Windlast bei Photovoltaikanlagen: Wie wirken Wind und Windsog auf das Dach?

Wind wirkt auf eine Photovoltaikanlage nicht nur als seitlicher Druck. Je nach Windrichtung, Dachform und Position der Module können auch erhebliche Sogkräfte entstehen, die Solarmodule und Unterkonstruktion vom Dach abheben wollen. Besonders relevant können Rand- und Eckbereiche einer Dachfläche sein.

Als Windlast werden die durch Wind hervorgerufenen Einwirkungen auf ein Bauwerk und seine Bauteile bezeichnet. Bei einer Photovoltaikinstallation betrifft das nicht nur die Solarmodule selbst, sondern die gesamte Kette der Lastweiterleitung.

Die aerodynamischen Kräfte wirken zunächst auf die Modulflächen. Von dort werden sie über Modulklemmen, Montageschienen, Dachhaken oder andere Befestigungselemente weitergegeben. Schließlich müssen die auftretenden Beanspruchungen von der vorhandenen Dach- und Tragkonstruktion aufgenommen werden.

Damit wird deutlich: Eine sichere PV-Befestigung ist nicht nur eine Frage des einzelnen Dachhakens. Entscheidend ist das Zusammenspiel von Modul, Montagesystem, Verbindungsmitteln, Dachaufbau und Tragwerk.

Was ist der Unterschied zwischen Winddruck und Windsog?

Trifft Wind auf ein Gebäude, entstehen unterschiedliche Druckverhältnisse. Auf bestimmten Flächen übt die Luftströmung Druck aus. An anderen Stellen können Unterdruck beziehungsweise Sogwirkungen auftreten.

Gerade die Sogwirkung ist für Solaranlagen auf Dächern von besonderem Interesse. Vereinfacht ausgedrückt kann der Wind versuchen, Teile der Anlage vom Dach abzuheben.

Die Befestigung muss daher nicht nur das Eigengewicht der Module nach unten übertragen, sondern auch Beanspruchungen aufnehmen können, die in die entgegengesetzte Richtung wirken.

Welche Rolle spielen Windzone und Gebäudehöhe?

Die Windbeanspruchung ist nicht überall in Deutschland gleich. Für die Bemessung werden unter anderem die geografische Lage beziehungsweise Windzone sowie weitere Randbedingungen berücksichtigt.

Auch die Gebäudehöhe ist relevant. Mit zunehmender Höhe können sich andere Windverhältnisse ergeben als bei einem niedrigen Wohngebäude. Zusätzlich beeinflussen Geländerauigkeit und Umgebung die Strömungsverhältnisse.

Deshalb können zwei konstruktiv ähnliche PV-Dachanlagen an unterschiedlichen Standorten unterschiedliche Anforderungen an Befestigung und Tragstruktur haben.

Eine allgemeine Aussage wie „für Photovoltaik gilt eine Windlast von X kN/m²“ wäre daher ohne Kenntnis der konkreten Randbedingungen nicht belastbar.

Warum sind Rand- und Eckbereiche des Daches besonders wichtig?

Wind beansprucht eine Dachfläche nicht überall gleich. In der Tragwerksplanung werden deshalb unterschiedliche Dachbereiche betrachtet. Dazu gehören je nach Dachgeometrie insbesondere Innen-, Rand- und Eckbereiche.

An Dachrändern und Gebäudeecken können erhöhte Sogbeanspruchungen auftreten. Genau deshalb kann die Position eines Solarmoduls auf dem Dach für die Bemessung der Befestigung eine Rolle spielen.

Ein Modul in einem stärker beanspruchten Randbereich kann andere Befestigungskräfte erzeugen als ein vergleichbares Modul weiter innerhalb der Dachfläche.

Für die Planung bedeutet das: Nicht nur die Anzahl der Photovoltaikmodule ist relevant. Auch ihre Anordnung auf dem Dach kann die Beanspruchung von Montagesystem und Verbindungsmitteln beeinflussen.

Wie wirkt Wind auf Photovoltaik am Satteldach?

Bei einem Satteldach beeinflussen unter anderem Dachneigung, Gebäudegeometrie, Windrichtung sowie die Lage der Module die entstehenden Druck- und Sogwirkungen.

Die Kräfte aus dem Solarsystem werden bei klassischen Aufdachanlagen häufig über Dachhaken oder vergleichbare Befestigungselemente in die vorhandene Holzkonstruktion eingeleitet. Dabei können beispielsweise Sparren, Pfetten und deren Verbindungen für die Lastweiterleitung relevant sein.

Entscheidend ist deshalb nicht allein, ob ein Dachhaken eine bestimmte Kraft aufnehmen kann. Ebenso wichtig ist, ob die dahinterliegende Bestandskonstruktion die eingeleiteten Beanspruchungen sicher weitertragen kann.

Was ist bei PV-Anlagen auf Flachdächern zu beachten?

Auf Flachdächern werden Photovoltaikmodule häufig aufgeständert. Dadurch entstehen andere aerodynamische Verhältnisse als bei einer dachparallel montierten Anlage auf einem geneigten Dach.

Bei manchen Systemen wird die erforderliche Lagesicherheit teilweise über Ballast erreicht. Zusätzliche Auflast kann jedoch wiederum die ständige Belastung des Bestandsdaches erhöhen.

Damit entsteht ein interessanter Zielkonflikt: Mehr Ballast kann bei der Sicherung gegen abhebende Kräfte helfen, erhöht gleichzeitig aber die auf das Dach wirkende Gewichtslast.

Genau deshalb sollten Ballastierung, Windsogsicherheit und Tragfähigkeit nicht unabhängig voneinander betrachtet werden.

Die statischen Besonderheiten behandeln wir ausführlich unter PV auf Flachdach: Statik, Dachlast und Ballastierung.

Welche Rolle spielen Unterkonstruktion und Befestigung?

Die Unterkonstruktion verbindet die Photovoltaikmodule mit dem Gebäude. Sie bildet damit einen wesentlichen Teil des Lastpfades zwischen der angeströmten Modulfläche und dem vorhandenen Tragwerk.

Je nach Dachtyp kommen unterschiedliche Systeme zum Einsatz, beispielsweise Dachhaken und Schienen bei Ziegeldächern, Befestigungen auf Trapezblech oder ballastierte beziehungsweise mechanisch befestigte Systeme auf Flachdächern.

Bei der technischen Bewertung können unter anderem folgende Komponenten relevant sein:

• Modulklemmen und Modulrahmen,
• Montageschienen,
• Dachhaken oder Befestigungspunkte,
• Schrauben und Verbindungsmittel,
• Dachhaut beziehungsweise tragende Dachschale,
• Sparren, Pfetten, Träger oder andere tragende Bauteile.

Warum die Systemstatik eines Montagesystems nicht automatisch die Beurteilung des gesamten Gebäudes ersetzt, erklären wir separat unter PV-Unterkonstruktion und Gebäudestatik: Wo liegt der Unterschied?.

Wie gelangen die Windkräfte von den Modulen in das Tragwerk?

Für das Verständnis der Standsicherheit ist der sogenannte Lastpfad besonders wichtig.

Jedes Glied dieser Kette muss die auftretenden Beanspruchungen zuverlässig weiterleiten können. Eine sehr tragfähige Montageschiene hilft beispielsweise wenig, wenn die anschließende Befestigung oder das vorhandene tragende Bauteil für die eingeleiteten Kräfte nicht ausreichend dimensioniert ist.

Bei Bestandsgebäuden ist deshalb häufig die Frage nach den vorhandenen Tragreserven entscheidend. Insbesondere leichte Hallenkonstruktionen, weit gespannte Dächer oder ältere Tragwerke verdienen bei einer nachträglichen Solarinstallation besondere Aufmerksamkeit.

Windlast, Schneelast und Eigengewicht: Was muss zusammen betrachtet werden?

Wind ist nur eine der Einwirkungen, die bei einer Photovoltaik-Dachanlage relevant sein können. Hinzu kommen das Eigengewicht des bestehenden Daches, das zusätzliche Gewicht von Modulen und Montagesystem sowie veränderliche Einwirkungen wie Schnee.

Wie viel zusätzliche Masse eine Solarinstallation auf das Dach bringen kann, erklären wir unter Wie viel wiegt eine PV-Anlage pro m²?.

Die zweite wichtige klimatische Einwirkung behandeln wir ausführlich unter Schneelast bei Photovoltaikanlagen: Was bedeutet Schnee für die Dachstatik?.

Für die Tragwerksbeurteilung werden diese Themen nicht einfach unabhängig voneinander betrachtet. Entscheidend sind die für das konkrete Projekt maßgebenden Einwirkungen und Bemessungssituationen.

Weitere Informationen rund um Planung und technische Umsetzung finden Sie in unserem Überblick zu Photovoltaikanlagen und PV-Projekten.

Häufige Fragen zu Windlast und Windsog bei Photovoltaikanlagen

Kann Wind eine PV-Anlage vom Dach reißen?

Bei hohen Windbeanspruchungen können erhebliche abhebende Kräfte entstehen. Deshalb müssen Montagesystem, Befestigung und die angeschlossene Tragkonstruktion für die maßgebenden Beanspruchungen geeignet sein. Eine fachgerecht geplante und ausgeführte Anlage berücksichtigt diese Einwirkungen.

Was ist Windsog bei einer Photovoltaikanlage?

Windsog bezeichnet vereinfacht eine abhebende Wirkung, die durch Druckunterschiede und die Luftströmung am Gebäude entstehen kann. Bei einer PV-Dachanlage werden diese Kräfte über Module und Montagesystem in die Befestigung und anschließend in das Tragwerk weitergeleitet.

Wo ist der Windsog auf einem Dach besonders hoch?

Die Windbeanspruchung ist über die Dachfläche nicht gleichmäßig verteilt. Rand- und insbesondere Eckbereiche können höheren Sogbeanspruchungen ausgesetzt sein als bestimmte Innenbereiche. Die konkrete Einteilung hängt von der Gebäude- und Dachgeometrie ab.

Welche Windzone gilt für meine PV-Anlage?

Die maßgebende Windzone richtet sich nach dem Standort des Gebäudes. Für eine belastbare Bemessung reicht die Windzone allein jedoch nicht aus. Unter anderem können Gebäudehöhe, Geländesituation, Dachform und Dachbereich zusätzlich relevant sein.

Ist Wind bei einem Flachdach mit Photovoltaik besonders wichtig?

Bei aufgeständerten PV-Systemen auf Flachdächern können Winddruck und Windsog wesentliche Bemessungsgrößen sein. Gleichzeitig kann zur Lagesicherung Ballast erforderlich werden, der wiederum zusätzliche Gewichtslasten für die Dachkonstruktion verursacht.

Reicht die Statik der PV-Unterkonstruktion aus?

Nicht zwingend. Ein Nachweis für ein Montagesystem beantwortet nicht automatisch die Frage, ob das vorhandene Gebäude beziehungsweise Dachtragwerk die eingeleiteten Kräfte sicher aufnehmen kann. System und Bestandskonstruktion erfüllen unterschiedliche Aufgaben im Lastpfad.

Was ist für die Windlast wichtiger: Modulgewicht oder Befestigung?

Beide Aspekte betreffen unterschiedliche Einwirkungen. Das Eigengewicht wirkt grundsätzlich nach unten, während Windsog abhebende Kräfte verursachen kann. Für die Standsicherheit sind daher die maßgebenden Beanspruchungen und deren sichere Weiterleitung durch das gesamte System entscheidend.

Muss die Windlast bei jeder Photovoltaikanlage berücksichtigt werden?

Windeinwirkungen gehören grundsätzlich zu den relevanten Einwirkungen auf Bauwerke und Bauteile. Wie umfangreich die erforderliche Betrachtung für ein konkretes PV-Projekt ausfällt, hängt von Gebäude, Standort, Montagesystem und weiteren Randbedingungen ab.