TS 13891 Metallkonstruktionen - Zur Verwendung in Gelände-Photovoltaik-Solarenergiesystemen

Die Norm „TS 13891 Metallkonstruktionen – Zur Verwendung in landgestützten Photovoltaik-Solarenergiesystemen“ des türkischen Normungsinstituts (TSE) beschreibt die Anforderungen an Konstruktion, Produktion, Inspektion, Prüfverfahren und Vermarktung von Metallkonstruktionen für landgestützte Photovoltaik-Solarenergiesysteme. Diese Norm gilt auch für tragende Systeme mit Solarnachführsystemen. Das in Solarnachführsystemen zu installierende Solarnachführsystem muss in den Anwendungsbereich der Norm „EN 62817 Photovoltaiksysteme – Auslegungseignung von Solarnachführsystemen“ fallen. Holzkonstruktionen für Solarenergiesysteme fallen nicht in den Anwendungsbereich dieser Norm.

Bei bodenmontierten Photovoltaik-Solarsystemen werden die Solarmodule mithilfe von metallischen Trägerstrukturen (Solarmontagesystemen oder Gestellsystemen) an ihrem Platz befestigt, um die richtige Ausrichtung, Haltbarkeit und Widerstandsfähigkeit gegenüber Umweltbelastungen zu gewährleisten.

Die Hauptfunktionen dieser Systeme sind:

• Strukturelle Unterstützung: Hält Photovoltaikmodule (PV) sicher über dem Boden. Bietet optimalen Neigungswinkel für maximale Sonneneinstrahlung.
• Lastbeständigkeit: Ausgelegt für die Beständigkeit gegen Wind-, Schnee- und Erdbebenlasten gemäß internationalen Normen (z. B. Eurocode, ASCE 7, IEC 61215).
• Korrosionsschutz: Da die Anlagen über 25 Jahre im Außenbereich betrieben werden, müssen die Metalle korrosionsbeständig sein (z. B. feuerverzinkter Stahl, Aluminiumlegierungen, Edelstahl).
• Elektrische Sicherheit: Gewährleistet die Erdung von PV-Modulen.

Die bei der Herstellung dieser Systeme üblicherweise verwendeten Materialien sind:

• Verzinkter Stahl (feuerverzinkt): Robust, kostengünstig, weit verbreitet.
• Aluminiumlegierungen: Leicht, korrosionsbeständig und einfacher zu installieren.
• Edelstahl (Befestigungselemente/kritische Teile): Für Langlebigkeit in Bereichen mit hoher Korrosionsgefahr.

Zu den Konstruktionsarten von Photovoltaik-Solarenergiesystemen gehören:

• Systeme mit fester Neigung: Die Paneele werden in einem festen Winkel installiert. Sie sind kostengünstig und erfordern wenig Wartung.
• Einachsige Tracker: Die Module drehen sich in Ost-West-Richtung, um der Sonne zu folgen. Dies erhöht die Energieeffizienz um etwa 15–25 Prozent.
• Zweiachsige Tracker: Verfolgen die Sonne sowohl in Ost-West- als auch in Nord-Süd-Richtung. Höchste Effizienz, aber teurer und komplexer.

Metallkonstruktionen für PV-Anlagen müssen neben der Norm TS 13891 verschiedenen Normen entsprechen:

• Die Norm „IEC 61215 Terrestrische Photovoltaik (PV)-Module – Bauartqualifizierung und Typenzulassung.“ Diese Norm ist wichtig für die Qualifizierung von PV-Modulen (mechanische Belastungsprüfung).
• ISO 12944 Beschichtungsstoffe – Korrosionsschutz von Stahlkonstruktionen durch Schutzanstrichsysteme. Diese Norm ist wichtig für den Korrosionsschutz von Stahlkonstruktionen.
• UL 2703 Montagesysteme, Montagevorrichtungen, Klemm-/Haltevorrichtungen und Erdungsösen für den Einsatz mit Flachplatten-Photovoltaikmodulen und -paneelen. Diese Norm ist wichtig für Montagesysteme, Erdung und Verbindungsanforderungen.
• „ASCE 7 Mindestauslegungslasten und zugehörige Kriterien für Gebäude und andere Strukturen.“ Dieser Standard ist wichtig für die Bestimmung der Mindestauslegungslasten.
• Die Norm „EN 1991 Eurocode 1: Einwirkungen auf Tragwerke“. Diese Norm ist wichtig für die Ermittlung der Einwirkungen (Wind, Schnee) auf Tragwerke.

Metallstrukturen für bodenmontierte Photovoltaikanlagen (PV) sind entscheidend für Stabilität, Haltbarkeit und Effizienz. Diese Strukturen bestehen typischerweise aus Materialien wie verzinktem Stahl oder Aluminium und befestigen die Solarmodule am Boden. Ihre Ausrichtung optimiert sich für maximale Sonneneinstrahlung. Sie gewährleisten strukturelle Stabilität, Langlebigkeit und optimale Energieproduktion und erfüllen gleichzeitig Sicherheits- und Korrosionsschutzstandards.

Standard-Freilandinstallationen für bodenmontierte PV-Systeme verwenden Metallrahmen (meist aus Stahl oder Aluminium), die mit Betonpfeilern, Schraubpfählen oder Rammmasten am Boden befestigt werden. Die Module werden in einem festen Neigungswinkel montiert, der auf den Breitengrad und die Sonneneinstrahlung des Standorts optimiert ist. Sie eignen sich für Wohn-, Gewerbe- und Großprojekte mit weitläufigen Grundstücken, wie z. B. Solarparks oder ländliche Grundstücke. Sie sind kostengünstig, einfach zu installieren und robust. Sie ermöglichen eine präzise Ausrichtung zur Maximierung der Energieproduktion. Sie benötigen jedoch ausreichend Landfläche und können in manchen Umgebungen anfällig für Vandalismus oder Schuttansammlung sein.

Überlegungen zur Auslegung von PV-Freiflächenanlagen:

• Lastanalyse: Strukturen müssen Eigenlasten (Gewicht der Platten und des Rahmens) und Nutzlasten (Wind, Schnee, seismische Kräfte) standhalten.
• Optimierung des Neigungswinkels: Der Neigungswinkel wird anhand der geografischen Lage, der Saisonalität und des Energiebedarfs berechnet, um die Sonneneinstrahlung zu maximieren. In tropischen Regionen kann beispielsweise eine nahezu horizontale Neigung ausreichend sein, während in höheren Breitengraden steilere Winkel erforderlich sind.
• Fundamenttyp: Die Wahl hängt von den Bodenverhältnissen und dem Umfang des Projekts ab:
  • Betonfundamente: Hohe Tragfähigkeit, für verschiedene Böden geeignet, erfordern jedoch Aushubarbeiten.
  • Schraubpfähle: Ideal für schwache oder körnige Böden, bieten hohe Tragfähigkeit bei geringerer Bodenstörung.
  • Rammpfeiler: Kostengünstig für Großprojekte, erfordern jedoch Spezialausrüstung wie beispielsweise einen Rammbock.
  • Ballastierte Systeme: Keine Durchdringung erforderlich, ideal für beengte Räume, erfordern jedoch einen stabilen und ebenen Untergrund.
• Umweltfaktoren: Bauwerke müssen Wind (bei manchen Konstruktionen bis zu 240 km/h), Schnee, Hagel und Erdbeben standhalten. Die Einhaltung dieser Anforderungen wird durch lokale Bauvorschriften und -normen gewährleistet.
• Genehmigungen und Zonenvorschriften: Für bodenmontierte Systeme gelten im Allgemeinen strengere Zonen- und Genehmigungsanforderungen als für Dachsysteme, da sie als freistehende Strukturen gelten.

Die in bodenmontierten PV-Systemen verwendeten Materialien sind:

• Verzinkter Stahl: Weit verbreitet aufgrund seiner Festigkeit, Haltbarkeit und Korrosionsbeständigkeit (dank der Zinkbeschichtung). Er ist für raue Wetterbedingungen geeignet und hat eine lange Lebensdauer (25–30 Jahre).
• Aluminium: Leicht, korrosionsbeständig und ideal für kleine oder private Anlagen, allerdings teurer als Stahl.
• Edelstahl: Wird in Komponenten wie Halterungen, Klemmen und Schrauben verwendet, um Korrosionsbeständigkeit und eine sichere Befestigung der Platten zu gewährleisten.
• Beschichtungen: Feuerverzinkung oder langlebige Außenfarbe erhöhen die Beständigkeit gegen UV-Strahlung, Feuchtigkeit und extreme Temperaturen.

Metallkonstruktionen für Freiflächen-PV-Anlagen, oft aus verzinktem Stahl oder Aluminium, bieten daher Langlebigkeit, Flexibilität und Effizienz bei der Solarenergieerzeugung. Sie bieten zwar im Vergleich zu Dachanlagen eine höhere Energieausbeute und sind wartungsfreundlicher, allerdings sind höhere Kosten und ein geringerer Platzbedarf ein wichtiger Faktor.

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