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Windlasten an PV-Flachdachsystemen

 

Texte français en cours de rédaction !

Aufgabe:

Im Hinblick auf die Errichtung von PV-Anlagen stellt sich die Frage der Lagesicher­heit, da diese Anlagen auf den vorhandenen Dächern in der Regel nur aufgestellt werden, nicht aber durch die Dachhaut gegen Verschieben oder Abheben gesichert werden können.

Da viele Flachdächer aber nur begrenzte Lastreserven aufweisen, versucht man Systeme zu finden, die mit möglichst wenig Ballast bzw. bei normaler Exposition allein mit dem Eigengewicht auskommen. Diese Systeme werden in der Fach­literatur aktuell unter dem Begriff „ballastarm“ kontrovers diskutiert, da es nach DIN EN 1991-1-4:2010-12 keine Ansätze für die hierbei genutzten Druckaus­gleichs­vorgänge gibt.

 

Lösung:

Für ballastgesicherte Flachdach-Photovoltaiksysteme bietet sich daher die Durch­führung von Windkanal-Modellversuchen nach WtG-Richtlinie an, um die realis­tischer­weise zu erwartenden Windlasten und daraus zu bemessenden eventuellen Ballastanforderungen im Sinne der DIN EN 1991-1-4:2010-12, Kapitel 1.5 korrekt zu ermitteln.

Flachdächer in diesem Sinne sind Dächer, die weniger als ± 5° geneigt sind (s. DIN EN 1991-1-4:2010-12), so dass hinsichtlich der Überströmung durch Wind von einem Strömungsabriss an der Dachkante bzw. Attika ausgegangen werden darf (was streng genommen noch bis etwas über 20° Dachneigung so auftritt). Dies wird abgegrenzt im Gegensatz zu Steildächern, die als Abrisskante vom First bzw. Dach­hochpunkt dominiert werden.

Typisch für die Überströmung von Flachdächern ist die Ausbildung von Randwirbeln bei Anströmung über Eck. Diese auch als „Tütenwirbel“ bezeichneten Strömungsformen besitzen hohe lokale Drehgeschwindig­keiten und erzeugen vor allem im Eck- und Randbereich entsprechend hohe Sogwirkungen auf das Dach.

 

Vorteil:

Messungen an einer Vielzahl von PV-Systemen am I.F.I. (Institut für Industrieaero­dynamik) konnten belegen, dass die Belastungen der auf einem Flachdach aufge­stellten Anlagen deutlich unter den streng genommen hierfür nicht gedachten Kennwerten ähnlicher Geometrien (z.B. Sheddach oder frei stehende Dächer)
nach DIN EN 1991-1-4: 2010-12 liegen, da die Windlasten über den PV-Modulen wesentlich durch einen Druckausgleich mit dem Luftraum auf deren Unterseite ausgeglichen und dadurch für die Module selbst nicht voll wirksam werden.

Die Richtlinie des DIBT  „Hinweise für die Herstellung, Planung und Ausführung von Solaranlagen“ geht sogar noch einen Schritt weiter und fordert neben dem Nachweis der Lagesicherung auch die Standsicherheit der Unterkonstruktion.

Um Letztere nachzuweisen, werden bislang üblicherweise Sogbeiwerte von cp,10 = -1,8 und cp,1 = -2,5 für die Flachdachzone F für Flachdächer gemäß DIN EN 1991-1-4, Abschnitt 7.2.3 angesetzt. Diese werden mit meist mit ver­schie­benden Beiwerten für Fas­saden gemäß Abschnitt 7.2.2 kombiniert. Hier er­geben sich cp,10 +0,8 und cp,1 +1,0.

Im Windkanal werden für gängige 15°-Aufständerungen im Sogbereich meist Bei­werte festgestellt, die halb so groß oder noch geringer sind. Im Druckbereich sind die Druckbeiwerte an den Modulen etwas geringer, an den Rückwänden meist etwas höher.