Zunächst lassen sich anhand der Spezifikationen und Modelle der PV-Module, der Modulanzahl und der Reihenschaltung die Abmessungen der Anlage bestimmen. Anschließend werden, abhängig vom Breitengrad des Projektstandorts und dem Ziel der maximalen jährlichen Stromerzeugung der Photovoltaikanlage, der optimale Neigungswinkel und der Modulabstand ermittelt. Schließlich wird anhand der Windverhältnisse und der maximalen Windstärke am Projektstandort die maximale Windlast bestimmt, der die Anlage standhalten muss. Darauf aufbauend werden Fundament und Tragkonstruktion der Anlage auf ihre Belastbarkeit hin analysiert und nach den Prinzipien der mechanischen Konstruktion ausgelegt. Zusätzlich sollte beim Entwurf der PV-Anlage darauf geachtet werden, dass die Unterkante der Module 30–50 cm über dem Boden oder Dach liegt, um ein Überwuchern durch Unkraut und ein Bedecken mit Schnee im Winter zu verhindern.
Array-Fundament (oder Basis)
Das Fundament besteht in der Regel aus auf dem Boden oder der Dachkonstruktion gegossenem Beton. Auf Dächern kommen zusätzlich Gitterkonstruktionen (mit Ballastblöcken) zum Einsatz. Die Trägerkonstruktion der Solaranlage wird üblicherweise mit Flanschen und Einbauteilen oder durch Bohren von Löchern in das Betonfundament und anschließende Befestigung mit Spreizdübeln am Fundament befestigt. Bei der Installation auf Dächern sollte das Fundament gemäß den Konstruktionsvorgaben an Stellen wie Wänden oder Trägern der Hauptkonstruktion platziert werden, um eine sichere Verankerung zu gewährleisten. Gleichzeitig ist zu beachten, dass eine fehlerhafte Positionierung der Trägerkonstruktion auf dem Fundament zu Abweichungen führen und die Belastung der Hauptkonstruktion beeinflussen kann.
Entwurfsanforderungen an Fundament und Tragkonstruktion
Bei der Planung des Fundaments und der Tragkonstruktion der Solaranlage müssen Tragfähigkeit, Windbeständigkeit und seismische Belastungen umfassend berücksichtigt werden. In Küstenregionen sind zusätzlich Taifunbeständigkeit, Feuchtigkeitsbeständigkeit und Beständigkeit gegen Salznebel erforderlich. Vor der Montage der Tragkonstruktion sind Korrosionsschutzanstriche aufzutragen und freiliegende, eingebettete Metallbauteile korrosions- und rostbeständig zu behandeln, um Schäden und Festigkeitsverluste zu vermeiden. Die Verbindungselemente der Tragkonstruktion sind aus Edelstahl zu fertigen. Werden verzinkte Verbindungselemente verwendet, müssen diese den nationalen Normen entsprechen, um ihre Lebensdauer und Korrosionsbeständigkeit zu gewährleisten. Schrauben, Muttern, Unterlegscheiben und Federscheiben müssen den Anforderungen hinsichtlich Menge, Spezifikationen und Ausführung genügen. Nach dem Anziehen der Schrauben sollte der sichtbare Teil zwei Drittel des Schraubendurchmessers betragen.
Spezifische Schritte für bodenmontierte PV-Kraftwerke
Gemäß den tatsächlichen Gegebenheiten vor Ort:
1. Markieren Sie die Positionen und heben Sie die Fundamentgruben auf dem eingeebneten Gelände aus.
2. Die eingebetteten Bauteile platzieren, die Form positionieren und den Beton gießen. Nach 48 Stunden Aushärtung die Trägerstruktur der Anlage montieren.
3. Installieren Sie die PV-Module, verlegen Sie die Verkabelung, richten Sie die Erdung und den Blitzschutz ein und verlegen Sie die Kabelgräben.
Empfindlichkeit von PV-Modulen gegenüber Verformung
Es ist bekannt, dass Solar-PV-Module als glashaltige Bauteile sehr empfindlich auf Verformungen reagieren. Dies liegt hauptsächlich daran, dass Glas ein sprödes Material ist, das durch ungleichmäßiges Setzen der Träger sowie durch thermische Ausdehnung und Kontraktion innerhalb der Modulebene leicht beschädigt werden kann.
Aufgrund der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten von Stahl und Glas können bei hoher Steifigkeit der Einspannung des Glasbauteils Ausdehnungskräfte zwischen dem Glasbauteil und der Stahlkonstruktion auftreten, die das Glas beeinträchtigen. Die Verwendung kaltgeformter dünnwandiger Profile als Tragkonstruktion für PV-Module kompensiert die negativen Auswirkungen der Steifigkeit von Stahlkonstruktionen. Dies trägt zur Reduzierung von Strukturverformungen, Setzungen des Fundaments und Ausdehnungsverformungen bei und macht die Trägerkonstruktion somit ideal für Solar-PV-Module. Die Optimierung der Tragkonstruktion von Träger und Fundament erfüllt nicht nur die Installations- und Betriebsanforderungen der Module, sondern reduziert auch die Investitionskosten für Träger und Fundamente erheblich.
