Balkonkraftwerk Flachdach: Aufständerung und Winkel

Auf dem Garagen- oder Carportdach ist Platz, es gibt keine Nachbarn, die mitreden, und die Sonne kommt ungehindert an. Bleibt eine Frage, an der sich die Geister scheiden: In welchem Winkel stellst du die Module auf? Die Antwort fällt anders aus, als die reine Ertragstabelle nahelegt, denn auf dem Flachdach rechnet der Wind mit.

Warum flach liegende Module Ertrag verschenken

Ein Solarmodul liefert die meiste Leistung, wenn das Sonnenlicht möglichst senkrecht auf die Glasfläche trifft. Über das Jahr gemittelt steht die Sonne in Deutschland so, dass eine nach Süden geneigte Fläche mit rund 30 bis 35 Grad am meisten einsammelt. Eine waagerecht liegende Fläche bekommt dagegen im Sommer viel und im Winter fast nichts ab, weil die Sonne dann flach über den Horizont streicht.

Der zweite Effekt ist unspektakulärer und wirkt langsamer: Selbstreinigung. Ein geneigtes Modul lässt Regen ablaufen, und das Wasser nimmt Staub, Pollen und Vogeldreck mit. Auf einer waagerechten Fläche steht das Wasser, trocknet ab und hinterlässt genau die Schmutzränder, die es abwaschen sollte. Über mehrere Jahre summiert sich das nach Angaben von Montage-Ratgebern auf weitere 5 bis 10 Prozent Ertragsverlust.

Ab etwa 12 bis 15 Grad Neigung läuft Wasser zuverlässig ab. Das ist einer der Gründe, warum kaum eine Aufständerung flacher gebaut wird, selbst wenn der Ertrag allein es zuließe.

Welcher Winkel bringt wie viel

Die Kurve zwischen flach und optimal verläuft flacher, als viele erwarten. Zwischen 20 und 35 Grad liegen beim Jahresertrag nur noch zwei Prozent, das sind bei einem 800-Watt-Gerät etwa 12 Kilowattstunden im Jahr oder rund 4 Euro. Der Ballastbedarf steigt auf demselben Weg dagegen um die Hälfte und mehr.

Die Prozentwerte gelten als Größenordnung für Standorte in Deutschland, gerechnet gegen das Optimum bei rund 32 Grad Südneigung. Am eigenen Standort verschiebt sich das leicht: Im Norden liegt das Optimum etwas flacher, im Süden etwas steiler. Wer es genau wissen will, findet beim PVGIS-Rechner der Europäischen Kommission die Werte für die eigene Adresse.

Für ein einzelnes Balkonkraftwerk auf dem Garagendach lautet die praktische Empfehlung deshalb 15 bis 20 Grad. Steiler lohnt sich dort, wo das Dach ohnehin viel Reserve hat, der Standort in einer geschützten Windzone liegt und genug Fläche für den größeren Reihenabstand da ist.

Süd oder Ost-West aufstellen

Auf dem Flachdach hast du die Ausrichtung frei in der Hand, und das ist ein echter Vorteil gegenüber der Balkonbrüstung. Zwei Varianten sind üblich.

Süd bringt den höchsten Jahresertrag. Die Erzeugung konzentriert sich allerdings auf einen schmalen Zeitraum um die Mittagsstunden, und genau dann ist in vielen Haushalten niemand zu Hause. Der überschüssige Strom geht ins Netz, ohne Geld zu bringen.

Ost-West teilt die Module in zwei Gruppen, die gegeneinander geneigt stehen, meist mit flachen 10 bis 15 Grad. Der Rohertrag fällt etwas niedriger aus, die Kurve wird dafür breiter: mehr Strom am Morgen, mehr am Abend. Weil ein Balkonkraftwerk nur den selbst verbrauchten Strom in Ersparnis umsetzt, kann diese Aufstellung unterm Strich das bessere Ergebnis liefern. Wie stark dieser Hebel wirkt, rechnet der Ratgeber wie viel ein Balkonkraftwerk spart durch.

Bei zwei Modulen an einem 800-Watt-Wechselrichter gibt es dabei einen technischen Punkt zu beachten: Die beiden Modulanschlüsse des Geräts sollten getrennte MPP-Tracker haben, damit das schwächer beschienene Modul das stärkere nicht ausbremst. Bei aktuellen Mikrowechselrichtern ist das der Normalfall, im Datenblatt steht es unter „MPPT” oder „MPP-Tracker”.

Die drei Bauformen der Aufständerung

Im Handel haben sich drei Konstruktionsprinzipien durchgesetzt, die sich in Preis, Lastverteilung und Aufwand unterscheiden.

Das Wannensystem ist auf empfindlichen Dachhäuten die sauberste Lösung. Die Wanne verteilt das Gewicht flächig, und der Ballast liegt geschützt in der Konstruktion statt lose obendrauf. Auf dünnen EPDM- oder PVC-Folien ist das ein deutlicher Vorteil.

Verstellbare Dreiecke klingen verlockend, weil man den Winkel im Winter steiler stellen könnte. In der Praxis macht das kaum jemand zweimal im Jahr, und jede Verstellmöglichkeit ist eine zusätzliche Schraubverbindung, die nach dem ersten Sturm nachgezogen werden will.

Unabhängig von der Bauform gilt: Prüfe vor dem Kauf, ob der Hersteller eine Ballasttabelle nach Windzone mitliefert. Ein System ohne diese Angabe lässt dich bei der wichtigsten Frage allein.

Reihenabstand: wie viel Platz zwischen zwei Modulen

Sobald zwei Modulreihen hintereinander stehen, verschattet die vordere die hintere. Maßgeblich für die Berechnung ist der ungünstigste Sonnenstand des Jahres, also die Mittagszeit am 21. Dezember. Die Sonnenhöhe an diesem Tag hängt am Breitengrad und liegt in Deutschland zwischen rund 14 Grad in Norddeutschland und etwa 19 Grad am Alpenrand.

Die Rechnung läuft in zwei Schritten:

1. Höhe der Modul-Oberkante: Modullänge × Sinus des Neigungswinkels
2. Schattenlänge: Diese Höhe geteilt durch den Tangens der Sonnenhöhe

Für ein längs aufgeständertes Modul mit 1,76 Metern Länge und einer angenommenen Sonnenhöhe von 16 Grad ergibt das:

Der Sprung von 20 auf 30 Grad kostet also einen ganzen Meter Dachfläche je Reihe, und das für zwei Prozent Mehrertrag. Auf einem Garagendach mit begrenzter Tiefe ist das oft schon das Argument, das die Entscheidung trifft.

Zwei Entschärfungen gibt es: Wer die Module quer statt längs aufständert, hat nur rund 1,13 Meter in Fallrichtung und damit deutlich kürzere Schatten. Und wer eine leichte Verschattung in den vier dunklen Monaten hinnimmt, kann enger rücken, denn November bis Februar liefern zusammen nur etwa 17 Prozent des Jahresertrags.

Was die Dachhaut aushält

Ein Flachdach ist selten eine plane Betonfläche. Darüber liegen Dämmung, Abdichtung und oft eine Kies- oder Bautenschutzschicht, und diese Schichten reagieren empfindlich auf punktuelle Last.

Bitumenbahnen werden bei Sommerhitze weich. Ein Metallfuß mit wenigen Quadratzentimetern Auflagefläche drückt sich dann langsam ein und kann die Bahn beschädigen. Übliche Praxis sind deshalb Matten aus EPDM-Gummi oder dickem Vlies, die auf jeder Seite etwa fünf Zentimeter über den Auflagepunkt hinausragen.

Kunststoff-Folien wie PVC oder EPDM sind dünner und mechanisch empfindlicher. Hier spielen Wannensysteme ihre Stärke aus, weil sie großflächig aufliegen. Wichtig ist außerdem die Materialverträglichkeit: PVC-Folien vertragen sich mit manchen Gummiarten schlecht, weshalb der Dachdecker oder Folienhersteller das passende Trennvlies benennen sollte.

Kiesdächer sind unkritisch, solange der Fuß auf einer Gehwegplatte steht, die die Last verteilt. Der Kies selbst ist übrigens schon Ballast und darf nicht einfach beiseitegeschoben werden, denn er hält die Bahnen gegen Wind und UV-Strahlung.

Und ein Punkt, der beim Aufbau gern vergessen wird: Die Aufständerung darf den Wasserablauf nicht blockieren. Ein Gestell quer über der Gefällelinie staut Regenwasser, und stehendes Wasser ist für jede Dachhaut der schnellste Weg in die Undichtigkeit.

Ballast: der Punkt, der über die Sicherheit entscheidet

Eine Aufständerung ohne Verschraubung hält allein durch Gewicht. Wie viel das sein muss, hängt an drei Größen: Windzone, Neigungswinkel und Position auf dem Dach. Als grobe Hausnummer liegen die Werte bei 15 Grad Neigung im Binnenland bei rund 40 bis 50 Kilogramm je Modul, an der Küste deutlich darüber, und im Dachrandbereich verdoppeln sie sich.

Weil dieser Punkt über Sachschaden und Personengefahr entscheidet, hat er einen eigenen Ratgeber: wie viel Ballast auf dem Flachdach nötig ist erklärt die Windzonen, die Zonen auf dem Dach und die Frage, ab wann ein Statiker ranmuss.

Ein Hinweis vorweg: Der steilere Winkel wirkt hier doppelt. Er vergrößert die angeströmte Fläche und den Hebelarm, an dem der Wind ansetzt. Deshalb steigt der Ballastbedarf von 15 auf 30 Grad überproportional.

Fertigsystem oder Eigenbau

Kanthölzer, Winkelprofile, alte Europaletten: Selbstgebaute Aufständerungen sind ein beliebtes Wochenendprojekt, und rein handwerklich ist die Konstruktion kein Hexenwerk. Der Unterschied liegt woanders.

Ein gekauftes System kommt mit einer Ballasttabelle und einer Systemprüfung des Herstellers. Diese Unterlagen sind der Nachweis, dass die Montage nach dem Stand der Technik erfolgt ist, und genau danach fragt im Schadensfall die Haftpflichtversicherung. Löst sich ein selbstgebautes Gestell im Sturm und trifft ein Auto, stehst du ohne diesen Nachweis da.

Wer trotzdem selbst baut, sollte drei Dinge beachten:

• Korrosion: verzinkter Stahl oder Aluminium, Edelstahlschrauben. Holz arbeitet über die Jahre und verliert an Klemmkraft.
• Kein Hebel ohne Gegengewicht: Der Ballast gehört an die Stelle, an der der Wind das Modul anhebt, also an die Hinterkante.
• Sicherung gegen Verschieben: Sturmböen kommen aus wechselnder Richtung. Eine Konstruktion, die nur gegen Abheben gesichert ist, wandert über die Jahre.

Fazit

Auf dem Flachdach gewinnt selten der steilste Winkel. 15 bis 20 Grad nach Süden holen 96 bis 98 Prozent des möglichen Ertrags und halten Ballast, Reihenabstand und Windangriff in einem Rahmen, den ein Garagendach ohne Weiteres trägt. Wer den Strom eher morgens und abends braucht, fährt mit einer flachen Ost-West-Aufstellung oft besser, obwohl der Rohertrag niedriger ausfällt.

Zwei Dinge entscheiden am Ende über Erfolg oder Ärger: eine Schutzmatte unter jedem Auflagepunkt und ehrlich gerechneter Ballast. Wie du den bestimmst, steht im Ratgeber zum Ballast auf dem Flachdach. Steht die Anlage, folgt der letzte Schritt: das Balkonkraftwerk richtig anschließen und im Marktstammdatenregister anmelden.