Das Solarkraftwerk auf dem Dach

Schon in den vergangenen Jahren hat sich die Menge der bundesweit installierten Leistung an Solarstrom deutlich erhöht. Denn lag der Wert 2010 noch bei 17,5 GW, so betrug er Ende 2022 nach Angaben des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) bereits 66 GW, was rund 11 Prozent des Bruttostromverbrauchs in Deutschland entspricht (die Windenergie an Land lieferte Ende 2022 zum Vergleich eine installierte Leistung von 58 GW).

In den kommenden Jahren soll dieser Wert deutlich weiter ansteigen: 2030 sollen dann rund 80 Prozent des bundesweit benötigten Stroms aus regenerativen Quellen stammen. Um diese Zielvorgabe zu erreichen, ist zuletzt unter anderem das Erneuerbare-Energien-Gesetz 2023 (EEG 2023) in Kraft getreten. Danach ist vorgesehen, dass im laufenden Jahr 9 Gigawatt (GW) an neuer PV-Anlagenleistung ans Netz gehen, ab 2026 sind dann 22 GW das jährliche Ausbauziel. Bis zum Jahr 2030 soll die Menge an Solarstrom auf diese Weise auf eine Gesamtkapazität von 200 GW gesteigert werden, was etwa dem Dreifachen der heutigen Menge entspricht. Rund die Hälfte dieser Anlagen soll auf Dächern entstehen, die andere Hälfte soll über Freiflächenanlagen aufgebaut werden.

Um die ehrgeizigen Ausbauziele zu erreichen, fällt nach dem EEG 2023 seit dem 1. Januar 2023 keine Umsatzsteuer mehr auf die Lieferung von Photovoltaikanlagen an, wenn diese auf oder in der Nähe eines Wohngebäudes installiert werden. Ebenso ist die Pflicht zur Begrenzung der Einspeiseleistung auf 70 Prozent der Nennleistung entfallen. Hinzu kommt als zusätzlicher Anreiz die weiter gestiegene Einspeisevergütung. Danach werden für Anlagen mit einer Leistung von weniger als 10 kWp, die ab dem 30. Juli 2022 in Betrieb genommen wurden, mittlerweile 8,2 Cent je Kilowattstunde über einen Zeitraum von 20 Jahren ausbezahlt (vorher waren es 7,69 Cent je Kilowattstunde). Für größere Anlagen beträgt die Vergütung 7,1 Cent pro kWh (10 bis 40 kWp) bzw. 5,8 Cent pro kWh (ab 40 kWp). Parallel zu diesen zahlreichen Vergünstigungen haben einige Bundesländer mittlerweile eine Pflicht zur Installation von Photovoltaikanlagen bei Neubauten und Dachsanierungen beschlossen. Die meisten anderen Bundesländer haben zumindest Pläne für eine solche Solarpflicht.

Wer keine eigene Solaranlage errichten möchte, der kann die Dachfläche stattdessen auch verpachten. Für Mieterinnen oder Mieter empfehlen sich andererseits Mieterstrom-Modelle in Kooperation mit einem Partner aus dem Bereich Energiedienstleistungen, der im Regelfall auch den Stromvertrieb im Haus übernimmt. In vielen Fällen schließen sich auch mehrere Nutzerinnen und Nutzer zu Genossenschaften oder Bürgerenergie-Gruppen zusammen, um die Dachfläche des gemieteten Hauses oder eine andere Dachfläche für eine Solaranlage zu nutzen. Auf einen größeren Maßstab lassen sich solche oder ähnliche Modelle auch auf ganze Stadtquartiere übertragen, wobei auch kommunale Bauten wie Schulen, Turnhallen, Krankenhäuser oder Gebäude für Industrie oder Gewerbe eingebunden werden können.

Voraussetzungen für die Nutzung als Solardach: Die Dachabdichtung ist elementar

Um das Flachdach als gebäudeeigenes Solarkraftwerk nutzen zu können, muss neben der Ausrichtung und der Dimensionierung der Anlage vor allem auch eine ausreichende Funktionalität der Dachabdichtung gewährleistet sein. Ganz grundsätzlich gilt dabei, dass die Solaranlage die Funktion der Abdichtung nicht negativ beeinflussen darf. Und ebenso muss bei der Planung der Solaranlage die mechanische Beanspruchung der Dachabdichtung berücksichtigt werden, die sich bei Montage, Wartung und Betrieb der Anlage durch das Begehen der Dachfläche ergibt. Nur so ist sichergestellt, dass das Dach auch weiterhin seine Hauptaufgabe übernehmen kann: den sicheren Schutz des Gebäudes gegen Wind und Wetter.

Dachabdichtungsbahnen aus Bitumen oder Kunststoff

Als modernes Abdichtungsmaterial für Solardächer oder anderweitig genutzte Dächer haben sich mehrlagige Dachabdichtungen aus Polymerbitumen- und Bitumenbahnen oder einlagige Abdichtungen mit Kunststoff- oder Elastomerbahnen bewährt. Bei mehrlagigen Dachabdichtungen aus Polymerbitumen- und Bitumenbahnen ermöglichen die Gesamtdicke der Abdichtung sowie die hohe Elastizität und Widerstandsfähigkeit eine hohe mechanische Stabilität und einen hohen Widerstand gegen Perforation. Einlagige Kunststoff- oder Elastomerbahnen bieten andererseits durch die sichere Fügung ihrer Nähte eine flexible und widerstandsfähige Abdichtung. Durchdringungen können mit werkseitig oder handwerklich gefertigten Formteilen wirtschaftlich, materialhomogen und zuverlässig abgedichtet werden.

Neubau oder Bestandsdach

Bei Neubauten können sämtliche Komponenten wie Gebäudestatik, Wärmedämmung, Dachabdichtung sowie Ausrichtung und Art und PV-Anlage von Anfang an bestmöglich aufeinander abgestimmt werden, um eine optimale technische Lösung für die jeweilige Dachfläche zu erreichen.

Deutlich häufiger allerdings werden Bestandsdächer als Aufstellort für Solaranlagen genutzt. Schließlich stehen den jährlich etwa 170.000 Neubauten in Deutschland rund 17 Millionen Bestandsgebäude gegenüber. Anders als bei Neubauten muss hier zu Beginn der Planung zunächst eine genaue Zustandskontrolle der bestehenden Flachdachkonstruktion, der Statik und der vorhandenen Dachabdichtung erfolgen. Ein wichtiger Aspekt ist dabei eine ausreichende Druckfestigkeit der vorhandenen Wärmedämmung. Nur wenn sichergestellt ist, dass die vorhandene Statik des Dachaufbaus und die Druckfestigkeit der Dämmung ausreichend sind, kann mit der Planung und Umsetzung der Anlage begonnen werden. Dabei gilt grundsätzlich, dass die zu erwartende Restnutzungsdauer der Dachabdichtung nicht kürzer als die kalkulierte Standzeit der Solaranlage von rund 20 Jahren ausfallen sollte. Im Zweifel sollte die Altabdichtung instandgesetzt oder erneuert werden, um hohe Kosten bei einer später eventuell erforderlichen Sanierung zu vermeiden.

Im Rahmen der anschließenden Installation muss wie auch bei Anlagen auf Neubauten eine fachgerechte Ausführung sämtlicher Befestigungs- bzw. Auflagepunkte der aufgestellten PV-Tragkonstruktionen sichergestellt sein. Beachtet werden muss außerdem, dass Gullys Tiefpunkte bleiben und dass der Wasserablauf nicht behindert wird bzw. dass es zu keiner Pfützenbildung kommt. Hinzu kommt, dass die Dachabdichtung und sämtliche Detailausbildungen auch nach der Installation der Solaranlage zu Wartungszwecken zugänglich sein müssen.

Statische Voraussetzungen

Notwendig für die Planung und Umsetzung eines Solardaches ist insbesondere eine ausreichende Statik des Dachaufbaus. Bei der Planung und Umsetzung muss dazu nach DIN 18531-1 vor allem sichergestellt sein, dass sämtliche Horizontalkräfte in den Untergrund abgetragen werden und die Anlagenteile damit konstruktiv gegen Abrutschen gesichert sind. Ebenso ist eine ausreichende Druckbelastbarkeit des gesamten Dachaufbaus, insbesondere der Wärmedämmschicht zu beachten.

Bei aufgelegten Solaranlagen mit punkt- oder linienförmigen Drucklasten muss überdies berücksichtigt werden, dass die Druckkräfte durch den Schichtenaufbau in die tragenden Bauteile abgeleitet werden können und dass die Abdichtungsschicht nicht beschädigt wird. Ebenso ist festzulegen, welche Schutzschichten, Schutzlagen oder Schutzmaßnahmen zum Schutz der Abdichtung während der Montage und zur späteren Wartung und Instandhaltung vorzusehen sind. Um ein Anstauen von Niederschlagswasser zu vermeiden, müssen außerdem konstruktive Voraussetzungen für eine funktionierende Entwässerung eingeplant werden. Und ebenso muss sichergestellt sein, dass Bewegungsfugen, Lichtkuppeln, RWA-Anlagen, Sicherheitseinrichtungen oder Dachabläufe nicht mit Solaranlagen überbaut und in ihrer Funktion eingeschränkt werden. Bei aufgeständerten Anlagen ist andererseits der Abstand der Solaranlage zur Oberfläche der Abdichtungsschicht so zu wählen, dass die Abdichtungsschicht zu Wartungs- und Instandhaltungszwecken zugänglich ist. Außerdem müssen Stützen, Kabel, Rohrleitungen und sonstige systembedingte Durchdringungen mit entsprechenden Einbauteilen oder Flanschkonstruktionen so ausgestattet sein, dass die Abdichtungsschicht nach DIN 18531-3 angeschlossen werden kann.

Auflagen zum Brandschutz

Wichtig für einen sicheren Betrieb einer Solaranlage ist auch ein ausreichender Brandschutz. Zu beachten ist dabei, dass der gesamte Dachaufbau zunächst ganz generell die Anforderungen an eine „Harte Bedachung“ erfüllen und entsprechend widerstandsfähig gegen Flugfeuer und strahlende Wärme sein muss. Alle eingesetzten Produkte müssen mindestens aus normalentflammbaren Baustoffen, Klasse E nach Euroklassen DIN EN 13501-1, bestehen. Bauteile mit brennbaren Stoffen (z. B. Kabeltrassen) dürfen nicht über Brandwände hinweggeführt werden. Bei der Planung und Umsetzung von Solardächern muss zusätzlich auch das Brandverhalten der Photovoltaik-Anlage kritisch bewertet werden. Schließlich handelt es sich bei einer Solaranlage um eine elektrische Anlage, die entsprechend gegen Brand gesichert werden muss.

Interessant ist in diesem Zusammenhang die 2022 durch das Fraunhofer ISE herausgegebene Publikation „Aktuelle Fakten zur Photovoltaik in Deutschland“, in der unter Verweis auf eine Pressemitteilung des Fraunhofer ISE aus dem Jahr 2013 festgestellt wird, dass bis dahin lediglich 0,0006 Prozent der Photovoltaikanlagen einen Brand mit größerem Schaden verursacht hätten. Und weiter: „In den letzten 20 Jahren gab es 350 Brände, an denen eine Solaranlage beteiligt war, bei 120 war sie Auslöser des Brandes. In 75 Fällen war der Schaden größer, in zehn dieser Fälle brannte ein Gebäude ab.“

Um trotz dieser sehr niedrigen Zahl an Schadensfällen eine optimierte Sicherheit zu gewährleisten, müssen dennoch verschiedene vorbeugende Maßnahmen getroffen werden. Sichergestellt sein sollte insbesondere, dass ausschließlich PV-Anlagen mit einer hohen Sicherheitsfunktionalität verwendet werden, dass die elektrische Anlage fachgerecht installiert wird und dass Detektoren zur Erkennung von Lichtbögen sowie eine Möglichkeit zur Abschaltung der Anlage im Fehlerfall vorhanden sind. Ebenso ist es erforderlich, dass die Leitungsverlegung in aufgeständerten Kabelbühnen aus gelochtem Metall umgesetzt wird und dass im Schadensfall eine automatische Weiterleitung von Betriebs- und Störmeldungen an einen Fachbetrieb erfolgt.

Perspektiven für die Zukunft: Die Bedeutung der gebäudeintegrierten Photovoltaik wird weiterwachsen.

Die Stromerzeugung durch Photovoltaik ist ein wesentlicher Baustein zur Umsetzung der Energiewende. Der Markt wächst entsprechend rasant. Im vergangenen Jahrzehnt hat die photovoltaische Stromerzeugung weltweit um den Faktor 30 bis 35 zugenommen, während die Preise für die Module im Gegenzug um rund 80 Prozent gefallen sind. Parallel dazu konnten die Stromgestehungskosten in den vergangenen Jahren immer weiter reduziert werden. Aktuell liegen sie nach laut einer Studie des Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE bundesweit je nach Anlagentyp und Sonneneinstrahlung zwischen 3,12 und 11,01 Cent je kWh. In den kommenden Jahren sollen diese Kosten weiter sinken: Für das Jahr 2040 werden in der Studie Stromgestehungskosten zwischen 3,58 und 6,77 Cent/kWh bei kleinen PV-Dachanlagen und zwischen 1,92 und 3,51 Cent/kWh bei Freiflächenanlagen prognostiziert.

Ausgehend von dieser Prognose und ausgehend von der wichtigen Rolle der Photovoltaik im Rahmen der Energiewende lässt sich schon heute vorhersehen, dass die Branche auch künftig kräftig weiterwachsen wird. Optimiert wird das Potenzial, wenn die Dachfläche gleichzeitig auch begrünt wird und damit gleichzeitig auch das Mikroklima vor Ort verbessert und die Kanalisation entlastet wird.