Befestigungen für Photovoltaikpaneele: Europäischer Leitfaden zu Montagekonstruktionen, Halterungen und Profilen

Jede effiziente Photovoltaikanlage beginnt mit einer soliden Grundlage: dem Montagesystem.
Diese Struktur, oft unsichtbar, aber grundlegend, gewährleistet Stabilität, Sicherheit und Langlebigkeit im Laufe der Zeit, indem sie die Module fest verankert und ausgerichtet hält, um das Sonnenlicht optimal einzufangen.

In Europa folgt die Planung der Befestigungen strengen Standards, um Wind, Schnee und Temperaturänderungen standzuhalten, und gewährleistet damit konstante Leistung über mehr als 25 Jahre.
Ob es sich um Flachdächer, Schrägdächer, Bodeninstallationen oder Carports handelt, die Wahl des richtigen Montagesystems bedeutet, die Investition zu schützen und den Energieertrag zu maximieren.

Planungsprinzipien: Wind- und Schneelasten gemäß Eurocodes

Die Planung eines Befestigungssystems für Solarmodule bedeutet weit mehr als nur das Befestigen von Modulen auf einer Oberfläche. Es handelt sich um eine ingenieurtechnische Arbeit, die statische und dynamische Kräfte, Temperaturveränderungen und extreme Wetterbedingungen berücksichtigen muss. In Europa sind die Hauptreferenzen in den Eurocodes EN 1991 (Einwirkungen auf Tragwerke) und EN 1993/EN 1090 (Stahl- und Aluminiumkonstruktionen) enthalten.

Bemessung und Umwelteinflüsse

Die Windlast ist eine der kritischsten Kräfte. In Küsten- oder Bergregionen können Böen zu Belastungen von über 1.000 N/m² führen. Das Montagesystem muss daher in der Lage sein, Hebe- (uplift) und Scherkräfte (shear) zu widerstehen, die die Module verschieben oder drehen können.
Die Eurocodes liefern Parameter zur Berechnung dieser Lasten basierend auf:

• der Höhe des Gebäudes oder Bodens an der Installationsstelle;

• der Windexposition (offen, urban oder geschützt);

• der Neigung und Form des Dachs;

• der Luftdichte und lokalen Turbulenzen.

Ebenso kann die Schneelast von wenigen Kilogramm pro Quadratmeter in mediterranen Regionen bis über 200 kg/m² in skandinavischen oder alpinen Ländern variieren. Aus diesem Grund muss die Struktur nicht nur auf Zugfestigkeit, sondern auch auf Biege- und Punktlast geprüft werden.

Thermische Ausdehnungen und Vibrationen

Metallische Materialien, wie Stahl und Aluminium, dehnen sich bei Temperaturschwankungen aus. Ein sorgfältiges Design muss Dehnungsfugen und Ankersysteme vorsehen, die kleine Bewegungen zulassen, ohne die Stabilität zu gefährden oder Spannungen auf die Module zu übertragen.
Auch Vibrationen, die durch Wind oder leichte seismische Ereignisse verursacht werden, können im Laufe der Zeit Verbindungen lockern: deshalb werden Verzahnungs-Unterlegscheiben, kontrollierte Drehmomente und Schraubenverbindungen der geeigneten Klasse verwendet.

Korrosion und aggressive Umgebungen

In Küsten-, Industrie- oder besonders feuchten Gebieten kann Korrosion die Lebensdauer der Befestigungen drastisch verkürzen. Die Normen EN ISO 12944 klassifizieren die Korrosivitätskategorien der Umgebung von C1 (sehr niedrig) bis CX (extrem hoch) und definieren die notwendigen Oberflächenbehandlungen, um eine Nutzungsdauer von 25 oder 50 Jahren zu gewährleisten.

Zusammenfassend ist die strukturelle Planung eines Montagesystems nicht nur ein mechanisches Thema, sondern ein komplexer Prozess, der Berechnung, Materialien, Umwelt und Wartung über die Zeit integriert.

Typen von Befestigungen für Flachdächer: ballastierte und verankerte Strukturen

Flachdächer sind eine der häufigsten Flächen für die Installation von Photovoltaikanlagen, insbesondere in kommerziellen, industriellen oder mehrteiligen Gebäuden. Hier werden hauptsächlich ballastierte oder verankerte Systeme verwendet, die so konzipiert sind, dass sie Löcher in der Abdeckung vermeiden und die maximale Wasserundurchlässigkeit gewährleisten.

Ballastsysteme

Ballastierte Strukturen basieren auf neigbaren Metallrahmen, die mit Beton- oder Kiesblöcken stabilisiert werden, um Perforationen der Dachmembran zu vermeiden.
Die Hauptvorteile sind:

• schnelle und nicht invasive Installation;

• keine Risiken für die Abdichtung;

• Möglichkeit, Neigung und Ausrichtung leicht anzupassen.

Die Ballastierung muss jedoch in Bezug auf die Windlast und die Tragfähigkeit der Abdeckung dimensioniert sein: Ein Übermaß an Gewicht kann die Dachstabilität gefährden, während eine Unterdimensionierung bei starken Böen zu einem Anheben der Module führen kann.

Verankerte Systeme

Alternativ verwenden verankerte Systeme mechanische Befestigungspunkte, die direkt mit der tragenden Struktur des Daches (z.B. Balken oder Trapezblech) verbunden sind.
Obwohl sie bei der Installation mehr Aufmerksamkeit erfordern, gewährleisten sie eine höhere Windbeständigkeit und weniger Bedarf an Ballast. Sie werden in windigen Gebieten oder auf Gebäuden mit begrenzter struktureller Belastung empfohlen.

Optimierung der Neigung

Auf Flachdächern wird die Neigung der Module zwischen 10° und 30° eingestellt, abhängig von der geografischen Breite und dem Leistungsziel. Moderne Strukturen erlauben auch „Segel“- oder „Doppeldach“-Konfigurationen, die die gegenseitige Verschattung reduzieren und die Produktion verbessern.

In jedem Fall müssen die Befestigungen aus anodisiertem Aluminium oder verzinktem Stahl bestehen, mit korrosionsbeständigen Verbindungen und EPDM-Dichtungen, um die Isolierung über die Zeit zu gewährleisten.

Befestigungen für Schrägdächer: Dachhakensysteme, verstellbare Halterungen und Aluminiumprofile

Schrägdächer sind typisch für europäische Wohngebäude. Hier muss das Befestigungssystem auf eine breite Palette von Abdeckungen passen: Ziegel, Dachpfannen, Trapezbleche oder Sandwichplatten.

Hauptkomponenten

Ein Standard-Befestigungssatz für Schrägdächer besteht aus:

• Dachhaken oder Unter-Dachhaken, die an den Dachsparren befestigt sind;

• Aluminiumprofile, an denen die Module befestigt werden;

• verstellbare Halterungen, die Unregelmäßigkeiten der Abdeckung ausgleichen;

• Mittel- und Endklemmen, um die Module zu fixieren.

Das Ziel ist es, eine feste mechanische Verbindung zu gewährleisten, ohne die Wasserdichtigkeit des Daches zu gefährden. Aus diesem Grund muss jedes Loch mit zertifizierten Dichtungen und wasserdichten Membranen abgedichtet werden.

Kompatibilität und Sicherheit

Jede Art von Abdeckung erfordert spezifische Lösungen. Bei Ziegeln beispielsweise müssen die Haken dem Profil der Krümmung folgen; für Trapezblechdächer werden Klemmen oder selbstbohrende Schrauben mit integrierten Dichtungen verwendet.
Die Qualität der Materialien und die Präzision bei der Installation sind entscheidend, um Infiltrationen, Abrutschen oder anomale Belastungen zu vermeiden.

Vorteile von Aluminium

Anodisiertes Aluminium ist das am häufigsten verwendete Material für Profile aufgrund seiner Leichtigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Es reduziert das Gesamtgewicht auf dem Dach, ermöglicht eine schnelle und modulare Montage und bietet vorkonfektionierte Systeme, die die Montagezeiten um bis zu 40 % verkürzen.

Die Strukturen für Schrägdächer müssen der Norm EN 1090 entsprechen, die die Anforderungen für die Durchführung und CE-Kennzeichnung von Metallstrukturen definiert.

Bodenmontagestrukturen: Betonfundamente, Fundament-Schrauben und Anker

Für große Anlagen – landwirtschaftliche, industrielle oder Solarparks – ist die effizienteste Lösung oft die Bodenmontage. In diesen Fällen garantieren die Bodenbefestigungssysteme maximale Flexibilität in Bezug auf Ausrichtung und Wartung.

Feste Systeme und Tracker

Die festen Strukturen sind die wirtschaftlichste und zuverlässigste Wahl. Die Module werden in parallelen Reihen mit optimaler Neigung entsprechend der geografischen Breite montiert.
Die Solar-Tracker hingegen ermöglichen die Bewegung der Module, um der Sonne im Tagesverlauf zu folgen, was die Produktion um bis zu 25 % erhöht. Sie erfordern jedoch eine komplexere, motorisierte Struktur und häufigere Wartung.

Arten von Fundamenten

Der Fundamenttyp hängt von der Bodenbeschaffenheit ab:

• Fundament-Schrauben: geeignet für kompakte oder kiesige Böden, ermöglichen eine schnelle Installation ohne Aushub;

• Betonfundamente: ideal für instabile Böden oder für langlebige Anlagen;

• Direktanker: verwendet in felsigem oder sandigem Boden, wo Schrauben nicht geeignet sind.

Die tragende Struktur muss aus feuerverzinktem Stahl oder strukturellem Aluminium entworfen werden, mit Verschraubungen aus Edelstahl, um galvanische Korrosion zu vermeiden.

Raumoptimierung

Ein oft unterschätzter Aspekt ist der Interfilara, also der Abstand zwischen den Modulreihen. Er muss berechnet werden, um Verschattungen zu vermeiden, den Durchgang von Technikern zu ermöglichen und die nationalen Brandschutznormen einzuhalten.
Die Bodenbefestigungen sind großen Windkräften ausgesetzt, daher ist die Dimensionierung der Profile und Anker entscheidend für die Gesamtstabilität.

Photovoltaische Carports und Vordächer: architektonische Integration und Lastbeständigkeit

Die fotovoltaischen Carports und Vordächer sind eine der vielseitigsten Anwendungen von Befestigungssystemen. Sie vereinen Funktionalität und Design, bieten Schutz für Fahrzeuge und Personen, aber auch die Produktion von erneuerbarer Energie.

In den letzten Jahren entscheiden sich immer mehr Unternehmen und Privatpersonen in Europa für solche Lösungen für Firmenparkplätze, Mehrfamilienhäuser oder öffentliche Bereiche. Im Unterschied zu den klassischen Dachanlagen ist hier die Befestigungsstruktur nicht nur ein technischer Träger: Sie wird zu einem integralen Bestandteil der Architektur.

Konstruktive Gestaltung und Lasten

Die Konstruktion eines fotovoltaischen Carports erfordert die gleiche ingenieurtechnische Aufmerksamkeit wie eine kleine Gebäudestruktur.
Sie muss das Gewicht der Module, die Winddruck sowie die Schneelast, aber auch die zufällige Belastung durch Wartungspersonal oder Reinigungssysteme tragen.
Die Hauptträger bestehen in der Regel aus verzinktem Stahl oder extrudiertem Aluminium, mit verschweißten oder verschraubten Verbindungen gemäß der EN 1090.

In Gebieten mit starkem Wind oder reichlich Schnee müssen die Berechnungen komplexe Lastkombinationen berücksichtigen. Häufig werden diagonale Aussteifungen und Säulen mit verstärkten Profilen verwendet, um Torsionsinstabilitäten zu vermeiden.

Ästhetische und funktionale Integration

Ein moderner fotovoltaischer Carport ist nicht nur effizient, sondern auch ästhetisch ansprechend. Die schlanken Profile, integrierte Überdachungen und eloxierte Oberflächen ermöglichen eine harmonische Integration in die Umgebung.
Viele Modelle beinhalten auch Kanalisationssysteme zur Ableitung von Regenwasser, um Infiltrationen oder unerwünschte Ansammlungen zu vermeiden.

Zusätzlich zur Trägerfunktion kann die Struktur Ladesysteme für Elektrofahrzeuge (EV-Charger), LED-Beleuchtung oder intelligente Sensoren beherbergen.
Dieser Ansatz, der immer häufiger wird, verwandelt das Vordach in eine energieeffiziente Mikroinfrastruktur - effizient und eigenständig.

Materialien für Montagesysteme: anodisiertes Aluminium, verzinkter Stahl und Edelstahl

Die Wahl der Materialien beeinflusst direkt die Langlebigkeit und Sicherheit des Befestigungssystems. In Europa sind die am häufigsten verwendeten Materialien anodisiertes Aluminium, feuerverzinkter Stahl und Edelstahl.

Anodisiertes Aluminium

Aluminium ist leicht, widerstandsfähig und leicht zu bearbeiten. Die Anodisierung erhöht die Korrosionsbeständigkeit und sorgt für eine gleichmäßige ästhetische Oberfläche.
Es ist ideal für Flach- und Schrägdächer, wo das geringe Gewicht die Belastung auf der Abdeckung verringert.
Zu den Hauptvorteilen gehören:

• Leichte Bearbeitung und Bohrung;

• Beständigkeit gegen Witterungseinflüsse;

• komplette Recycelbarkeit, im Einklang mit den europäischen Nachhaltigkeitszielen.

Allerdings hat Aluminium eine geringere Steifigkeit als Stahl: Bei großen Strukturen kann es notwendig sein, die Profile zu vergrößern, um Verformungen zu vermeiden.

Feuerverzinkter Stahl

Feuerverzinkter Stahl ist eine robuste und kostengünstige Lösung. Die Feuerverzinkung (EN ISO 1461) schafft durch ein Zinkschmelzbad einen Korrosionsschutz.
Es ist die bevorzugte Wahl für erdverlegte Anlagen oder Carports großer Dimensionen, wo die mechanische Widerstandsfähigkeit Priorität hat.
Die durchschnittliche Lebensdauer liegt bei über 25 Jahren, mit minimalem Wartungsaufwand.

Der einzige Nachteil ist das Gewicht, das die Handhabung auf der Baustelle erschwert. Moderne Vorfertigungs- und modulare Montagetechniken reduzieren jedoch erheblich die Installationszeiten.

Edelstahl

Für hochkorrosive Umgebungen – wie Küstengebiete, Häfen oder industrielle Standorte – ist Edelstahl (AISI 304 oder 316) die beste Wahl.
Er bietet einen außergewöhnlichen Schutz gegen Regen, Salzgehalt und Temperaturschwankungen und garantiert eine Lebensdauer von über 30 Jahren.
Obwohl teurer, amortisiert sich seine Anwendung im Laufe der Zeit durch den geringen Wartungsbedarf.

Neue Materialien und Beschichtungen

Die Forschung bringt zunehmend Verbundlegierungen und nanotechnologische Beschichtungen hervor, die die Haftung und die Witterungsbeständigkeit verbessern.
Auch das Verwenden von Befestigungsmaterial mit passivierenden Beschichtungen (Zink-Nickel, Dacromet, Geomet) trägt dazu bei, die Lebensdauer von mechanischen Verbindungen zu verlängern.

Mechanische und elektrische Kompatibilität mit Solarmodulen

Ein oft vernachlässigter Aspekt ist die Kompatibilität zwischen Befestigungen und Modulen. Das Montagesystem muss die dimensionalen Toleranzen der Modulrahmen respektieren und den richtigen elektrischen Kontakt für die Erdung gewährleisten.

Klemmen und Profile

Die mittleren und endklemmen müssen sich an die Dicke des Modulrahmens anpassen, die meist zwischen 30 und 40 mm liegt.
Sie müssen eine gleichmäßige Lastverteilung gewährleisten, um übermäßigen Druck auf das Glas zu vermeiden.
Die Profile müssen eine kontinuierliche und stabile Unterstützung bieten, mit Dehnungsfugen, um Temperaturunterschiede auszugleichen.

Elektrische Verbindungen

In vielen europäischen Ländern schreiben die Vorschriften die ausgeglichene Erdung der Metallrahmen vor, um das Risiko von Schocks oder Lichtbögen zu verhindern.
Die Klemmen müssen leitfähig und konform mit den Normen IEC 62548 sein, die die Anforderungen für die elektrische Installation von Solarsystemen definieren.

Ein schlechter elektrischer Kontakt kann zu Leckagewiderständen oder parasitären Strömen führen, die die Effizienz des Systems reduzieren. Daher ist es entscheidend, zertifizierte und kompatible Komponenten zu verwenden.

Normen und Markierungen: EN 1090, CE-Anforderungen und nationale Richtlinien

Jedes Befestigungssystem, das in Europa installiert wird, muss eine Reihe von harmonisierten technischen Normen erfüllen und die CE-Kennzeichnung besitzen.

EN 1090 – Stahl- und Aluminiumkonstruktionen

Diese europäische Norm legt die Anforderungen an Entwurf, Herstellung und Kontrolle von Metallstrukturen fest.
Alle tragenden Komponenten müssen rückverfolgbar sein, von zertifizierten Unternehmen hergestellt und von einer Leistungsbeschreibung (DoP) begleitet werden.
Ohne die EN 1090-Konformität kann eine Struktur in der Europäischen Union nicht legal vermarktet werden.

EN 1991 – Eurocode 1

Diese Norm definiert die Einwirkungen von Wind, Schnee und zufällige Lasten. Sie ist die Referenz zur Berechnung der mechanischen Belastbarkeit des Befestigungssystems in jeder europäischen Klimazone.
Jedes Mitgliedsland kann zusätzliche nationale Parameter einführen (z.B. Sicherheitskoeffizienten oder Windkarten).

EN ISO 12944 – Korrosionsschutz

Diese Norm legt die Design-, Lackier- und Wartungskriterien fest, um die gewünschte Langlebigkeit basierend auf der Expositionsklasse (von C1 bis CX) zu gewährleisten.
Das Ziel ist es, sicherzustellen, dass das System seine Integrität während der gesamten Lebensdauer der Anlage aufrechterhält, in der Regel 25–30 Jahre.

Zusätzliche Zertifizierungen

Neben den europäischen Standards nehmen einige Länder zusätzliche Normen an, wie die DIN-Normen in Deutschland oder die NF-Normen in Frankreich, die strengere Testanforderungen vorschreiben.
Ein zuverlässiger Hersteller muss alle Konformitätsdokumente bereitstellen können, einschließlich Testzertifikaten, technischen Datenblättern und Prüfberichten.

Entscheidungskriterien: Kosten, Effizienz und Kapitalrendite

Die Wahl des richtigen Befestigungssystems bedeutet, das richtige Gleichgewicht zwischen Anschaffungskosten, mechanischer Leistung und Langlebigkeit zu finden.
Ein preiswertes Befestigungssystem kann anfangs vorteilhaft erscheinen, aber wenn es nicht zertifiziert oder für die Umgebung geeignet ist, kann es hohe Wartungskosten verursachen oder schlimmstenfalls die Module schädigen.

Technische Bewertung

Vor der Wahl ist es notwendig, folgende Punkte zu analysieren:

• Art der Oberfläche und Neigung;

• lokale Wind- und Schneelasten;

• Umfeldebedingungen (Feuchtigkeit, Salzgehalt, Temperaturschwankungen);

• Montagefreundlichkeit und Wartungszugänglichkeit.
  
  
  
  

Wirtschaftliche Analyse (TCO)

Der Gesamtbetriebskosten (Total Cost of Ownership) berücksichtigt den gesamten Lebenszyklus des Systems: Kauf, Installation, Wartung und Nutzungsdauer.
Ein System aus Edelstahl kann z.B. beim Kauf um 20–30 % mehr kosten, erfordert jedoch weniger Wartung und gewährleistet eine doppelte Lebensdauer im Vergleich zu einem System aus verzinktem Stahl.

Effizienz und Produktivität

Das Montagesystem wirkt sich auch auf den Energieertrag aus. Eine optimale Neigung oder genaue Ausrichtung der Module kann die jährliche Produktion um bis zu 10 % steigern.
Ein gut konzipiertes Befestigungssystem reduziert auch die Schmutzansammlung und erleichtert den Wasserablauf.

Beste Praktiken für Installation und Wartung

Die Effizienz eines Befestigungssystems hängt genauso von der Materialqualität ab wie von der Kompetenz des Installateurs.
Hier sind einige empfohlene Best Practices in ganz Europa:

• Stets CE-zertifizierte Komponenten verwenden.

• Die vom Hersteller angegebenen Drehmomente anwenden.

• Direkten Kontakt zwischen unterschiedlichen Metallen vermeiden, um galvanische Korrosion zu verhindern.

• Jede Eindringstelle mit EPDM- oder neutralem Silikondichtstoff abdichten.

• Regelmäßige Sichtkontrollen durchführen, um Lockerungen oder Korrosion zu erkennen.

Nach intensiven Wetterereignissen (Hagel, starker Wind, Schneefälle) wird empfohlen, eine technische Kontrolle durchzuführen, um die Stabilität und Geradlinigkeit der Strukturen zu überprüfen.

Innovation in Befestigungssystemen: Modularität und Nachhaltigkeit

Der Bereich der Photovoltaikbefestigungen befindet sich in ständiger Weiterentwicklung.
Zu den jüngsten Trends gehören vorgefertigte Systeme, aerodynamische Designs und nachhaltige Materialien.

Vorgefertigte Module reduzieren die Installationszeit um 50 %, während aerodynamische Profile den Luftwiderstand verringern und den Einsatz von weniger Ballast ermöglichen.
Der Einsatz von recyceltem Aluminium und kohlenstoffarmen Stahl trägt zusätzlich zur Verbesserung des ökologischen Fußabdrucks der Anlage bei, im Einklang mit den europäischen Zielen zur Klimaneutralität bis 2050.

Auch die Integration von Building Integrated Photovoltaics (BIPV) - der direkten Integration von Modulen in Gebäudeelemente - revolutioniert den Umgang mit Befestigungssystemen und macht die Struktur nicht mehr nur zu einem Zubehör, sondern zu einem integralen Bestandteil der Architektur.

Europäische Kriterien für ein sicheres, effizientes und langlebiges Befestigungssystem

Eine Photovoltaikanlage ist so effizient wie die Struktur, die sie trägt.
Ein Befestigungssystem, das gemäß den europäischen Normen entworfen, mit zertifizierten Materialien gebaut und mit technischer Präzision installiert wird, garantiert Sicherheit, Effizienz und Nachhaltigkeit über Jahrzehnte.

Von der Materialauswahl bis hin zur regelmäßigen Wartung zählt jedes Detail.
Die besten Praktiken zu befolgen und sich auf qualifizierte Hersteller und Installateure zu verlassen, ist der Schlüssel, um eine nachhaltige, sichere Investition zu erzielen, die den europäischen Standards entspricht.

In einem Europa, das entschlossen auf die Energiewende zusteuert, sind Photovoltaik-Befestigungssysteme nicht nur ein technisches Element, sondern ein Pfeiler der neuen Architektur der sauberen Energie.