So werden solare Dachziegel eine Alternative zu PV-Modulen
Solare Dachziegel haben bisher noch ein Nischendasein geführt. Doch spätestens seit der Ankündigung von Tesla, solare Dachziegel auf den Markt zu bringen, rückt diese Lösung wieder stärker in den Blick der Planer, Architekten und Installateure. Der Markt wächst.
Die Branche kennt viele Gründe dafür, dass es die Kombination aus einem normalen Dachziegel mit darauf aufgebrachten Solarzellen bisher schwer am Markt hatte. Neben dem höheren Preis im Vergleich zum herkömmlichen Photovoltaikmodul wird immer wieder der Installationsaufwand als Argument gegen eine solche kleinteilige Photovoltaikanlage ins Feld geführt.
Doch wie das in der gesamten bauwerkintegrierten Photovoltaik ist: Der direkte Preisvergleich zwischen konventionellen Produkten und den Spezialprodukten der Branche hinkt. Denn zum einen sind die solaren Dachziegel zwar durchaus teurer, wenn man den Preis auf das Watt Leistung bezieht. Doch dafür ist keine weitere Dacheindeckung notwendig.
Bei Neubau und Sanierung eine Alternative
Das ist ein Vorteil, den alle dachintegrierten Solaranlagen gegenüber der einfachen Aufdachanlage ausspielen können. Gegenüber dem Verzicht auf eine Solaranlage zieht das Argument, dass die Dachhaut dann Strom produziert. Das spielt den höheren Preis gegenüber einer konventionellen, energetisch passiven Dacheindeckung wieder ein. Damit wird der solare Dachziegel vor allem im Neubau und bei der Dachsanierung zu einer durchaus preiswerten Option.
Der solare Dachziegel bringt aber gleich noch einen zweiten Vorteil mit. Zwar fügen sich dachintegrierte Photovoltaikmodule mit Systemen wie Solrif oder Easy-In sehr gut in die Dachoptik ein, vor allem wenn das gesamte Dach damit eingedeckt wird. Doch eine wirkliche Ziegeloptik bleiben sie trotzdem schuldig. In der Regel ist das kein Problem, wenn diese nicht unbedingt notwendig ist. Doch gerade in den Denkmalschutzbehörden rümpft man immer wieder die Nase, wenn solche Lösungen für historische Gebäude in Innenstädten vorgeschlagen werden.
Ziegeloptik bleibt erhalten
Hier kann der Rückgriff auf den solaren Dachziegel die Lösung sein, überhaupt eine Photovoltaikanlage installieren zu können. Schließlich verstecken sie die Solartechnolologie sehr gut, sodass nur der Fachmann bei genauem Hinschauen erkennen kann, dass das alte, historische Gebäude ein modernes Solardach trägt. Aber auch für andere Gebäude ist das eine Variante, das Dach photovoltaisch zu aktivieren, wenn auf die Ziegeloptik Wert gelegt wird.
Doch Installateure waren in der Vergangenheit immer sehr vorsichtig, so etwas den Kunden anzubieten. Denn damit war ein Planungs- und Installationsaufwand verbunden, den sie nicht überblicken konnten. Doch genau daran haben die Hersteller gearbeitet. So hat Nelskamp bei der Entwicklung seines Solardachziegels G10 PV auf einfachste Installation geachtet. Die Solarabteilung von Nelskamp übernimmt komplett die Auslegung einer solchen Anlage. In die Planungssoftware gibt ein Mitarbeiter die genauen Daten des Daches ein. Dazu gehören nicht nur die Dachgröße, sondern auch die Dachneigung, eventuelle Stör- und Verschattungsobjekte wie Schornsteine und Gauben. Denn diese spielen für die Belegung des Daches mit dem Solarziegel eine entscheidende Rolle.
Ein Modul ersetzt acht Ziegel
So werden nur Teile des Daches mit den G10 PV belegt, die komplett unverschattet sind. Alle anderen Dachteile werden mit konventionellen Dachziegeln eingedeckt. Hier spielt der solare Dachziegel einen weiteren Vorteil aus. Denn aufgrund der geringeren Größe im Vergleich zum Standardmodul kann mit ihm die unverschattete Dachfläche besser ausgenutzt werden.
Auch die Kombination mit dem konventionellen Dachziegel ist sehr einfach. Denn der solare Dachziegel von Nelskamp ist genau auf die Größe des flachen Glattziegels G10 aus dem eigenen Hause angepasst. So deckt die solar aktive Variante mit 1.984 Millimetern genau acht konventionelle G10 von Nelskamp ab. Beide haben die gleiche Decklänge von 394 Millimetern.
Dadurch ist die Kombination der beiden Ziegel extrem einfach, da der G10 PV exakt acht herkömmliche G10 ersetzt. Auch die Anbindung des solaren Dachziegels an die konventionelle Variante ist gut gelöst. Denn beide haben die gleiche Verfalzung, sodass die Übergänge zwischen Solaranlage und normaler Dacheindeckung nahtlos und vor allem sicher funktionieren.
Der Handwerker bekommt aus der Solarabteilung von Nelskamp einen kompletten Belegungsplan, wie viele solare Dachziegel an welche Stelle des Daches kommen und wo normale Dachziegel eingesetzt werden. Außerdem bekommt er einen vollständigen Stringplan. So sieht er gleich, welche Module er miteinander in welcher Reihenfolge verschalten muss. Das ist nicht nur für die Installation wichtig, sondern vor allem für die Vorbereitung der Anbindung an die Wechselrichter.
Kabelführung vorher planen
Schließlich sind diese im Gebäude montiert. So muss der Handwerker in der Regel das Dach beziehungsweise die Unterspann- oder Unterdeckbahn an einer Stelle durchdringen, damit er das Anschlusskabel zum Wechselrichter verlegen kann. Dieses sollte er auf Empfehlung von Nelskamp kurz unter- oder oberhalb des Modulfeldes anbringen – je nachdem, wo der String beginnt. Zusätzlich sollte er das Rückführungskabel vom letzten Modul zum Wechselrichter auch schon verlegen, bevor er mit der Eindeckung beginnt.
Denn dann verschwindet dieses Kabel unter den Modulen und kann durch die gleiche Dachdurchdringung geführt werden wie das Anschlusskabel des ersten Moduls im String. Andernfalls muss der Installateur das Dach noch an einer zweiten Stelle öffnen.
Wie normale Dachziegel verlegen
Da der Handwerker einen kompletten Belegungsplan bekommt, kann er in Kombination mit dem Stringplan ziemlich genau ausmessen, wo er das Dach durchdringt und wo er das Kabel vom letzten Modul im String bis zu dieser Dachdurchdringung verlegen muss.
Sind mehrere Strings auf dem Dach, muss er mehrere Dachdurchdringungen anlegen. Liegen die Strings direkt nebeneinander, kann er für sie auch die gleiche Dachdurchdringung nutzen. Dann muss er aber alle Anschlusskabel an den Wechselrichter komplett verlegen, bevor er mit der Installation überhaupt beginnt.
Doch das passiert relativ selten. Schließlich können aufgrund der Systemspannung von 1.000 Volt, die die solaren Dachziegel vertragen, bis zu 62 von ihnen in Reihe geschaltet werden. Mehrere Strings auf einem Dach werden entweder notwendig, wenn die Systemspannung möglichst niedrig gehalten werden soll oder wenn das Modulfeld durch größere Objekte auf dem Dach unterbrochen ist, wie große Gauben oder auf Zwerchdächern. Das sind meist Sattel- oder Walmdächer, auf denen quer ein zweites Sattel- oder Walmdach steht, das wiederum einen Vorbau oder Erker überdeckt.
Geeignet für jede Dacheindeckung
Ist die Verkabelung für den Anschluss an den Wechselrichter verlegt, kann der Handwerker mit der eigentlichen Installation beginnen. Hier geht der Installateur vor, wie es im Dachdeckerhandwerk üblich ist – er beginnt mit dem ersten Ziegel unten auf der rechten Seite des Daches. Kommt er zum ersten solaren Dachziegel, steckt er dessen Anschlusskabel in die Kabelführung zum Wechselrichter.
Danach legt er das Modul wie einen herkömmlichen Dachziegel auf die Dachlattung auf. Jetzt muss er es nur noch mit fünf Schrauben an dieser Dachlatte befestigen und schon kann er das nächste Modul installieren. Die Module werden jeweils vor der Befestigung an der Dachlattung miteinander verkabelt.
So geht er vor, bis er das letzte Modul im String erreicht hat. Das muss er zusätzlich an die vorher verlegte Rückführung zum Wechselrichter anschließen und kann es dann genauso wie die vorherigen Module befestigen. Dadurch entsteht eine harmonische Optik auf dem Dach. Zudem geht es relativ schnell, weil der Handwerker nicht einzelne kleine solare Dachziegel miteinander verkabeln muss, sondern gleich den Platz von acht Dachziegeln mit einem Modul überdeckt.
Die kleinen Einzelziegel mit Solarzelle haben allerdings einen entscheidenden Vorteil. Mit ihnen kann die verschattungsfreie Dachfläche noch besser ausgenutzt werden. Zudem können marktübliche Dachziegel verwendet werden. „Wir verwenden überwiegend Ziegel unserer Kooperationspartner und statten diese mit Steckern, Kabeln und Laminaten aus“, erklärt Martin Flossmann, Unternehmenssprecher von Autarq.
Ziegel parallel verschaltet
Der Hersteller von solaren Dachziegeln mit Sitz in Prenzlau hat ein Verfahren entwickelt, mit dem er in kleinen Serien jeden Ziegeltyp fertigen kann. Im vergangenen Jahr hat das Unternehmen seine Produktionskapazität aufgrund der starken Nachfrage verdreifacht und kann inzwischen 500.000 Solardachziegel pro Jahr herstellen. Die Größe des monokristallinen Photovoltaiklaminats wird dabei an die Maße der jeweiligen Dachziegel angepasst.
Die Solarelemente werden ganz normal wie konventionelle Dachziegel verlegt. Jeweils zwei von ihnen werden dabei in Reihe verschaltet und dann parallel an einen von Autarq entwickelten, speziellen Kabelbaum angeschlossen. Dieser wird jeweils über eine Reihe der zuvor installierten Dachziegel verlegt. „Je nach Dachfläche werden zwischen 20 und 32 Solarziegel mit einem Kabelstrang verbunden, beschreibt Flossmann das Prinzip. „Am Ende werden die Stränge durch das Unterdach ins Haus eingeführt.“ Dort werden sie an den Wechselrichter angeschlossen.
Auf kleine Spannung geachtet
Auf diese Weise bleibt Autarq im Kleinspannungsbereich. Denn die Spannung jedes Ziegelpaars liegt bei maximal 80 Volt. Die werden durch die parallele Verschaltung für den gesamten String nicht überschritten. Die Parallelschaltung der einzelnen Ziegelpaare ist für den Handwerker und den Planer praktikabler als eine Reihenschaltung. Denn dadurch ist die Auslegung einfacher und eventuelle Änderungen können einfach auf der Baustelle berücksichtigt werden. Der Planer muss nicht mehr vorher jeden String genau auslegen.
Modulblechung verbessert
Der Hersteller von Indachsystemen Ernst Schweizer hat für sein Solrif eine neue Verblechungslösung entwickelt. War es früher notwendig, für jede Modulgröße mit individuellen Blechen die Anbindung an die Dachumgebung herzustellen, ist die jetzige Lösung für ganze Modulgruppen einsetzbar. „Denn nicht alle Module, auch wenn sie die gleiche Anzahl von Zellen haben, sind genau gleich groß“, erklärt Helge Hartwig, Vertriebsleiter von Ernst Schweizer. „Jetzt decken wir mit einer Verblechungslösung jeweils die gesamte Gruppe von Modulen mit der gleichen Zellenanzahl ab, die aber vom Maß her nicht genau gleich sind.“
Das heißt, es gibt in Zukunft eine Verblechung jeweils für Module mit 60, 54 und 48 Zellen. Denn bei den Modulherstellern geht der Trend bei Indachlösungen hin zur Ergänzung mit kleineren Modulen. So hat Aleo Solar sein Sortiment an Solrif-Modulen um ein Paneel mit 48 Zellen erweitert. Auch Sonnenstromfabrik und Axsun haben Solrif-Module mit 60, 54 und 48 Zellen im Portfolio.
Solarstrom auf 400 Volt bringen
Autarq mit Sitz in Prenzlau hat einen Photovoltaikwandler entwickelt, um das Spannungsniveau der Strings von 80 Volt auf 400 beziehungsweise 450 Volt zu transformieren. Damit können in Zukunft die Anlagen, die aus vielen kleinen solaren Dachziegeln bestehen, an marktübliche Wechselrichter angeschlossen werden. Die DC/DC-Schnittstelle, die aus einem Hochfrequenztrafo besteht, wird dabei mit einem normalen Gleichstromkabel an den Wechselrichter oder auch an einen Speicher angeschlossen.
Bei Spannungsabfall schaltet sich der Wandler auf der Gleichstromseite automatisch vollständig ab. Das Konzept der parallelen Verschaltung der einzelnen Dachziegelpaare hat der Verband der Elektrotechnik Elektronik und Informationstechnik (VDE) positiv beurteilt. Denn aus dem Generator kommen nur geringe Spannungen, die erst später hochtransformiert werden. Die Prüfkommission des Verbandes lobt vor allem die Sicherheitsaspekte dieses Konzepts. Die Schnittstelle wird drei oder sechs Kilowatt Anschlussleistung haben und von Autarq gefertigt.
