Die Nutzungsdauer einer Photovoltaikanlage wird nicht vom Modul bestimmt, sondern vom schwächsten Bauteil der Konstruktion. Module halten nach Herstellerangaben von 25 bis 30 Jahren, doch darunter liegen eine Dachabdichtung, eine Unterkonstruktion aus zwei Werkstoffen und ein Gerät mit Elektronik, das Wärme nicht verträgt. Wer die Anlage als Bauteil plant, legt die Nutzungsdauer am Tag der Montage fest und nicht im Betrieb. Entscheidend ist dabei, welches Bauteil zuerst an seine Grenze kommt und ob es ausgetauscht werden kann, ohne das Modulfeld abzuräumen.
Welches Bauteil gibt die Nutzungsdauer der Anlage vor?
Vorgegeben wird sie von dem Bauteil mit der kürzesten Restlebensdauer unter dem Modulfeld. Auf dem Steildach ist das meist die Eindeckung, auf dem Flachdach die Abdichtung, und in beiden Fällen liegt das Bauteil unter der Anlage und nicht neben ihr.
Der Grund ist mechanisch und nicht elektrisch. Wer eine Abdichtung mit zehn Jahren Restlebensdauer belegt, baut eine Anlage, die in zehn Jahren vollständig abgeräumt werden muss. Der Aufwand dafür ist derselbe wie bei einer Neumontage, nur ohne neuen Nutzen.
Die Reihenfolge der Bauteile nach erwarteter Nutzungsdauer sieht in der Praxis so aus: Modul und Unterkonstruktion am längsten, Dachhaut dazwischen, Wechselrichter und Steckverbinder am kürzesten. Herstellerangaben nennen für Wechselrichter von 10 bis 15 Jahren.
Wer diese Reihenfolge kennt, baut die Anlage so, dass die kurzlebigen Bauteile ohne Eingriff in die langlebigen erreichbar bleiben.
Wie lange hält die Dachabdichtung unter einer Belegung?
Unter einer Belegung altert die Abdichtung langsamer als frei liegend, weil die Module sie vor UV-Strahlung und Hagel schützen. Diesen Gewinn gibt es nur bei mechanisch sauberer Trennung, also mit Schutzlage und bei hoher Punktlast zusätzlicher Lastverteilungsschicht zwischen Anlage und Abdichtung.
Ohne diese Trennung kippt der Effekt. Ballast und Unterkonstruktion bewegen sich bei jedem Temperaturwechsel gegen die Abdichtungsbahn, und eine durchgescheuerte Bahn unter einem Modulfeld fällt erst auf, wenn es im Geschoss darunter tropft. Die Suche nach der Stelle verlangt dann das Abräumen von Reihen.
Dazu kommt die Verträglichkeit der Werkstoffe. Bituminöse und kunststoffbasierte Bahnen reagieren unterschiedlich auf Weichmacher aus Schutzlagen und Baustoffen, und die Druckfestigkeit der darunterliegenden Dämmung begrenzt die Punktlast. Welche Lage zu welcher Bahn gehört, steht im Datenblatt der Abdichtung.
Ausführung: Die Schutzlage über die Standfläche der Unterkonstruktion hinaus verlegen, mindestens eine Handbreit nach allen Seiten. Bewegt sich die Konstruktion im Betrieb, wandert sie sonst über die Kante der Schutzlage und arbeitet direkt auf der Bahn.
Auf dem Steildach entscheidet nicht die Abdichtung, sondern die Verträglichkeit der Metalle über die Standzeit.
Woran altert die Unterkonstruktion im eingebauten Zustand?
Gealtert wird an der Werkstoffpaarung, nicht am Querschnitt. Die Profile aus Aluminium halten die Lasten über Jahrzehnte, doch jede Stelle, an der verzinkter Stahl direkt auf Aluminium sitzt, bildet im Feuchtefilm eine Kontaktkorrosionszelle und baut den unedleren Werkstoff ab.
Bewährt hat sich die Kombination Haken aus Edelstahl, Profile aus Aluminium, Verbindungsmittel aus Edelstahl. Üblich sind die Legierung EN AW-6063 T66 für Profile und Edelstahl der Festigkeitsklasse A2-70 für Schrauben, in Küstennähe und auf landwirtschaftlichen Gebäuden eine höhere Korrosionsklasse.
Die zweite Alterung ist mechanisch. Temperaturwechsel dehnen Aluminiumprofile messbar, und ein starr durchgeschraubter Schienenstrang über die volle Dachbreite drückt bei Sommerwärme gegen die Haken. Nach Jahren lockern sich die Schraubverbindungen, und die Lastannahme nach DIN EN 1991-1-4 gilt dann nur noch rechnerisch.
Die Modulklemme ist der dritte Punkt. Sie hält den Rahmen mit einem Anzugsmoment, das im Datenblatt des Modulherstellers steht, und eine zu fest angezogene Klemme verformt den Rahmen dauerhaft. Dieser Schaden zeigt sich erst später als Riss an der Rahmenecke.
Die Konstruktion hält länger als das Gerät, das an ihrem Ende hängt.
Welche Rolle spielt der Standort des Wechselrichters?
Der Standort ist der wichtigste Einzelentscheid für die Lebensdauer des Geräts. Wechselrichter altern über die Temperatur der Leistungselektronik und der Elektrolytkondensatoren, und jedes Grad dauerhafter Umgebungswärme verkürzt die Standzeit messbar.
Der Dachraum ist deshalb der schlechteste und der am häufigsten gewählte Platz. Unter einem unbelüfteten Ziegeldach steigt die Lufttemperatur im Sommer über Stunden weit über die Außentemperatur, und das Gerät drosselt dann seine Leistung, um sich zu schützen. Der Verlust fällt in genau den Stunden an, in denen die Anlage am meisten liefern könnte.
Besser liegt das Gerät in einem kühlen, belüfteten Raum mit Wandabstand nach Herstellerangabe, erreichbar ohne Leiter und ohne das Modulfeld. Herstellerangaben nennen für den freien Abstand nach oben und unten üblicherweise von 20 bis 30 Zentimetern.
Ausführung: Den Standort vor der Leitungsverlegung festlegen und nicht danach. Ein Gerät, das nachträglich vom Dachraum in den Keller wandert, verlangt eine neue Gleichstromtrasse durch das Gebäude, mit Brandschutzabschluss in jeder Geschossdecke.
Was die Elektronik belastet, belastet auch die Verbindungen im Modulfeld.
Welche Umgebungsbedingungen verkürzen die Gerätelaufzeit?
Verkürzt wird die Laufzeit durch Wärme, Staub und Feuchte in dieser Reihenfolge. Ein Gerät mit geschlossener Kühlrippe arbeitet dauerhaft wärmer, deshalb gehört die Reinigung der Kühlflächen in den Wartungsplan und nicht in die Störungsbehebung.
Feuchte wirkt anders. In unbeheizten Räumen fällt an kalten Bauteilen Kondensat aus, und ein Gerät mit der Schutzart für den Außenbereich verträgt Regen, aber nicht dauerhaft hohe Luftfeuchte bei wechselnder Temperatur. Eine Garage ohne Lüftung ist deshalb kein guter Platz.
Wie altern Steckverbinder und Leitungen im Modulfeld?
Gealtert wird am Kontaktwiderstand. Jeder Steckverbinder ist eine Übergangsstelle, und steigt dort der Widerstand, entsteht Wärme, die den Kunststoff weiter schädigt. Ursache sind fast immer gemischte Fabrikate an einer Verbindung oder eine unsauber gecrimpte Kontaktbuchse.
Die Leitung selbst ist unkritisch, solange sie die geforderte Qualität hat. DIN VDE 0100-712 verlangt für die Gleichstromseite eigens geprüfte Solarleitungen, doppelt isoliert, UV-beständig, wärmebeständig und halogenfrei. Entscheidend ist dann nicht der Werkstoff, sondern die Verlegung.
Auf der Deckung aufliegende Leitungen scheuern bei jedem Temperaturwechsel, und eine Leitung in der Ziegelmulde steht nach jedem Regen im Wasser. Dazu kommt die Befestigung: UV-beständige Halter in der Schiene halten über die Nutzungsdauer, Kabelbinder aus dem Baumarkt verspröden innerhalb weniger Jahre.
Der Querschnitt entscheidet über den dauerhaften Verlust, nicht über die Alterung. Bei langen Wegen vom Dach zum Gerät bedeutet eine Nummer mehr im Querschnitt über zwanzig Jahre eine messbare Menge Arbeit, die nicht in der Zuleitung bleibt. Welche dieser Stellen sich ohne Demontage beurteilen lassen, beschreibt der Beitrag zu den sichtbaren Merkmalen einer Dachmontage.
Welche dieser Bauteile sich im Betrieb erreichen lassen, entscheidet darüber, ob ein Austausch eine Wartung oder ein Umbau ist.
Welche Bauteile bleiben für den Austausch zugänglich?
Zugänglich bleiben müssen alle Bauteile mit kürzerer Nutzungsdauer als die Dachhaut. Das sind Wechselrichter, Sicherungen und Überspannungsschutz, die Steckverbinder an den Strangenden und die Kabeldurchführung durch das Dach.
Der Gegenentwurf dazu steht häufig auf dem Dach. Ein Modulfeld bis an alle vier Dachkanten gezogen lässt keinen Weg für Wartung und Rettung, und ein unter dem Feld verbauter Verteiler verlangt für jeden Zugriff eine Reihe Module. Wer eine Modulreihe Abstand lässt, kauft sich für zwanzig Jahre Zugang.
Für die Unterkonstruktion zählt dasselbe am Ende der Nutzung. Beim Rückbau müssen sich Klemmen, Schienen und Haken lösen lassen, ohne die Deckung zu zerstören, und verklebte Systeme auf Blechdächern machen daraus eine Dachsanierung. Wie ein solcher Ablauf von der Dachprüfung bis zur Übergabe aussieht, beschreibt der Beitrag zur Montage auf dem Bestandsdach.
Dass eine Fläche überhaupt hinterlüftet und erreichbar bleibt, gilt am Dach wie an der Wand, wie der Beitrag zur Belegung flacher und ungünstig gerichteter Flächen zeigt.
Was hier als Anforderung steht, prüft die Abnahme am Bauteil und in der Akte.
Welche Merkmale trägt eine dauerhaft wartbare Anlage?
Die Abnahme prüft die Entscheidungen, die sich später nicht mehr korrigieren lassen. Dazu gehören die Lage und Erreichbarkeit des Wechselrichters, die Schutzlage unter der Unterkonstruktion, die Werkstoffpaarung an den Befestigungspunkten und die Dokumentation jeder Durchdringung.
Zur Akte gehören diese Angaben, und sie werden vor der Abnahme vollständig vorgelegt:
- Standsicherheitsnachweis: mit den Lastzonen nach DIN EN 1991-1-3 und DIN EN 1991-1-4
- Aufbauprotokoll der Dachfläche: Abdichtung, Schutzlage, Lastverteilung und Standfläche der Konstruktion
- Messprotokoll der Elektroinstallation: nach DIN VDE 0100-600, mit Kennlinienmessung je Strang
- Wartungsplan: mit den Bauteilen, die im laufenden Betrieb erreichbar bleiben müssen
Die Kennlinienmessung je Strang hat dabei eine zweite Funktion. Sie ist der Ausgangswert, gegen den sich jede spätere Messung vergleichen lässt, und ohne diesen Wert lässt sich eine Degradation nicht von einem Montagefehler unterscheiden.
Ein Satz gehört ins Protokoll, der häufig fehlt: welches Bauteil bei welchem Wartungsschritt zugänglich bleiben muss. Wer ihn aufschreibt, zwingt die Montage dazu, den Weg freizuhalten, und bei einem Gerätewechsel im zwölften Jahr entscheidet dieser Weg über einen halben Arbeitstag oder eine Woche mit Gerüst.