auch im Segment 30 bis 135 Kilowatt intern realisiert werden kann. 36 Speichertrends 2020 Angesichts der Fülle der Neuvorstellungen in unserem Showroom kann man annehmen, dass die ees Europe in München vielleicht noch voller gewesen wäre als sonst. 42 Marktübersicht Heimspeicher In unserer aktualisierten Liste fi nden sich über 500 Produkte von über 55 Herstellern. 49 Bidirektionales Laden kommt Andreas Piepenbrink von E3/DC erklärt, wie Elektro - autos in das Hausnetz integriert und ihre Batterien nutzbar gemacht werden können. Es wird nicht mehr lange dauern. 4 Juni 2020 | www.pv-magazine.de Inhaltsverzeichnis Der Post-Corona-Markt 52 Stabiles Wachstum erwartet Unsere Umfragen zeigen, dass die meisten Unter - nehmen und viele der Installateure die Corona-Krise bisher gut überstanden haben und optimistisch sind. 55 Online verkaufen Viele Installateure und EPC-Unternehmen akquirieren schon länger auch online und per Telefon. Jetzt sind noch mehr auf den Geschmack gekommen. 58 Umgang mit Fristen Rechtsanwältin Margarete von Oppen erklärt, ob Pro - jektverzögerungen infolge von Covid-19 zu Vertrags - au fl ösungen berechtigen und inwiefern Schadener - satzforderungen möglich sind. Highlights von den virtuellen Roundtables 62 Wie sich der Ertrag steigern lässt Viele Anlagen können verbessert werden. Das zeigen Fallstudien, die wir in der Session Asset Management diskutieren. 66 Die wesentlichen Treiber sind intakt Die Abnehmer sind dem PPA-Markt abhandengekom - men. Doch ab nächstem Jahr rechnen Experten mit einer Erholung des Marktes. 68 Industrielle Stromlieferverträge Corporate PPAs bieten eine Chance, Photovoltaikan - lagen zu fi nanzieren. Wie sie aufgesetzt werden und was die Rollen der Beteiligten sind, ist Thema der Session New Markets. Betrieb und Wartung 73 Tipps zur Anlagenbeteiligung Verschiedene Beispiele zeigen, wie man sich den steu - erlichen Vorteil sichert. Installation 76 Ballastierung richtig berechnen Experten und Hersteller kommen bei der Ballastie - rung von Flachdachanlagen immer wieder auf unter - schiedliche Ergebnisse. Woran liegt das? 84 Produktneuheiten Module, Montage, Speicher, Zubehör 87 Inserentenliste 88 Impressum 76 Juni 2020 | www.pv-magazine.de Installation Warum gibt es unterschiedliche Ballastierungsergebnisse? Die Berechnung von Ballastierung für Montagesysteme auf Flach - dächern ist zweifelsohne ein kompliziertes Unterfangen. Im Zentrum der Diskussion stehen naturgemäß die Experten für Aerodynamik und Windgutachten, nicht umsonst ein eigenes Fachgebiet. Doch was diese vermessen, modellieren und aus - rechnen, ist noch nicht das endgültige Ergebnis. Mit den Ergeb - nissen müssen die Hersteller der Montagesysteme umgehen. Auf beiden Feldern, dem der internen Diskussion der Wind- aerodynamiker und dem der Anwendung der Ergebnisse durch die Systemhersteller, zeigen sich Unterschiede. In dem pv magazine Webinar vom September 2017 haben Peter Grass von PMT und Th orsten Kray vom I.F.I. Institut für Industrieaerodynamik Aachen gezeigt, dass Hersteller Unterschiedliche Ballastierungen verstehen Flachdachanlagen: Experten und Hersteller kommen bei der Ballastierung von Photovoltaik-Flachdachanlagen immer wieder auf unterschiedliche Ergebnisse. Um zu eruieren, woran das liegt und wie die Unterschiede zu ver - stehen sind, trafen sich die Hersteller mit den führenden Gutachtern. Martin Schäfer von Baywa r.e. beschreibt seine Einschätzung und macht die Berechnungsmethoden seines Unternehmens transparent. Mit Lastumlagerungsversuchen wird die Stei fi gkeit bestimmt und die mögliche Umverteilung der Windsogspitzen. Diese werden wiederum in Wind - kanalversuchen ermittelt Foto: Baywa r.e. Juni 2020 | www.pv-magazine.de 77 Installation sehr unterschiedliche Ballastierungen für die gleiche Pho - tovoltaik - Flachdachanlage angegeben haben. Wie es zu den unterschiedlichen Ballastwerten kommt, das kann man häu - fi g nicht nachvollziehen, was unter anderem an folgenden Punkten liegt: t Der Installateur und Fachplaner wählt als Anwender einen unterschiedlichen Ansatz der Windgeschwindigkeit (Gelän - dekategorie, Bemessungszeitraum 25 oder 50 Jahre). t Die Anwender wählen unterschiedliche Sicherheitsbeiwerte der Schadensfolgeklasse aus, die zwar im Eurocode vorgese - hen, nicht aber in den Landesbauordnungen von Deutsch - land umgesetzt sind. t Die Windgutachter tre ff en in Absprache mit den Her - stellern eine unterschiedliche Gruppeneinteilung der Module für die Ermittlung der Windsogbeiwerte bei den Windkanalversuchen. t Die Systemstei fi gkeiten des Montagesystems sind un ter schiedlich. t Hersteller tolerieren unterschiedlich hohe Verformungen bei Messung der Systemstei fi gkeit mittels Lastumlagerung und die Lastumlagerung wird unterschiedlich berücksichtigt. t Die Aerodynamik der Systeme ist unterschiedlich. Um sich möglichst auf eine einheitliche Vorgehensweise zu einigen, traf sich die Fachgruppe Bautechnik des Bundesver - bandes Solarwirtscha ft (BSW - Solar), in dem sich Montagesys - temhersteller abstimmen, mit drei der in Deutschland beson - ders aktiven Windkanalexperten, Hans Ruscheweyh von Ruscheweyh - Consult, Th orsten Kray und Michael Buselmeier von Wacker Ingenieure. Es zeigte sich, dass es für Punkt eins einen Standard gibt, der ein Vorgehen festlegt und über den sich die Experten einig sind. Für Punkt zwei gibt es einen europäischen Standard, der in Deutschland aber eigentlich nicht eingesetzt werden darf. Diskussion gibt es vor allem zu den Punkten drei, vier und fünf, für die es keinen Standard gibt. Gerade in dieser Situation ist unserer Meinung nach die Transparenz der Berechnungen von großer Bedeutung. Im Folgenden beschreiben wir daher das Vorgehen bei Baywa r.e. Die dargestellte Herangehensweise zur Ermittlung des Bal - lastes von Photovoltaik - Flachdachanlagen orientiert sich an der Dimensionierung von Tragwerken im Bauwesen mit ent - sprechenden Sicherheitsanforderungen und gegebenenfalls vereinfachten Annahmen auf der sicheren Seite. Nach unse - rer bisherigen Erfahrung bei Baywa r.e. mit Tausenden gebau - ten Flachdachanlagen innerhalb der letzten zehn Jahre hat sich diese Herangehensweise bewährt. Es ist bisher nur ein Teilscha - den bei einer in Bau be fi ndlichen Flachdachanlage aufgetreten, die von einem Tornado heimgesucht wurde. Ausgehend von der Böenwindgeschwindigkeit mit den beaufschlagten Sicherheitsbeiwerten, die in Normen festge - legt sind, ergibt sich mit den aerodynamischen Koe ffi zienten (cpe - Werte), die ein Systemparameter sind und im Windka - nal gemessen werden, die Windsogbelastung auf die Anlage. Dann muss nachgewiesen werden, dass Systemstatik und Bal - lastierung ausreichen, um den berechneten Windsogkrä ft en standzuhalten. Auch bei lokalen turbulenten Windböen darf die Anlage nicht zu stark abheben und auch nicht versagen. Windgeschwindigkeit ermitteln Der Böenwindgeschwindigkeitsdruck, genauer der Spitzenge - schwindigkeitsdruck oder Staudruck, auf den die Flachdach - anlage ausgelegt werden muss, wird für den Aufstellort gemäß DIN EN 1991 - 1 - 4 /NA ermittelt und hängt vor allem von folgen - den Faktoren ab: t Gebäudehöhe t Betrachteter Zeitraum (zum Beispiel 25 Jahre Lebensdauer der Photovoltaikanlage) t Windlastzone (Standort) t Geländekategorie (Umgebung) t Topogra fi e Die Einordnung in die Geländekategorie erfolgt üblicher - weise durch den Anwender der Bemessungs - So ft ware, zum Beispiel durch den Installateur, wobei die Einordnung fehler - anfällig ist. Für Photovoltaikanlagen in Siedlungsgebieten gilt die Einteilung für Deutschland gemäß DIN EN 1991 - 1 - 4 /NA Anhang B. 2 (siehe Tabelle 1 ). Somit ist bei vielen typischen Flachdachanlagen, die zum Beispiel mitten im Gewerbegebiet aber doch näher als ein Kilo - meter vom Siedlungsrand entfernt liegen, die Geländekatego - rie II (ländlich) zu wählen. Der Name der Geländekategorie entspricht also nicht der unmittelbaren Umgebung und Nach - barscha ft des betre ff enden Gebäudes. Erst wenn der Abstand größer als drei Kilometer zum Siedlungsrand beträgt, darf in Deutschland die Geländekategorie III (Siedlung) verwendet werden, durch die kleinere Windgeschwindigkeiten angenom - Das Wichtigste in Kürze Bisher berechnen Hersteller und Windgutachter die Ballas - tierung von Photovoltaik-Flachdachanlagen nicht einheit - lich. Baywa r.e. stellt in diesem Artikel Transparenz her und diskutiert mögliche Di ff erenzen. In der Kette Bauherr, Installateur, Hersteller, Statiker, Wind - gutachter trägt jeder einen Teil der Verantwortung. Windgutachter mitteln den E ff ekt der Böen über eine gewisse Modulanzahl, die sogenannte Lasteinzugs fl äche. Je größer diese ist, desto geringer der E ff ekt der Böen und desto geringer ist die notwendige Ballastierung. Der Hersteller muss sicherstellen, dass die Ergebnisse vom Windgutachter anwendbar sind und das Montagesystem über die Lasteinzugs fl äche steif genug ist. Hersteller müssen die Sicherheitsbeiwerte korrekt aus dem Eurocode, aus nationalen Bestimmungen und den Landes - bauordnungen ableiten. Teilweise müssen die Normen dazu interpretiert werden. Der Installateur muss die Geländekategorie richtig wählen. Abstand zum Sied - lungsrand Geländekategorie GK Kurzbezeichnung der GK bis 1 km II Ländlich 1 km bis 3 km II-III Mischpro fi l über 3 km III Siedlung Tabelle 1 : Geländekategorien im Siedlungsgebiet gemäß DIN EN 1991 - 1 - 4 /NA Anhang B. 2 Y Q ,inf × ∑ G Y Q,inf × ∑ G Y Q,inf × ∑ G Fv × μ / Y GI >0 Böengeschwindigkeitsdruck q p [ kN/m 2 ] Flächenbelastung auf das Modul ws [ kN/m 2 ] Windsogbelastung auf ein Modul Ws [ kN ] =A [ m 2 ] × w [ kN/m 2 ] ws = cpe × q p Y Q × Wh k Fi × Y Q × Ws k Fi × Y Q × Ws k Fi × Y Q × Ws k Fi × Y Q × Ws, Reihe a c b d 78 Juni 2020 | www.pv-magazine.de Installation Statische Nachweise abgeleitet aus dem Eurocode Im Folgenden wird auf die einzelnen Nachweise aus Tabelle 2 eingegangen. Dort fi nden sich die anzusetzenden Sicherheits - faktoren: γ Q,inf für Eigengewicht, γ Q für Windlast. Diese wer - den mit dem Sicherheitsfaktor kFi aus der Zuverlässigkeitsklasse RC multipliziert. RC folgt hierbei aus der Schadensfolgeklasse CC. Beim Nachweis gegen Abheben (EQU) ist wie in Gra fi k 1 a skiz - ziert nachzuweisen, dass der Windsog Ws geringer ist als die Summe des Eigengewichtes Σ G mit Beaufschlagung der entspre - chenden Sicherheitsbeiwerte. Für den Gleitnachweis von ballastierten Photovoltaikanlagen (Nachweis der Lagesicherheit) gibt es im Eurocode keine spe - zielle Regelung. Für den Lagesicherheitsnachweis bezüglich des Gleitens kann man in Analogie zur Gleitsicherheit einer Grün - dung in der Geotechnik die Lastfallkategorie GEO ansetzen, sie wird dem Grenzzustand des Baugrundversagens zugeordnet. Danach muss die Ha ft reibungskra ft größer sein als die horizon - tale Windkra ft komponente, es sind die jeweiligen Sicherheiten zu berücksichtigen ( Gra fi k 1 b ). Das Bauwesen gibt Regeln für den Nachweis und die Dimensi - onierung üblicher Baukonstruktionen wie Mauerwerkswände, Stahlbetondecken, Stahlhallen, Fundamente. Bezüglich Photo - voltaikanlagen gibt es keine explizite Regelung. Insofern schaut man, was den Konstruktionen vom Prinzip her ähnlich ist. Eine ballastierte Photovoltaikanlage kann als ein auf dem Boden ste - hendes Fundament betrachtet werden, wenn man das Gleiten mit der Lagesicherheit einer Gründung vergleicht. Das Abheben könnte man als Verankerungsnachweis für einen Pfettenanker sehen, der verhindert, dass die Pfette mit der darüberliegenden Dachkonstruktion abhebt. Auf der anderen Seite ist beim Abhebenachweis der Photovoltaik- anlage die Lastumlagerung der entscheidende Faktor. Dabei werden wiederum Metallbauteile auf Biegung beansprucht, was eher einem Konstruktionsnachweis STR entspricht. Man kann nicht immer eindeutig zuordnen, welcher sogenannte „Grenz - zustand der Tragfähigkeit“ (EQU, GEO, STR) als Nachweisfor - mat auszuwählen ist. Insofern kann es sein, dass die verschie - denen Hersteller hier das Photovoltaiksystem unterschiedlich interpretieren. Die verschiedenen Grenzzustände mit verschiedenen Sicher - heitsfaktoren werden auch von einigen aus Vereinfachungs - gründen zu einem einzigen Grenzzustand mit einheitlichen Sicherheitsbeiwerten zusammengefasst. So wird von den meis - ten Herstellern der Gleitnachweis mit EQU gerechnet, hier wird der Ballast auf der Lastseite mit Faktor γ G,inf = 0 , 9 abgemin - dert, anstatt den Widerstand (Reibbeiwert) durch den Sicher - heitsfaktor γ M = 1 , 1 zu teilen (GEO), was fast auf dasselbe End - ergebnis hinausläu ft Als Trost kann man sagen, dass die Auswahl des Grenzzustan - des (EQU, GEO, STR) mit den jeweiligen Sicherheitsbeiwerten das Endergebnis relativ gering beein fl usst. Beim Nachweis der Tragfähigkeit der Bauteile bei lokaler Windsogbeanspruchung Gra fi ken: pv magazine/Harald Schütt Gra fi k 1 : a) Nachweis gegen Abheben (EQU) b) Nachweis gegen Gleiten (GEO) c) Nachweis der Tragfähigkeit (Bauteile) d) Böengeschwindigkeits - druck, aerodynamischer Beiwert und Windsogbelastung. Die roten Pfeile markieren die kritische Belastung, die durch den Nachweis, der an der jeweiligen Gra fi k im Text diskutiert wird, kontrolliert werden soll. Die schwarzen Pfeile sind die Gewichtskraft der grünen Ballaststeine. Juni 2020 | www.pv-magazine.de 79 Installation men werden. Geländekategorie IV (Stadt) ist nur in sehr weni - gen Fällen in Zentren von Großstädten vorhanden. Wenn man die Geländekategorie richtig wählt, entspricht der angenommene Böengeschwindigkeitsdruck demjenigen Wert, der statistisch innerhalb von 50 Jahren nur einmal erreicht wird. Sicherheitsbeiwerte berücksichtigen Die Sicherheitsanforderungen der Montagesysteme bezüglich Tragfähigkeit und Versagenswahrscheinlichkeit ergeben sich aus dem Sicherheitskonzept des Eurocode, also aus den rela - tiv hohen Standsicherheitsanforderungen für Gebäude. Legt man dieses Sicherheitskonzept zugrunde, so ist die Dimensi - onierung der Tragfähigkeit rechnerisch so ausgelegt, dass bei der üblichen Versagens - beziehungsweise Schadensfolgeklasse jährlich ein Versagen der Tragfähigkeit bezogen auf eine Mil - lion Bauwerke au ft ritt. Die Sicherheitsbeiwerte dafür sind im Eurocode 0 länder- übergreifend geregelt (für Deutschland: DIN EN 1990 /NA: 2010 - 12 ) und werden durch individuelle Regelungen der nationalen Anhänge „NA“ ergänzt bzw. modi fi ziert. Im Infokasten auf die - ser Seite sind diese Nachweise der Anlage unter Windbelas - tungen dargestellt. In diese gehen je nach Versagensart unter - schiedliche Sicherheitsbeiwerte und Sicherheitsfaktoren ein. Teilweise ist eindeutig festgelegt, wie diese angenommen wer - den müssen. Teilweise müssen Normen interpretiert werden. Die Angaben zeigen, wie wir bei Baywa r.e. damit umgehen. Nach dem Eurocode ist es im Prinzip möglich, zusätzlich eine Zuverlässigkeitsklasse RC und die Schadensfolgeklasse CC zu wählen. Damit kann der notwendige Ballast reduziert wer - den, wenn die Folgen eines Versagens geringer eingeschätzt werden, etwa wenn an dem Standort sehr unwahrscheinlich ist, dass Menschen durch herunterfallende Anlagenteile bei einem Sturm getro ff en werden. Doch um genau diese Diskus - sion zu vermeiden und um Sicherheitsbeiwerte nicht zur Ver - handlungssache zu machen, wurden damals die Anhänge B, C und D von DIN 1990 /NA zu Schadensfolgeklassen in der Anlage A 1 2 1 / 1 zur Muster - Verwaltungsvorschri ft Technische Baubestimmungen explizit ausgeschlossen. (Lastumlagerung) mit lokaler Windböe (im Beispiel in Gra fi k 1 c in der mittleren Reihe) sowie der Stützen und Modulklemmen ist die Nachweisklasse STR mit den zugehörigen Sicherheitsbei - werten anzuwenden. Es ist zum Beispiel bei der Bodenschiene die mit den Lastsicherheitswerten beaufschlagte resultierende Kra ft Fd und die mit dem Materialsicherheitsbeiwert γ M abge - minderte Biegetragfähigkeit beziehungsweise Zugtragfähigkeit nachzuweisen. Beim Nachweis der Komponenten des Montagesystems (zum Beispiel der Schienen, Stützen, Schraubenverbindungen) gelten die materialabhängigen Materialsicherheitsbeiwerte. Diese lie - gen bei den Metallen (Aluminium, Stahl, Edelstahl) üblicher - weise bei einem Wert für γ M von 1 , 1 . Wenn es lokales Zugversa - gen (Schraubenbruch, Ausreißen aus der Schienennut) betri fft , dann sind höhere Sicherheitsbeiwerte von 1 , 25 anzusetzen. Noch höhere Werte gelten für Holz und Betonausbruch (Dübel/Ver - ankerungen). Bauaufsichtliche Zulassungen geben individuell Teilsicherheitsbeiwerte für die zugelassenen Bauteile. Der Mon - tagesystemhersteller muss diese Sicherheitsbeiwerte für sein Sys - tem richtig in der Bemessungsso ft ware hinterlegen. Außerdem muss er Angaben hinterlegen, bis zu welcher Belastung respek - tive Verformung eine Lastumlagerung erfolgen darf. Versagensart Zeichen Wert Quelle (DIN EN 1990 , NA = nat. Anhang) Veränderliche Lasten (Wind) Windlast γ Q 1 , 5 NA Tab. NA.A. 1 2 (A) und (B) Schadensfolgeklasse k Fi NA Anhang B und C Ständige Lasten (Moduleigengewicht, Montagesystem, Ballast) Abhebenachweis EQU γ stb 0 , 9 NA Abs. 6 4 1 a) NA NDP A. 1 3 1 . ( 3 ) Tab. NA.A. 1 2 (A) 0 , 95 * NA.A. 1 2 (A) Gleitnachweis/Lagesicherheit GEO γ G.inf 1 Abs. 6 4 1 c) NA NDP A. 1 3 1 . ( 5 ) Tab. NA.A. 1 2 (B) Tragfähigkeitsnachweis der Bauteile STR γ G.inf 1 Abs. 6 4 1 b) und Tab. A 1 2 (B) Tab. NA.A. 1 2 Widerstandswerte/Tragfähigkeiten Gleitnachweis GEO γ Gl 1 , 1 NA.A. 1 2 (B) Fußnote 2 (Reibbeiwert) DIN 1054 Tab. A 2 3 Tragfähigkeitsnachweis v.a. γ M 1 , 1 DIN EN 1999 (Alu) (Materialsicherheit) STR bis ca. 2 DIN EN 1993 (Stahl) DIN EN 1995 (Holz) DIN EN 1993 (Beton) Ggf. bauaufsichtliche Zulassung *Wenn durch eine Kontrolle die Unterschreitung der ständigen Lasten mit hinreichender Zuverlässigkeit ausgeschlossen wird. Hierzu müsste also das Modulgewicht sowie der Ballast zumindest stichprobenartig nachgewogen werden. Tabelle 2 : Sicherheitsbeiwerte für Nachweise der Photovoltaikanlage durch Windbelastung, wie sie aus den im Eurocode „Grundlagen der Trag - werksplanung“ zitierten Quellen festgelegt sind. Die Angaben beziehen sich auf die deutsche Fassung DIN EN 1990 (NA: Nationaler Anhang). a b 100 mm abhebende Verformung 380 mm abhebende Verformung F 6R F 6R F 6R F 6R F 2R F 2R F 6R F 6R F 6R F 6R F 1 F 1 F 9 F 9 F 9 F 9 F 9 F 9 F 9 F 9 F 9 F 9 F 9 F 9 – 2 – 1 0 Nachweis Modulklemme halbes Modul Nachweis für ein Modul Einzelreihe 1 × 3 Block 3 × 3 Modulfeld (Gleitnachweis) 6 × 6 10 × 10 max. aerodynamischer Sogbeiwert cpe (–) Modulgruppengröße (Anzahl Module) Maximaler aerodynamischer Beiwert Windsog 64 4 32 2 16 1 8 0,5 80 Juni 2020 | www.pv-magazine.de Installation Die Schadensfolgeklassen sollen dann in der jeweiligen Anwendungsnorm geregelt sein: Solche Anwendungsnormen gibt es zum Beispiel für Gewächshäuser, bei Photovoltaikan - lagen fehlen solche Anwendungsregeln. Obwohl der Eurocode diese Möglichkeit also vorsieht, darf davon im Bauwesen und damit auch bei Photovoltaikanlagen in Deutschland eigentlich nicht Gebrauch gemacht werden. Manchmal geschieht es trotz - dem, auch das führt zu Unterschieden in der Ballastierung, die verschiedene Planer für das gleiche Gebäude ausrechnen. Eine wichtige Fehlerquelle bleibt bei dieser Betrachtungs - weise allerdings außen vor. „Die wirkliche Versagenshäu fi gkeit steht im Wesentlichen im Zusammenhang mit menschlichem Versagen, das bei der Bestimmung der Teilsicherheitsbeiwerte unberücksichtigt bleibt“, heißt es in DIN EN 1990 : 2010 - 12 Abs. C. 6 ( 2 ). Dies ist zum Beispiel beim Photovoltaik - Montagesys - tem der Fall, wenn Schrauben nicht richtig angezogen werden oder Ballast „vergessen“ wird. cpe-Windsogbeiwerte nehmen Sonderrolle ein Die Windsogbeiwerte, die als aerodynamische Koe ffi zienten cpe bezeichnet werden, unterscheiden sich von den anderen in der Norm tabellierten cpe - Werten dadurch, dass sie von der indivi - duellen Aerodynamik des Montagesystems abhängen und expe - rimentell bestimmt werden – und dass es bezüglich ihrer Bestim - mung und Interpretation am meisten Diskussionen gibt. Ein cpe - Wert von zum Beispiel - 0 , 4 bedeutet, dass auf das Modul das 0 , 4 - fache des Staudrucks als abhebender Windsog wirkt ( Gra fi k 1 d ). Das negative Vorzeichen steht hier für Windsog. Die cpe - Werte müssen experimentell bestimmt werden, weil es keine standardisierten Werte gemäß der Windlastnorm für Photovoltaikanlagen gibt. Man könnte zwar in Analogie zu aufgeständerten Photovoltaiksystemen auf freistehende geneigte Dächer zurückgreifen. Die angegebenen cpe - Werte liegen jedoch bei etwa - 1 und lokal bis - 3 (DIN EN 1991 - 1 - 4 Tab. 7 6 ) und würden so Ballast weit über 50 Kilogramm je Modul ergeben und daher unwirtscha ft lich sein. Deshalb wer - den die Windsogbeiwerte bei Flachdachmontagesystemen in der Regel mittels Windkanalversuchen ermittelt. Die Wind - lastnorm DIN EN 1991 - 1 - 4 /NA NDP zu 1 5 ( 2 ) lässt zu, dass Windsogbeiwerte in einem geeigneten Grenzschichtwindkanal durchgeführt werden, unter der Bedingung, dass dieser Wind - kanalversuch gemäß dem Merkblatt der Windtechnologischen Gesellscha ft WTG e.V. durchgeführt wird. Für aerodynamische Systeme gab es vor mehreren Jahren in der BSW - Fachgruppe das Bestreben, einheitliche standar - disierte cpe - Werte für eine Norm zu erarbeiten. Aufgrund der unterschiedlichen Geometrien der untersuchten Photo - Gra fi k 2 : Abhängigkeit des Sogbeiwertes für verschiedene betrachtete Last fl ächengrößen. Zusätzlich beein fl ussen jedoch die Lage der Module im Modulfeld und der Reihenabstand die cpe-Werte. Gra fi k 3 : Situation, wenn der Windsog auf ein Eckmodul tri ff t. a) Ballast konzentriert an den Rändern. b) Ballast verteilt auf 6 Positionen im Eckbe - reich. Kraftbezeichnungen: F 1 : Windsog berechnet auf einzelnes Modul. F 2 R = 2 · F 2 - F 1 : Restsog auf Einzelreihe mit 2 Modulen, auf die die Soglast F 2 wirkt. F 6 R = 6 · F 6 - F 2 R - F 1 : Restsog auf Modulblock aus 2 · 3 Modulen mit Soglast F 6 . F 9 : Windsog auf 3 · 3 Module. „Teilweise müssen Normen interpretiert werden.“ Juni 2020 | www.pv-magazine.de 81 Installation voltaik - Flachdachsysteme und unterschiedlichen Auswer - tungsstrategien der Windkanalversuche, insbesondere bei der Bereichseinteilung, konnten mittels Auswertung der bekann - ten Versuchsergebnisse keine einheitlichen standardisierten Werte gefunden werden, insbesondere wegen der von den Windgutachtern unterschiedlichen Einteilung von Modul - und Dachbereichen. Die cpe - Werte hängen außerdem von der betrachteten Lasteinzugs fl äche ab: Durch Windturbulenzen treten kurz - zeitig Windsogspitzen bei einzelnen Modulen auf. Betrachtet man die Summe des Windsogs für die gesamte Anlage, dann ist der gemittelte Windsog wesentlich geringer. Dies wird übli - cherweise durch unterschiedlich hohe cpe - Werte für verschie - dene Lasteinzugsgrößen berücksichtigt. Doch wie diese festgelegt werden müssen, ist nicht klar geregelt. Der Eurocode vereinfacht und rechnet für verschie - dene Gebäudeformen lediglich mit tabellierten Werten für die Lasteinzugs fl äche, cpe 1 für einen Quadratmeter (Beispiel Tra - pezblechdeckung) und cpe 10 für zehn Quadratmeter (Beispiel Mittelpfette eines Dachstuhls) (vgl. DIN EN 1991 - 1 - 4 Abs. 7 2 1 .). Bei den Windkanalversuchen gibt es in Deutschland keine genormte Flächen - oder Gruppende fi nition, obwohl es in anderen Ländern diesbezüglich einen anerkannten Stand der Technik gibt. Die drei führenden Windkanalgutachter für Photovoltaik - Flachdachsysteme in Deutschland haben unter - schiedliche Einteilungen gewählt, was teilweise unterschiedli - che Ballastierungswerte erklärt. Lastfälle: Beispiel für eine Flächeneinteilung Im Folgenden ist die Einteilung von Wacker Ingenieure dar - gestellt, die wir für das Bemessungstool von Baywa r.e. ver - wenden. Die gesamte Fläche wird eingeteilt in Einzelmodule, Einzelreihen mit zwei bis drei Modulen nebeneinander und in Blöcke mit drei mal zwei bzw. drei mal drei Modulen. Der Böengeschwindigkeitsdruck wird im Windkanal mög - lichst realitätsnah durch Hindernisse , die zu Turbulenzen und Windböen führen, im Modellmaßstab für die gewählte Modul - blockgröße simuliert. Das heißt alle aerodynamischen Werte beziehen sich auf den Böengeschwindigkeitsdruck. Es erge - ben sich vor allem aufgrund von gebäudeinduzierter Turbu - lenz E ff ekte mit einem lokal starken abhebenden E ff ekt und einem relativ hohen cpe - Wert in einem Bereich von zum Bei - spiel einem Modul. Die Nachbarmodule dagegen haben einen geringeren und teilweise vielleicht sogar einen andrückenden E ff ekt. Damit ergibt sich im Mittel zum betrachteten Zeitpunkt über eine größere betrachtete Fläche von drei mal drei Modulen ein kleinerer Windsog je Modul als für das Einzelmodul. Das gilt allerdings nur, wenn das Montagesystem steif genug ist, die lokalen Spitzenkrä ft e innerhalb der gewählten Modulblock - größe zu verteilen. In Gra fi k 2 sind für verschiedene Grup - pengrößen und Belastungs fl ächen anzusetzende typische cpe - Werte größenordnungsmäßig dargestellt. Für die betrachtete Modulblockgröße wird dann der cpe - Wert bestimmt. Für die Blöcke wird dann mit Lastumlage - rungstests (siehe Abschnitt Lastumlagerungsversuche) ermit - telt, wie sich die Krä ft e im Montagesystem verteilen und wie die im Windkanal ermittelte lokale Kra ft eines Moduls auf den jeweiligen Block verteilt werden kann. Vom cpe-Wert zum Ballast für einen Modulblock Aus der Beispielberechnung, siehe Infokasten auf dieser Seite, ergibt sich für einen Bereich von drei mal drei Module ein erforderlicher Ballast von 4 , 5 Kilogramm je Modul. Der so für das Innere eines Modulfeldes berechnete Ballastwert lässt sich als eine Art Mindestballast verstehen, der auf jeden Fall vor - handen sein muss. Ballastberechnung für einen Modulblock Der Bemessungswert der Windsogkra ft ergibt sich aus: t wsd [kN/m ² ] = kFi [ - ] · γ Q [ - ] · cpe [ - ] · qp [kN/m ² ] Wir wählen als Zahlenbeispiel einen Böengeschwindigkeitsdruck qp = 0 , 65 kN/m ² und eine große Lasteinzugs fl äche mit einem Block von drei mal drei Modulen. Nach den Lastumlagerungsversuchen können die lokalen Windsogspitzenkrä ft e, die an einem einzelnen Modul wirken, sich auf den gesamten Modulblock umverteilen. Für diesen Block resultiert bei dem Montagesystem novotegra von Baywa r.e. daraus ein cpe von - 0 , 15 pro Modul. Daraus ergibt sich: t ws d [kN/m ² ] = 0 , 9 · 1 , 5 · - 0 , 15 · 0 , 65 kN/m ² = - 0 , 13 kN/m ² t Ws d [kN] = - 0 , 13 kN/m ² · 1 , 68 m ² Modul fl äche = - 0 , 22 kN je Modul Das typische Eigengewicht des Systems sei: t Moduleigengewicht 18 kg + Montagesystem 2 kg = 20 kg = 0 , 20 kN Auch dieser Wert muss mit dem Sicherheitsfaktor γ G.inf (vgl. Tabelle 2 ) abgemindert werden: t G d = G k · γ G.inf = 0 , 20 kN · 0 , 9 = 0 , 18 kN Insgesamt ergibt sich als resultierende Kra ft für das Abheben: t Fd = - 0 , 22 kN + 0 , 18 kN = - 0 , 04 kN Diese Kra ft kann mit einem Gewicht von vier Kilogramm aufge - bracht werden. Allerdings muss auch hier der Sicherheitsfaktor für das Ballasteigengewicht γ G,inf = 0 , 9 berücksichtigt werden. Es muss also pro Modul ballastiert werden mit: t m = 4 kg / 0 , 9 = 4 , 5 kg „Die wirkliche Versagenshäu fi gkeit steht im Wesentlichen im Zusammenhang mit menschlichem Versagen.“ 82 Juni 2020 | www.pv-magazine.de Installation In diese Rechnung geht ein, dass bedingt durch die Windtur - bulenzen einzelne Module kurzzeitig wesentlich stärker durch Windsog beansprucht werden als die gesamte Gruppe (Modul - block) im Mittel. Bei dem Drei - mal - drei - Modulblock reduziert sich dadurch der cpe - Wert im Vergleich zum einzelnen Modul. Streng genommen müsste man für jedes Modul eine eigene Berechnung mit lokaler Windsogspitze als eigenen Lastfall ermitteln. In der Ingenieurspraxis wird diese Berechnung für verschiedene typische Fälle durchgeführt und es wird unter - sucht, inwieweit sich die Last auf die Nachbarmodule umver - teilen kann. Am Modulfeldrand ist der lokale Windsog meist höher als in der Modulfeldmitte. Der lokale Windsog kann auf jedes Modul wirken und ist aus den Windkanalergebnissen für verschiedene Modulbereiche ausgewertet (etwa Ecke, erste Reihe, seitlicher Rand, Mitte). Diese Einteilung erfolgt individuell für den Typ des Montagesystems (Süd oder Ost - West, dachparallel) und unterschiedlich je nach Windkanalgutachten. Wenn man nun die gleiche Rechnung wie für den Modul - block im Infokasten für die Belastung auf ein einzelnes Modul mit lokaler Windsogspitze betrachtet, so ergibt sich aus dem Windkanalversuch für das Baywa - r.e. - System zum Beispiel für ein Modul in der zweiten Reihe der Anlage ein cpe - Wert von - 0 , 65 im Vergleich zu - 0 , 15 für ein Modul im Modulblock. Hieraus würde sich also eine abhebende Windsogkra ft von 0 , 95 Kilonewton auf dieses einzelne Modul ergeben, die mit einer Masse von 95 Kilogramm kompensiert werden müsste. Zur Erinnerung: beim Drei - mal - drei - Modulblock lag diese Kra ft mit 0 , 22 Kilonewton bei einem Viertel. Lastumlagerungsversuch Modulfeldmitte Die zulässige Lastumverteilung innerhalb eines Modulblocks ergibt sich aus der Systemstei fi gkeit und - tragfähigkeit des Montagesystems. Dies wird mit Referenzversuchen durch sogenannte Lastumlagerungstests ermittelt. Es wird an einem aufgebauten Modulfeld an einzelnen Modulen gezogen und untersucht, mit welcher lokalen Windsogkra ft man an einem einzelnen Modul ziehen kann, ohne dass der Systemverbund zerstört wird und es zu einem Versagen kommt. Zugleich wird zu der beaufschlagten Kra ft die Verformung gemessen. Je stärker man zieht, desto größer die Verformung. Höhere Lastumlagerungen bedingen also gleichzeitig auch höhere Ver - formungen und Beanspruchungen im Montagesystem. Aller - dings bedeuten große Verformungen auch, dass gegebenenfalls der aufgelegte Ballast herunterfallen könnte und gesichert wer - den muss. Außerdem kann bei einer größeren Verformung der Wind unter das Modul wehen und die Windsogbeiwerte und der lokale Windsog könnten sich dadurch erhöhen. Dieser Fall mit Anheben wurde in der Regel nicht im Windkanal getestet und ist damit auch nicht durch Windkanalversuche abgedeckt. Wenn also die Verformungen aufgrund des sehr hohen Windsogs so groß werden, dass sie eine gewisse Grenze über - schreiten, dann ist zusätzlicher Ballast anzuordnen: Dies ist also für den Fall des lokalen Windsogs wegen nicht ausreichen - der Lastumlagerung und der vollständigen Verteilung der loka - len Windsoglast der Fall. Zum Beispiel: wenn man nun anstatt eines Modulblocks mit drei - mal - drei - Modulen eine sehr große Verteil fl äche, also ein Modulblock mit fünf mal fünf Modu - len angesetzt hat, dann ergeben sich wesentlich höhere Verfor - mungen beim Abheben als bei der Verteilung auf das kleinere Modulfeld. Für die Annahme des größeren Modulfeldes kann dann der lokale Windsog nur bei sehr geringen Windsoglas - ten und bei sehr hoher Systemstabilität auf die dann 24 Nach - barmodule verteilt werden. Diskussion zu Lasteinzugs fl ächen Wie groß im Windkanalversuch Lasteinzugs fl ächen gewählt werden sollten und wie man abschätzt, welche Krä ft e innerhalb dieser Flächen erlaubt sind, macht einen großen Unterschied in den Ballastierungswerten aus, die man am Ende erhält. Man ist natürlich bestrebt, die Modulblöcke möglichst groß zu halten, um einen kleinen cpe - Wert anzusetzen und möglichst wenig Ballast einlegen zu müssen. Typische Modulblockgrößen sind zum Beispiel zwei mal zwei (üblicherweise angenommen von Ruscheweyh Consult), drei mal drei (Wacker) und in Einzel - fällen bis zu vier mal vier (Das I.F.I. gibt hierfür Werte an). Th orsten Kray verweist auf ein Merkblatt aus dem Februar 2020 , welches von der US - Versicherung FM Global publiziert wurde. Darin wird auf Details zur Ermittlung der Lastein - fl uss fl äche eingegangen. Sie kann zum Beispiel per Experiment oder mittels der sogenannten 4 - 6 - 9 - Regel bestimmt werden. Diese Regel besagt, dass vier Module als Gruppe im Eckbereich ansetzbar sind, sechs Module am Rand und neun Module im inneren Bereich. Hierdurch ergibt sich also auch im Windka - nalversuch die Notwendigkeit, variable Lastein fl uss fl ächen zu unterscheiden und für diese die Druckbeiwerte auszuwerten. Allerdings halten sich Windgutachter dann aus der detail - lierten Stei fi gkeitsbetrachtung heraus. Diese ist Aufgabe des Montagesystemherstellers. In der Vergangenheit waren Her - steller in der Regel dankbar für jeglichen Hinweis der Wind - gutachter. Doch wenn diese sagen, dass man zum Beispiel drei mal drei Module als zusammenhängend annehmen kann, ist das kein Nachweis im statischen Sinne. Der Windgutachter kennt das Montagesystem nämlich nur bezüglich der Geome- trie, aber nicht bezüglich der Stei fi gkeit und Festigkeit, die keine Bestandteile des Windgutachtens sind. Das ist der Grund, warum am Ende ein vom Hersteller beau ft ragter Statiker nachweisen muss, dass die vom Wind - gutachter angenommenen Lasteinzugs fl ächen vom Montage - system erbracht werden können und es steif genug ist. Darauf wurde o ft , scheinbar aus Unwissenheit und Bequemlichkeit, verzichtet. Erst in letzter Zeit, auch angeregt durch die Bal - lastdiskussion des pv magazine Webinars, haben einige Fir - men die Initiative ergri ff en, Versäumnisse nachgeholt und teilweise auch die Berechnungen angepasst, so dass sie nun höhere Ballastwerte angeben. Der Wunsch der Beteiligten beim BSW - Windgutachtertre ff en ist, eine einheitliche Vor - gehensweise zu etablieren. „Die cpe-Werte hängen außerdem von der betrachteten Lasteinzugs fl äche ab.“ Juni 2020 | www.pv-magazine.de 83 Installation Der Ein fl uss der Lage der Photovoltaikanlage auf dem Dach spielt ebenfalls eine große Rolle. Generell lässt sich sagen, dass wenn ein Photovoltaikfeld mehrere Dachhöhen von den Dach - kanten entfernt ist, die cpe - Werte gegenüber einer Feldposi - tion in der Dachecke deutlich geringer sind. Aus diesem Grund unterscheidet Th orsten Kray verschiedene Dachzonen, deren Abmessungen von den Gebäudeabmessungen abhängen. Den lokalen Abstand zur Dachkante (bis fünf Meter) hat vor allem Holger Ruscheweyh detailliert untersucht und hier entspre - chende Ein fl üsse dieses Randabstandes auf die Windsogbei - werte ermittelt (siehe auch Antworten von Holger Ruscheweyh in pv magazine März 2020 Seite 68 ). Es werden auch unterschiedliche Werte als zulässige Verfor - mungen der einzelnen Auslegungen der Montagesystemher - steller toleriert, es gibt hier kein einheitliches Vorgehen und in der Regel keine Angaben darüber. Hierzu gibt es sehr unter - schiedliche Meinungen; diese reichen von null Zentimeter, also überhaupt nicht abheben (Ruscheweyh Consult), bis zu meh - reren Dezimetern. Wir lassen maximal zehn Zentimeter loka - les Abheben zu. Dies deckt sich auch mit anderen Herstellern und mit dem Vorschlag von Holger Kray, entsprechend den Vorgaben von FM Global Insurance in den USA vorzugehen. Lastumlagerungsversuch Modulfeldecke Bei den meisten Montagesystemen ist eine ausreichende Sys - temstei fi gkeit bei mittleren Modulen vorhanden, um die lokale Windsoglast auf die Nachbarmodule zu verteilen. Anders sieht es jedoch am Modulfeldrand und vor allem beim Eckmodul des Modulfeldes aus. Zieht man am Eckmodul, so ist relativ wenig Widerstand vorhanden, im Wesentlichen ist es das Eigenge - wicht des Moduls und der dort aufgelegte Ballast. Nachbar - module wirken sich nur bedingt aus. In der Belastungsskizze Gra fi k 3 a ist der ungünstigste Fall dargestellt, das ist der Zeitpunkt, in dem die Windböe gerade das Eckmodul erfasst. Das benachbarte Modul bekommt eben - falls noch eine relativ hohe Windsoglast ab, dies hat sich durch die Windsogauswertung von zwei benachbarten Modulen in einer Reihe gezeigt. Die dahinterliegenden Module bekommen in diesem Augenblick relativ wenig Windsog ab, das ergab sich aus der Auswertung der gleichzeitig au ft retenden Windsoglast eines Modulblockes zwei mal drei aus dem Windkanalversuch. Die Windsoglast, die gemittelt auf diesen Block au ft ritt, kon - zentriert sich also zu diesem Zeitpunkt auf die vorderste Reihe. Es wurde im folgenden Beispiel so viel Ballast eingelegt, dass die rechnerische Verformung unter der ungünstigsten Wind - last 100 Millimeter nicht überschreitet. Um diesen konzentrierten Ballast unterzubringen, sind gege - benenfalls zusätzliche Ballastwannen erforderlich. Der Instal - lateur wird versuchen, den Ballast möglichst zu verteilen, damit er diesen nicht stapeln muss oder sich die Ballastwannen spart. In diesem Fall der Umverteilung ergibt sich bei gleichem Bal - last eine wesentlich größere Verformung von 380 Millimeter ( Gra fi k 3 b ). Das wäre gefährlich und muss man vermeiden. Die Verformung hängt von der Systemstei fi gkeit ab, also zum einen von der Stei fi gkeit der Bodenschienen (Querrich - tung) und zum anderen von der Stei fi gkeit der Kombination aus Modulen und Windleitblech (Längsrichtung). Es wurde in einer Berechnungsvariante für ein außergewöhnlich mate - rialintensives und steifes System die Stei fi gkeit in Längs - und auch in Querrichtung vervierfacht, um die Verformungen zu verringern. Aber selbst in diesem Fall beträgt die maximale abhebende Verformung 270 Millimeter und ist damit immer noch zu groß. Eine nachträgliche Ballastumverteilung vom Rand hin zur Mitte ist also nicht zulässig ist. Dies war auch die Meinung der meisten Beteiligten beim Windgutachtertre ff en. Eine Umver - teilung von der Mitte nach außen ist einfacher möglich, auch eine Umverteilung von geringem Ballast in der Mitte des Modulfeldes: Statt etwa einen halbierten Betonstein mit vier Kilogramm unter jedes Modul zu legen, ist es praktischer, einen Acht - Kilogramm - Stein unter jedes zweite Modul zu legen. Man muss noch weitere Fälle berücksichtigen: Wenn die Windböe kurze Zeit später die zweite Modulreihe stärker erfasst, ergibt sich dort die erhöhte Windsoglast. Wie sich aus den Windkanalversuchen ergeben hat, sind diese bedingt durch die Windverschattung etwas geringer. Außerdem kann sich die zweite Modulreihe an der ersten und dritten Reihe festhalten und so benötigt die zweite Reihe viel weniger Bal - last. Das kann durch eine weitere Berechnung ermittelt werden. Weiterhin ist zu untersuchen, was passiert, wenn eine Ein - zelreihe lokale Windso