Das Wichtigste in Kürze
Die Unterkonstruktion einer PV-Anlage ist das Traggerüst zwischen Solarmodul und Dach. Auf einem Ziegeldach besteht sie aus Dachhaken, Schienen und Klemmen. Sie muss das Gewicht der Module sowie Wind und Schnee sicher und dauerhaft in das Gebäude ableiten.
- Ein Solarmodul wiegt etwa 11,6 kg je Quadratmeter (Fraunhofer ISE). Die Module einer Anlage mit 10 Kilowatt-Peak bringen damit rund 500 kg auf das Dach (eigene Rechnung).
- Der Nachweis der Standsicherheit umfasst Module, Unterkonstruktion, alle Klemmen und Befestigungen und die Weiterleitung der Lasten in das Gebäude (Landesstelle für Bautechnik Baden-Württemberg).
- Für jede Gemeinde ist festgelegt, in welcher Windzone und Schneelastzone sie liegt (Tabellen des Deutschen Instituts für Bautechnik).
- Glasmodule bis 2,0 Quadratmeter Fläche brauchen im Dachbereich keinen eigenen Verwendbarkeitsnachweis (Deutsches Institut für Bautechnik).
- Bei der Montage ist ab 2 Metern Absturzhöhe eine Absturzsicherung nötig, bei mehr als 20 Grad Dachneigung ein Dachfanggerüst (DGUV Information 203-080, gilt für Betriebe).
Was ist die Unterkonstruktion einer PV-Anlage?
Die Unterkonstruktion einer PV-Anlage ist das Gerüst, das die Solarmodule trägt und mit dem Dach verbindet. Sie sitzt unsichtbar unter den Modulen und hält sie über Jahrzehnte an ihrem Platz, bei Sturm ebenso wie unter einer Schneedecke.
Ihre Aufgabe beschreibt das Deutsche Institut für Bautechnik in einem Satz: Die Unterkonstruktion muss die Lasten sicher und dauerhaft aufnehmen und in das Gebäude oder den Baugrund weiterleiten. Gemeint sind das Gewicht der Solarmodule, der Druck von Schnee und Eis und die Kräfte des Winds.
Fachleute sagen statt Unterkonstruktion auch Montagesystem. Welche Systeme es für Dach, Fassade und Freifläche gibt, zeigt der Überblick zum Photovoltaik-Montagesystem. Dieser Beitrag geht ins Detail: Bauteile, Schienenlagen, Berechnung und Nachweise.
Aus welchen Teilen besteht die Unterkonstruktion?
Die Unterkonstruktion auf einem Schrägdach besteht aus drei Gruppen von Teilen: der Befestigung am Dach, den Schienen und den Klemmen für die Module. Dazu kommen Schrauben und Verbinder, die alles zusammenhalten.
| Bauteil | Aufgabe | Darauf kommt es an |
|---|---|---|
| Dachhaken | verbindet die Schiene mit dem Sparren | sitzt fest auf dem Holz und drückt nicht auf den Ziegel |
| Schiene | trägt die Module und verteilt die Last | Profil und Länge passen zur berechneten Last |
| Schienenverbinder | verlängert Schienen | lässt dem Metall Raum, sich bei Wärme zu dehnen |
| Mittelklemme | hält zwei benachbarte Module | passt zur Rahmenhöhe des Moduls |
| Endklemme | hält das letzte Modul einer Reihe | sitzt im Klemmbereich, den der Modulhersteller vorgibt |
| Schrauben | verbinden alle Teile | werden mit dem vorgegebenen Drehmoment angezogen |
Der Dachhaken ist das wichtigste Teil. Er wird am Sparren verschraubt, einem der schrägen Balken des Dachstuhls, und greift zwischen den Ziegeln nach außen. Die Ziegel selbst tragen nichts. Wie die Haken richtig gesetzt werden, zeigt der Beitrag Dachhaken montieren.
Schienen und Gestelle bestehen meist aus Aluminium, weil es leicht ist und nicht rostet. Haken und Schrauben sind aus nichtrostendem Stahl gefertigt, umgangssprachlich Edelstahl. Für Stahl und Aluminium nennt das Deutsche Institut für Bautechnik eigene Bemessungsnormen, für nichtrostenden Stahl eine bauaufsichtliche Zulassung.
Haken, Schienen und Klemmen sollten vom selben Hersteller stammen. Die Nachweise zur Tragfähigkeit gelten für das System als Ganzes. Wer Teile verschiedener Hersteller mischt, hat für die Verbindung keinen Nachweis mehr.
Einlagig oder zweilagig: Was ist der Unterschied?
Bei der einlagigen Unterkonstruktion liegt eine Ebene von Schienen direkt auf den Dachhaken. Bei der zweilagigen kommt eine zweite Ebene quer darüber. Fachleute nennen die zweilagige Bauweise Kreuzverbund oder Kreuzschienensystem.
Einlagig ist der Normalfall auf dem Wohnhaus. Es braucht weniger Material, ist leichter und schneller montiert. Die Schienen müssen aber dort liegen, wo Haken und Sparren es zulassen.
Zweilagig lohnt sich, wenn Sparren und Module nicht zueinander passen, etwa bei unregelmäßigen Sparrenabständen, bei Modulen im Querformat oder wenn die Fläche um Dachfenster herum genau ausgenutzt werden soll. Die zweite Lage gleicht auch unebene Dächer besser aus und lässt mehr Luft hinter den Modulen. Der Preis dafür: mehr Material, mehr Gewicht und mehr Arbeitszeit.
| Merkmal | Einlagig | Zweilagig (Kreuzverbund) |
|---|---|---|
| Material und Gewicht | gering | höher |
| Montagezeit | kürzer | länger |
| Lage der Module | an Sparren und Haken gebunden | frei wählbar |
| Ausgleich unebener Dächer | begrenzt | gut |
| Luft hinter den Modulen | ausreichend | mehr |
| Typischer Einsatz | einfaches Ziegeldach | schwierige Dächer, Querformat |
Wie viele Schienen braucht ein PV-Modul?
Ein PV-Modul liegt in der Regel auf zwei Schienen. Die beiden Schienen laufen quer unter der Modulreihe durch, sodass jedes Modul an vier Punkten geklemmt wird. Eine Schiene trägt dabei alle Module einer Reihe.
Wo genau die Schienen liegen dürfen, bestimmt der Hersteller des Moduls. In seiner Montageanleitung sind Klemmbereiche am Rahmen eingezeichnet. Nur dort ist der Rahmen so ausgelegt, dass er Schnee und Wind aushält. Liegen die Klemmen außerhalb, kann die Garantie des Moduls verloren gehen.
Bei hohen Schneelasten oder sehr großen Modulen kann eine dritte Schiene in der Mitte nötig werden. Ob das der Fall ist, ergibt sich aus der Berechnung für Ihren Standort und aus den Angaben des Modulherstellers.
Welche Unterkonstruktion passt zu welchem Dach?
Welche Unterkonstruktion passt, entscheidet die Eindeckung des Dachs. Für jede Art von Dach gibt es eine eigene Befestigung. Das Prinzip bleibt gleich: Die Last muss in die tragenden Teile gehen, und das Dach muss dicht bleiben.
| Dach | Übliche Befestigung | Zu beachten |
|---|---|---|
| Ziegel, Betondachstein | Dachhaken am Sparren | Ziegel am Haken ausnehmen, damit er nicht aufliegt |
| Biberschwanz, Schiefer | spezielle Haken mit Blechunterlage | mehr Aufwand, weil die Eindeckung kleinteilig ist |
| Trapezblech | kurze Schienen oder Klemmen auf dem Blech | Blechdicke und Freigabe des Herstellers prüfen |
| Stehfalzblech | Klemmen am Falz, ohne Bohren | Falz muss die Kräfte aufnehmen können |
| Wellplatten | lange Schrauben bis in die Pfette | Platten sind nicht trittsicher, kein Asbest |
| Flachdach | Gestell mit Ballast | Dach muss das Zusatzgewicht tragen |
Auf dem Ziegeldach ist die Aufdachanlage mit Dachhaken der Standard. Jeder Haken durchdringt die Dachhaut. Wie das Dach an diesen Stellen dicht bleibt, erklärt der Beitrag zur Dachdurchdringung.
Auf dem Flachdach stehen die Module auf Gestellen, die mit Gewichten beschwert werden. Das schont die Abdichtung, bringt aber zusätzliches Gewicht. Mehr dazu in den Beiträgen zum Ballast-System und zur Aufständerung. Für Dächer mit Kunststoffbahnen gibt es eigene Lösungen, siehe Foliendach.
Auf Dächern, die mit Asbestzement gedeckt sind, dürfen keine PV-Anlagen errichtet werden. So steht es in der DGUV Information 203-080. An asbesthaltigen Platten sind nur Abbrucharbeiten zulässig. Solche Dächer müssen erst saniert werden. Auch asbestfreie Wellplatten aus Faserzement gelten als nicht tragfähig und dürfen nicht direkt betreten werden.
Wie berechnet man die Unterkonstruktion?
Die Unterkonstruktion wird für das einzelne Dach und seinen Standort berechnet. Aus den Lasten ergibt sich, wie viele Dachhaken nötig sind, wie weit sie auseinander sitzen dürfen und welches Schienenprofil trägt. Eine Faustformel für alle Dächer gibt es nicht.
In die Rechnung gehen nach dem Merkblatt der Landesstelle für Bautechnik Baden-Württemberg vier Lasten ein: das Eigengewicht, der Wind, der Schnee und das Eis. Das Eigengewicht ist der kleinste Teil. Ein Solarmodul wiegt nach Angaben des Fraunhofer ISE etwa 11,6 kg je Quadratmeter. Für eine Anlage mit 10 Kilowatt-Peak sind das rund 500 kg Module auf etwa 43 Quadratmetern (eigene Rechnung mit 230 Watt je Quadratmeter), dazu kommt das Gestell.
- Standort bestimmen: Windzone, Schneelastzone und Höhe über dem Meer.
- Gebäude erfassen: Höhe, Dachneigung, Eindeckung, Abstand und Zustand der Sparren.
- Modulfeld planen: Größe der Module, Hoch- oder Querformat, Abstand zu den Dachrändern.
- Rechnen lassen: Die Software des Systemherstellers gibt Hakenabstand, Schienenprofil und Stückliste aus.
Wind und Schnee sind in Deutschland ungleich verteilt. Das Deutsche Institut für Bautechnik veröffentlicht Tabellen, die jede Gemeinde einer Windzone und einer Schneelastzone zuordnen. An der Küste zählt vor allem der Wind, in den Bergen der Schnee. Wie Schnee in die Rechnung eingeht, erklärt der Beitrag zur Schneelast.
Der Wind drückt nicht nur, er zieht auch. An den Rändern und Ecken eines Dachs ist dieser Sog am stärksten. Dort sitzen die Haken deshalb dichter, oder die Module halten Abstand zur Kante. Bei ungewöhnlichen Formen kann nach dem Merkblatt ein eigenes Windlastgutachten nötig sein.
Der zweite Teil der Rechnung betrifft das Haus selbst. Das Dach muss die zusätzliche Last tragen können. Bei alten Dachstühlen und bei Flachdächern mit Ballast gehört das in die Hand eines Statikers. Was ein Dach je Quadratmeter aushält, beschreibt der Beitrag zur Flächenlast.
Welche Nachweise braucht die Unterkonstruktion?
Die Unterkonstruktion braucht einen Nachweis der Standsicherheit und Bauteile, die baurechtlich zugelassen sind. Das gilt auch dann, wenn die Solaranlage ohne Baugenehmigung errichtet werden darf. Das Deutsche Institut für Bautechnik stellt klar, dass die Anforderungen des Baurechts auch für verfahrensfreie Anlagen gelten.
Der Nachweis der Standsicherheit umfasst nach dem Merkblatt der Landesstelle für Bautechnik Baden-Württemberg mindestens vier Dinge: die Module, die Unterkonstruktion, alle tragenden Klemmen und Befestigungen und den Weg der Lasten in das Gebäude. In der Praxis liefert ihn die Auslegung mit der Software des Herstellers, bei schwierigen Dächern ergänzt durch einen Tragwerksplaner.
Für die Bauteile gelten drei Wege. Befestigungen müssen den Technischen Baubestimmungen entsprechen, eine allgemeine bauaufsichtliche Zulassung haben oder auf Grundlage einer Europäischen Technischen Bewertung das CE-Zeichen tragen. Teile aus Kunststoff und geklebte Verbindungen brauchen immer eine eigene Zulassung. Das betrifft zum Beispiel Kunststoffwannen für das Flachdach.
Glasmodule mit bis zu 2,0 Quadratmetern Fläche brauchen nach den Hinweisen des Deutschen Instituts für Bautechnik im Dachbereich keinen eigenen Verwendbarkeitsnachweis. Für größere Module kann ein zusätzlicher Nachweis nötig sein. Die Länder regeln das unterschiedlich. Fragen Sie bei großen Modulen nach, ob sie für Ihr Bundesland zugelassen sind.
Wie wird eine PV-Unterkonstruktion montiert?
Eine PV-Unterkonstruktion wird von unten nach oben montiert: erst die Haken, dann die Schienen, dann die Module. Auf einem Ziegeldach sind das fünf Schritte.
- Gerüst stellen, Dach prüfen und die Lage der Sparren anzeichnen.
- Ziegel anheben, Dachhaken am Sparren verschrauben, Ziegel anpassen und wieder einsetzen.
- Schienen auf die Haken schrauben und mit der Schnur in eine Flucht bringen.
- Module auflegen und mit Mittel- und Endklemmen befestigen, mit dem vorgegebenen Drehmoment.
- Module verkabeln und das Gestell in den Potentialausgleich einbinden.
Die meiste Sorgfalt braucht der zweite Schritt. Sitzt ein Haken neben dem Sparren oder drückt er auf den Ziegel, zeigt sich das oft erst Jahre später durch gebrochene Ziegel oder Feuchtigkeit im Dach. Ist am Haus ein Blitzschutz vorhanden, muss das Gestell darauf abgestimmt werden.
Für die Sicherheit auf dem Dach gelten klare Regeln der gesetzlichen Unfallversicherung. Nach der DGUV Information 203-080 ist ab 2 Metern Absturzhöhe eine Absturzsicherung nötig, bei mehr als 20 Grad Dachneigung ein Dachfanggerüst. Module dürfen nicht über Leitern nach oben getragen werden, dafür sind Aufzüge oder Krane vorgesehen.
Handwerklich ist das möglich, die Regeln der Unfallversicherung gelten nur für Betriebe. Sie zeigen aber, wie hoch das Risiko ist: Ein Modul wiegt nach der DGUV Information teils über 20 kg, Schienen und Gestelle können bis zu 6 Meter lang sein. Elektrische Arbeiten dürfen nur Elektrofachkräfte ausführen. Klären Sie vorher, ob Hersteller und Versicherung die Eigenmontage akzeptieren.
Woran erkennen Sie eine gute Unterkonstruktion?
Eine gute Unterkonstruktion erkennen Sie an den Unterlagen und an wenigen Details auf dem Dach. Die Marke ist dabei weniger wichtig als die Frage, ob das System für Ihr Dach berechnet und freigegeben ist.
- Hersteller und Systemname stehen im Angebot, nicht nur das Wort Unterkonstruktion.
- Es gibt eine Auslegung für Ihre Adresse mit Windzone und Schneelastzone.
- Das System ist für Ihre Eindeckung freigegeben, zum Beispiel für Ihren Ziegel oder Ihr Blech.
- Die Klemmbereiche des Modulherstellers werden eingehalten.
- Gerüst und Absturzsicherung sind im Preis enthalten.
- Die Module liegen in einer Flucht, die Abstände sind gleichmäßig.
- Kein Ziegel ist gebrochen oder steht hoch.
- Die Schienen stehen nicht weit über das letzte Modul hinaus.
- Kabel hängen nicht lose durch, sondern sind an den Schienen befestigt.
- Sie erhalten die Auslegung und eine Dokumentation mit Fotos der Hakenmontage.
Auch später lohnt ein Blick. Verantwortlich für den sicheren Zustand ist nach dem Merkblatt der Landesstelle für Bautechnik der Eigentümer. Das Merkblatt empfiehlt eine Sichtkontrolle, etwa auf Rost an den Tragprofilen und auf den festen Sitz der Klemmen. Vieles sehen Sie vom Boden oder aus dem Dachfenster, aufs Dach selbst gehört ein Fachbetrieb. Mehr im Beitrag zur Wartung der Solaranlage.
Beim Preis ist die Unterkonstruktion ein kleiner Posten der Anlage. Stärker ins Gewicht fallen die Arbeit auf dem Dach und das Gerüst. An Haken und Schienen zu sparen lohnt deshalb nicht. Wie sich die Kosten einer Anlage zusammensetzen, zeigt der Beitrag zu den Photovoltaik-Kosten.
Häufige Fragen zur Unterkonstruktion
Wie wird eine PV-Unterkonstruktion montiert?
Von unten nach oben: Zuerst werden die Dachhaken an den Sparren verschraubt, dann die Schienen auf die Haken gesetzt und ausgerichtet, zuletzt die Module aufgelegt und mit Klemmen befestigt. Für Betriebe verlangt die DGUV Information 203-080 ab 2 Metern Absturzhöhe eine Absturzsicherung und bei mehr als 20 Grad Dachneigung ein Dachfanggerüst.
Wie viele Schienen braucht ein PV-Modul?
In der Regel zwei. Die Schienen laufen quer unter der Modulreihe durch, jedes Modul wird an vier Punkten geklemmt. Wo die Schienen liegen dürfen, geben die Klemmbereiche in der Montageanleitung des Modulherstellers vor. Bei hohen Schneelasten oder sehr großen Modulen kann eine dritte Schiene nötig sein.
Wie berechnet man die Unterkonstruktion einer PV-Anlage?
Aus den Lasten am Standort. In die Rechnung gehen Eigengewicht, Wind, Schnee und Eis ein, dazu Gebäudehöhe, Dachneigung und Abstand der Sparren. Die Software des Systemherstellers gibt daraus Hakenabstand, Schienenprofil und Stückliste aus. Eine Faustformel für alle Dächer gibt es nicht.
Was ist der Unterschied zwischen einlagiger und zweilagiger Unterkonstruktion?
Bei der einlagigen Unterkonstruktion liegt eine Ebene von Schienen direkt auf den Dachhaken. Bei der zweilagigen, dem Kreuzverbund, liegt eine zweite Ebene quer darüber. Zwei Lagen machen die Lage der Module unabhängig von den Sparren und gleichen unebene Dächer aus, brauchen aber mehr Material und Arbeitszeit.
Aus welchem Material besteht eine PV-Unterkonstruktion?
Schienen und Gestelle bestehen meist aus Aluminium, Dachhaken und Schrauben aus nichtrostendem Stahl. Für Stahl und Aluminium nennt das Deutsche Institut für Bautechnik eigene Bemessungsnormen, für nichtrostenden Stahl eine bauaufsichtliche Zulassung. Teile aus Kunststoff brauchen immer eine eigene Zulassung.
Wie viel Gewicht bringt eine PV-Anlage auf das Dach?
Ein Solarmodul wiegt nach Angaben des Fraunhofer ISE etwa 11,6 kg je Quadratmeter. Die Module einer Anlage mit 10 Kilowatt-Peak wiegen damit rund 500 kg (eigene Rechnung), dazu kommt die Unterkonstruktion. Auf dem Flachdach kann der Ballast ein Vielfaches davon ausmachen.
Braucht die Unterkonstruktion einen statischen Nachweis?
Ja. Der Nachweis der Standsicherheit umfasst nach dem Merkblatt der Landesstelle für Bautechnik Baden-Württemberg die Module, die Unterkonstruktion, alle tragenden Klemmen und Befestigungen und die Weiterleitung der Lasten in das Gebäude. Das gilt auch, wenn die Anlage ohne Baugenehmigung errichtet werden darf.
Kann ich die Unterkonstruktion selbst montieren?
Handwerklich ist das möglich, aber mit Risiken verbunden. Ein Modul wiegt teils über 20 kg, gearbeitet wird in der Höhe. Elektrische Arbeiten dürfen nur Elektrofachkräfte ausführen. Klären Sie vorher, ob Hersteller und Versicherung die Eigenmontage akzeptieren.
Darf eine PV-Anlage auf ein Asbestdach?
Nein. Auf Dächern, die mit Asbestzement gedeckt sind, dürfen nach der DGUV Information 203-080 keine PV-Anlagen errichtet werden. An asbesthaltigen Platten sind nur Abbrucharbeiten zulässig. Das Dach muss vorher saniert werden.
Was kostet die Unterkonstruktion einer PV-Anlage?
Das hängt von Dachart, Eindeckung, Anlagengröße und Standort ab. Ein einfaches Ziegeldach ist günstiger zu belegen als ein Dach mit Gauben oder ein Flachdach mit viel Ballast. Die Unterkonstruktion ist ein kleiner Posten der Anlage, Arbeit und Gerüst fallen stärker ins Gewicht.
Fazit
Die Unterkonstruktion sieht man nicht, aber an ihr hängt die ganze Anlage. Auf dem Ziegeldach genügt meist die einlagige Bauweise mit Dachhaken und zwei Schienen je Modulreihe, schwierige Dächer profitieren vom Kreuzverbund.
Bestehen Sie auf einer Auslegung für Ihren Standort und auf einem System aus einer Hand, und lassen Sie sich die Hakenmontage mit Fotos dokumentieren. Welche Anlage auf Ihr Dach passt, zeigt der Photovoltaik-Konfigurator.
Quellen und Methodik
Die Anforderungen an Lastabtragung, Werkstoffe, Zulassungen und Modulgröße stammen aus den Hinweisen des Deutschen Instituts für Bautechnik, Umfang des Standsicherheitsnachweises, Lastarten und Verantwortung des Eigentümers aus dem Merkblatt der Landesstelle für Bautechnik Baden-Württemberg, die Regeln zur Arbeitssicherheit aus der DGUV Information 203-080. Das Modulgewicht nennt das Fraunhofer ISE, Gesamtgewicht und Fläche sind eigene Rechnungen. Die Tabellen zu Bauteilen, Schienenlagen und Dacharten sowie die Checklisten sind eine Einordnung von Solar.red aus der Montagepraxis.
- Deutsches Institut für Bautechnik: Hinweise für die Herstellung, Planung und Ausführung von Solaranlagen - Lastabtragung, Werkstoffe, Zulassungen, Modulgröße, Geltung bei verfahrensfreien Anlagen
- Regierungspräsidium Tübingen, Landesstelle für Bautechnik: Merkblatt Photovoltaikanlagen - Lastarten, Standsicherheitsnachweis, Befestigungsmittel, Verantwortung des Eigentümers
- Deutsches Institut für Bautechnik: Technische Baubestimmungen - Zuordnung der Windzonen und Schneelastzonen nach Verwaltungsgrenzen
- Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung: DGUV Information 203-080, Montage und Instandhaltung von Photovoltaik-Anlagen - Absturzsicherung, Transport der Module, Asbestzement, Elektrofachkraft
- Fraunhofer ISE: Photovoltaics Report - Gewicht eines Solarmoduls je Quadratmeter
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