Die Unterkonstruktion einer Photovoltaikanlage ist das Tragwerk aus Dachhaken, Schienen und Klemmen, das die Module dauerhaft mit der Dachkonstruktion verbindet. Sie ist der unsichtbarste Teil der Anlage - und der einzige, den man nach 20 Jahren nicht einfach tauschen kann, ohne die Module abzubauen. Genau deshalb entscheidet sie über die Betriebssicherheit stärker als jedes Datenblatt zum Modulwirkungsgrad.
Die Module selbst wiegen wenig. Kritisch sind Wind und Schnee. Ein Modulfeld auf einem Steildach nimmt bei Sturm erhebliche Sogkräfte auf, und die landen über die Dachhaken direkt in den Sparren. Wer hier nach Gefühl montiert, riskiert nicht nur die Anlage, sondern das Dach.
Was die Unterkonstruktion tragen muss
Maßgeblich sind zwei Lastfälle. Die Windlast wird nach DIN EN 1991-1-4 mit dem Nationalen Anhang ermittelt; Deutschland ist in vier Windzonen eingeteilt, an der Küste deutlich höher belastet als im Binnenland. Die Schneelast folgt DIN EN 1991-1-3 mit Schneelastzonen und einem Zuschlag über die Geländehöhe - ein Dach auf 800 m im Alpenvorland trägt ein Vielfaches der Last eines Daches im Rheintal.
Beide Werte gehen in die Auslegung des Montagesystems ein. Seriöse Hersteller liefern dafür eine Auslegungssoftware, die aus Standort, Gebäudehöhe, Dachneigung und Modulmaß den zulässigen Abstand der Dachhaken und die Schienenspannweite berechnet. Das Ergebnis ist ein projektbezogener Nachweis - keine Empfehlung.
Wichtig ist die Abgrenzung: Dieser Nachweis gilt für die Unterkonstruktion. Ob der Dachstuhl die zusätzliche Last aufnimmt, ist eine separate Frage. Bei Bestandsdächern, alten Sparrenquerschnitten oder bereits sanierten Dachstühlen gehört das geprüft, bevor der erste Ziegel angehoben wird.
Randbereiche werden regelmäßig unterschätzt
Die Sogbelastung ist auf einer Dachfläche nicht gleichmäßig verteilt. An Traufe, First, Ortgang und besonders an den Dachecken treten deutlich höhere Werte auf als in der Mittelfläche. Deshalb werden dort die Befestigungspunkte enger gesetzt oder der Belegungsbereich zurückgenommen.
In der Praxis hat sich ein Abstand von mindestens 30 bis 50 cm zum Dachrand eingebürgert. Das ist keine Norm, aber sinnvoll: Es reduziert die Sogspitzen, lässt Platz für Schneefangsysteme und hält die Fläche für die Feuerwehr zugänglich. Wer bis an den Ortgang belegt, gewinnt ein paar hundert Watt und handelt sich das größte Schadensrisiko der Anlage ein.
Dachhaken, Stockschrauben oder Ballast
Welches Befestigungsprinzip passt, hängt am Dachaufbau.
- Ziegel- und Betondachstein: höhenverstellbare Dachhaken, verschraubt auf dem Sparren. Der Haken darf den Ziegel nicht auf Druck belasten - dafür wird der darunterliegende Ziegel angepasst oder ein Austauschziegel gesetzt.
- Trapez- und Sandwichblech: Verschraubung auf der Hochsicke mit Dichtelement, alternativ Kurzschienen oder Klemmen bei Stehfalzdächern. Falzklemmen kommen ganz ohne Durchdringung aus.
- Flachdach: aufgeständerte Systeme in 10 bis 15 Grad, meist ballastiert statt durchdrungen. Hier bestimmt die zulässige Dachlast, wie viel Ballast überhaupt möglich ist.
Die Verschraubung in den Sparren erfolgt mit dafür freigegebenen Schrauben - etwa Tellerkopfschrauben 8,0 x 100 mm - in der vom Hersteller vorgegebenen Anzahl und Einschraubtiefe. Zwei Schrauben pro Haken sind bei den meisten Systemen das Minimum, in Randbereichen oft mehr. Vorbohren nach Vorgabe verhindert, dass der Sparren aufreißt.
Schienen, Verbinder und Wärmedehnung
Auf den Haken liegen die Trageschienen. Übliche Profile aus Aluminium wie eine Montageschiene mit 3,3 m Länge werden über Profilverbinder zu längeren Zügen gekoppelt. Weiteres Verbindungs- und Befestigungsmaterial gehört zum jeweiligen System und sollte nicht gemischt werden.
Aluminium dehnt sich mit rund 0,024 mm je Meter und Kelvin. Bei 60 Kelvin Temperaturhub zwischen Winternacht und Sommermittag sind das etwa 1,4 mm je Meter. Ein durchgehender Schienenzug von 15 m arbeitet also um gut 2 cm. Deshalb werden lange Züge geteilt und Dehnfugen vorgesehen - sonst schieben sich Haken aus der Position oder Ziegel brechen.
Bei den Klemmen zählt der Klemmbereich des Modulherstellers. In den Modulunterlagen sind die zulässigen Klemmpositionen und Klemmkräfte freigegeben. Wird außerhalb geklemmt, erlischt in der Regel die Modulgarantie - und der Rahmen verformt sich unter Schneelast messbar.
Ein häufig übersehener Punkt ist die Materialpaarung. Aluminiumprofile werden mit Edelstahlschrauben kombiniert. Direkter Kontakt zwischen Aluminium und unedlen oder stark abweichenden Metallen führt bei Feuchtigkeit zu Kontaktkorrosion, die man erst nach Jahren sieht.
Kabel, Erdung und Blitzschutz
Die Modulverkabelung wird nicht lose über die Ziegel geführt, sondern an der Schiene oder am Modulrahmen fixiert - etwa mit Drahtklemmen für 8 bis 10 mm. Kabel, die auf der Dachhaut schleifen, sind nach wenigen Jahren durchgescheuert. Verwendet wird UV- und witterungsbeständige Solarleitung, keine gewöhnliche Installationsleitung.
Beim Thema Erdung wird viel Halbwissen verbreitet. Module und Wechselrichter der Schutzklasse II verlangen keine funktionale Erdung des Modulrahmens. Existiert am Gebäude ein äußerer Blitzschutz, ist dagegen der Trennungsabstand nach DIN EN 62305-3 einzuhalten. Lässt er sich nicht einhalten, wird die Unterkonstruktion in den Blitzschutz eingebunden - das ist eine Planungsentscheidung, keine Montagefrage.
Auf der Gleichstromseite gehören Überspannungsableiter zum Standard, ebenso auf der Wechselstromseite vor dem Wechselrichter. Welche Ableitertypen erforderlich sind, hängt davon ab, ob ein äußerer Blitzschutz vorhanden ist.
Was vor der Bestellung feststehen sollte
Bevor Material bestellt wird, brauchst Du fünf Angaben: Dachdeckung und Sparrenabstand, Dachneigung und Ausrichtung, Standort für Wind- und Schneelastzone, Modulmaß und Modulgewicht sowie die geplante Modulanzahl mit Belegungsplan. Ohne diese fünf Punkte ist jede Stückliste geraten.
Erst danach folgen die elektrischen Fragen - Stringauslegung, Wechselrichtergröße und ob ein Batteriespeicher dazukommt. Wie groß die Anlage überhaupt sein sollte, klärt die kWp-Berechnung; die passende Speichergröße steht im Beitrag zum Dimensionieren des Batteriespeichers.
Häufige Fragen
Wie viele Dachhaken brauche ich pro Modul?
Das ergibt sich aus der Auslegung, nicht aus einer Faustzahl. Üblich sind zwei bis vier Haken je Modul, in Randbereichen und schneereichen Lagen mehr. Maßgeblich ist der berechnete Hakenabstand des Systemherstellers.
Muss der Dachstuhl statisch geprüft werden?
Bei Neubauten ist die Last meist bereits berücksichtigt. Bei Bestandsdächern, geringen Sparrenquerschnitten oder bereits vorhandenen Aufbauten sollte ein Tragwerksplaner prüfen - besonders in Schneelastzone 2a und höher.
Darf ich verschiedene Montagesysteme mischen?
Nein. Die Nachweise und Zulassungen gelten immer für das komplette System aus Haken, Schiene, Verbinder und Klemme eines Herstellers. Gemischte Komponenten heben den statischen Nachweis auf.
Wie nah darf die Anlage an den Dachrand?
Praxisüblich sind mindestens 30 bis 50 cm. Der genaue Wert folgt aus der Windlastberechnung; an Ecken und Ortgang sind die Sogkräfte am höchsten.
Was gilt bei einem Carport statt Hausdach?
Dort ist die Unterkonstruktion Teil des Tragwerks und muss von Anfang an dafür ausgelegt sein. Genehmigung, Kosten und Aufbau behandelt der Beitrag zum Solar-Carport.
Plane die Unterkonstruktion also zuerst und die Module danach. Ein Dachhaken kostet wenige Euro, ein undichtes Dach nach dem ersten Herbststurm ein Vielfaches der gesamten Anlage.