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Photovoltaikanlagen und die Statik

Wird eine Photovoltaikanlage geplant, sollte vorab die Statik des Hauses, insbesondere des Dachs überprüft werden. Zwar sind die Solarteure für die Standsicherheit ihrer PV-Anlage verantwortlich, aber die Tragfähigkeit des Gebäudes muss nicht zwingend von ihnen überprüft werden. Bei seriösen Unternehmen ist eine Statik-Prüfung jedoch im Komplettpreis enthalten. Generell ist allerdings der Bauherr für eine ordnungsgemäße Statik verantwortlich.

Wann sollte die Statik berechnet werden?

Schneelastschaden
Foto: Mannheimer Versicherung

Zwar dürfte die Belastung durch eine Photovoltaikanlage auf dem Dach bei den meisten Schrägdächern kein Problem darstellen, doch eine Überprüfung sorgt generell für mehr Sicherheit. Insbesondere bei Flachdächern oder in Lagen mit verstärktem Wind- oder Schneeaufkommen ist eine Berechnung der Statik vor der Installation der PV-Anlage in jedem Fall sinnvoll.

Welche Gefahren können durch fehlende Statik-Berechnungen entstehen?

Fehlende Statik-Berechnungen vor Installation einer PV-Anlage können zu vielseitigen Problemen führen. So kann die Tragkraft des Gebäudes für die Photovoltaikanlage nicht ausreichen. Wird sie installiert, kann das Dach einsturzgefährdet sein. Dies war 2010 schon einmal ein großes Problem, als die Turnhalle einer Berliner Grundschule gesperrt werden musste. Hier wurde eine Solaranlage auf der Grundlage falscher Statikunterlagen installiert.

Woher bekomme ich die Statikunterlagen?

Bauplan des Hauses sollte dem Statiker vorliegen.

Die Statikunterlagen werden in der Regel beim Bau eines Hauses mit erstellt. Der beauftragte Statiker kann aus den Bauplänen, zu denen auch die statischen Berechnungen gehören, die ursprünglichen Lasten, für die ein Gebäude konzipiert wurde, ermitteln. Wer diese Unterlagen nicht mehr vorlegen kann, etwa bei sehr alten Häusern, kann beim zuständigen Bauamt oder dem einstigen Bauunternehmen nachfragen. Allerdings haben die Bauämter in den vergangenen Jahren schrittweise die Archivierungsverpflichtung für Bauunterlagen aufgegeben und an den Bauherrn selbst übertragen. Sind keine ursprünglichen Unterlagen mehr auffindbar, muss eine Bauzustandsüberprüfung mit neuen statischen Berechnungen durchgeführt werden.

Die Berechnungen dürfen nur geprüfte Statiker oder Architekten durchführen. Sie sollten die eigenen Berechnungen offenlegen und die Tragfähigkeit des Dachs, sofern sie vorliegt, in jedem Fall schriftlich bestätigen.

Mit welchen zusätzlichen Belastungen durch eine PV-Anlage ist zu rechnen?

Die durchschnittlichen Zusatzlasten, die ein Dach tragen muss, unterscheiden sich je nach Dachform. Im Schnitt ist von folgenden Werten auszugehen:

Schrägdach: ca. 16 bis 24 kg/m²
Flachdach ohne Dachdurchdringung: ca. 7 bis 12 kg/m²
Flachdach mit Dachdurchdringung: ca. 18 bis 30 kg/m²
Flachdach mit Wanne, abhängig von der Gebäudehöhe: ca. 30 bis 120 kg/m²

Mit welchen Kosten ist für die Statik-Prüfung zu rechnen?

Für die Überprüfung der Statik vor Installation einer PV-Anlage sollten Bauherren Kosten zwischen 300 und bis zu 1.000 Euro einplanen. Allerdings werden seriöse Anbieter die Statik-Überprüfung bereits von vornherein in den Angebotspreis mit einrechnen, so dass keine Zusatzkosten entstehen sollten.

Wie wird die Statik berechnet?

Eine Statikprüfung kostet je nach Gegebenheiten zwischen 300 und 1000 Euro.

Für die Statik-Berechnungen hinsichtlich der Installation einer Photovoltaikanlage kommen die DIN 1055 und die DIN EN 1991 (Eurocode 1) infrage. Dabei unterteilen die Normen in verschiedene Lasten:

  • Ständige Lasten bzw. Eigengewicht
  • Schneelasten
  • Windlasten
Was sind ständige Lasten?

Zu den ständigen Lasten der PV-Anlage gehört deren Eigengewicht. In den Formelberechnungen zur Statik werden diese mit dem Buchstaben „g“ angegeben. Sie werden durch das Gewicht der Module beeinflusst und sind im Herstellerdatenblatt angegeben.

Was sind Schneelasten?

Die Schneelasten entstehen durch Schnee in den Wintermonaten. Sie werden in den Statik-Formeln mit dem Buchstaben „s“ angegeben. Für die Berechnung der Schneelasten sind folgende Faktoren von Bedeutung:

  1. Modulneigung
  2. Höhe des Projektstandorts
  3. Schneelastzonenkarte

Deutschland wird nach DIN EN 1991-1-1-3/NA (04/07) in drei Schneelastzonen untergliedert. Deren Berechnung ergibt sich aus folgenden Formeln:

Zone 1: sk = 0,19 + 0,91 * ((A+140)/760)²
Zone 2: sk = 0,25 + 1,91 * ((A+140)/760)²
Zone 3: sk = 0,31 + 2,91 * ((A+140)/760)²

Der Buchstabe A in diesen Formeln steht für die Höhe des Projektstandorts über Normalnull. Die Regelungen aus diesen Standardformeln gelten allerdings nur bis zur Höhe von 1.500 Metern. Bei höheren Lagen müssen die Schneelasten direkt bei den Behörden erfragt werden.

Weiterhin sind die Bemessungsschneelasten erst unter Berücksichtigung der Dach- bzw. Modulneigung zu berechnen. Hierfür wird der Formbeiwert µ1 herangezogen. Dieser Wert liegt bei

  • µ = 0,8 – Neigung (α) ≤ 30°
  • µ = 0,8 * (60 – α)/30 – Neigung 30° < α ≤ 60°
  • µ = 0 – Neigung > 60 °

Dabei berechnet sich die Schneelast s nach der Formel:

S = sk x µ1

Voraussetzung für diese Berechnung ist jedoch, dass kein höheres Dach vorhanden ist, von dem Schnee abrutschen kann. In einem solchen Fall sind noch konkretere Berechnungen notwendig.

Wie werden die Windlasten berechnet?

Bleiben noch die Windlasten, die bei der Statikberechnung für die Photovoltaikanlage berücksichtigt werden müssen. Hierbei muss zusätzlich zwischen dem Winddruck und dem Windsog unterschieden werden. Auch hier gibt es in Deutschland insgesamt vier Windzonen. Der Böengeschwindigkeitsdruck oder auch Staudruck wird im vereinfachten Verfahren wie folgt beziffert:

Windzone Geschwindigkeitsdruck Q
Gebäudehöhe ≤ 10m Gebäudehöhe 10m bis ≤ 18m Gebäudehöhe 18m bis ≤ 25m
1 – Binnenland 0,50 0,65 0,75
2 – Binnenland
0,65 0,80 0,90
2 - Inseln der Ostsee/Küste 0,85 1,00 1,10
3 – Binnenland
0,80 0,95 1,10
3 - Inseln der Ostsee/Küste 1,05 1,20 1,30
4 – Binnenland
0,95 1,15 1,30
4 - Inseln der Ostsee/Küste 1,25 1,40 1,55
4 - Inseln der Nordsee 1,40
Eine Windböe zerstörte einen Großteil der Photovoltaikanlage auf der Südtribüne der Grotenburg (Stadion Krefeld).
Foto: Dirk Jochmann (WZ)

Die genannten Geschwindigkeitsdrücke (Q) werden nach dem vereinfachten Verfahren nach DIN 1055-4 (03/05) bei Gebäudehöhen von bis zu 25 Metern zur Berechnung der Windlasten eingesetzt. Bei höheren Gebäuden ist die Anwendung genauerer Berechnungen notwendig.

Für die Berechnung werden neben dem Geschwindigkeitsdruck noch die aerodynamischen Beiwerte benötigt, da auch die aerodynamischen Eigenschaften des jeweiligen Baukörpers zu berücksichtigen sind. Daher ergeben sich unterschiedliche Druckbeiwerte je nach Dachart und für die einzelnen Dachzonen (Randbereiche, Eckbereiche, Innenbereich).