Wie ein Freiflächengestell für Solarmodule geprüft wird
Lasten, jeder Stab, die Knoten, die Auflager und die Geometrie. Schritt für Schritt — was vor der Fertigung eines Gestells zu prüfen ist und wie Solispec das macht.
Ein Freiflächengestell wirkt einfach: ein Sparren, Stützen, eine Strebe, ein paar Diagonalen. Doch genau dieses Gestell trägt die Module zwanzig Jahre und länger unter Schnee und Wind. Ein Fehler darin zeigt sich nicht auf der Zeichnung, sondern im Winter, nach dem ersten schweren Sturm. Im Folgenden die Prüfreihenfolge, an die wir uns bei Solispec halten. Sie ist auch nützlich, wenn Sie von Hand rechnen.
1. Beginnen Sie mit den Lasten, nicht mit dem Profil
Das Profil wird nach den Lasten gewählt, nicht umgekehrt. In der Ukraine ist die Grundlage ДБН В.1.2-2 „Lasten und Einwirkungen“. Für ein Gestell sind wichtig:
- Schnee — nach Region und nach der Wiederkehrperiode, die Sie für das Objekt wählen;
- Wind — nach Region, Geländekategorie und Höhe der Module;
- das Eigengewicht der Module und der Konstruktion.
Nehmen Sie die Werte für den Standort selbst, nicht „grob nach Oblast“. Solispec setzt anhand der Koordinaten des Grundstücks die Werte des nächstgelegenen Oblastzentrums ein (bis 200 km), und Sie können sie durch eigene ersetzen. Die Geländekategorie beeinflusst den Wind sehr stark: freies Feld und Bebauung sind verschiedene Fälle.
Prüfen Sie beide Kombinationen: mit Schnee als Leiteinwirkung und mit Wind als Leiteinwirkung. Auf verschiedenen Grundstücken ist jeweils eine andere maßgebend, und das lässt sich nicht im Voraus erraten.
Den Kraftbeiwert für geneigte Module erlaubt die ДБН aus EN 1991-1-4 zu übernehmen. Solispec macht genau das und warnt gesondert, wenn der Neigungswinkel außerhalb der Tabelle liegt.
2. Der Wind drückt nicht in der Mitte
Ein verbreiteter Fehler ist, den Wind gleichmäßig über die ganze Modulfläche anzusetzen. Tatsächlich liegt die Resultierende zur windzugewandten Kante hin verschoben (EN 1991-1-4, 7.3(6)). Für das Gestell bedeutet das andere Schnittkräfte im Sparren und in den Stützen, für den Ballast ein anderes Kippmoment. Prüfen Sie beide Windrichtungen: auf die Modulfläche und als Sog.
3. Prüfen Sie jeden Stab, nicht nur die Schiene
Die Schiene ist das auffälligste Bauteil, doch ein Gestell kann im Sparren oder in der Strebe versagen. Deshalb braucht es ein Modell des ganzen Gestells — Knoten, Stäbe, Auflager — und darin die Schnittkraft in jedem Element.
Dann wird jeder Stab nach der Norm für seinen Querschnitt geprüft:
- kaltgeformte C-Profile nach EN 1993-1-3: wirksamer Querschnitt, Knicken durch Querschnittsverformung (Distorsion), Biegedrillknicken;
- Rohre nach ДБН В.2.6-198.
Bei schlanken Stäben entscheidet die Stabilität, nicht die Festigkeit. Prüfen Sie beide Ebenen, jede mit ihrer eigenen Knicklänge: Ein Stab knickt dort aus, wo er am schwächsten ist.
4. Die Knoten sind eine eigene Prüfung
Ein Gestell hält durch seine Schrauben. Für einen Schraubenknoten in einem dünnwandigen Profil verlangt EN 1993-1-3 den Nachweis der Schraube auf Lochleibung der Wand und auf Abscheren.
Ein eigenes Thema ist das gelochte Profil. Die Tabellenformel der Norm (EN 1993-1-3, Tabelle 8.4) gilt für runde Löcher, die Lochung besteht aber aus Langlöchern. Der Knoten liegt dann außerhalb des Anwendungsbereichs der Formel, und seine Tragfähigkeit wird durch Daten des Profilherstellers oder durch Versuche belegt. Der andere Weg ist eine andere Lösung: ein Knotenblech oder ein ungelochtes Profil im Gestell.
5. Geometrie: nichts durch nichts
Ein Gestell, das alle Berechnungen besteht, lässt sich auf der Baustelle womöglich nicht montieren. Zwei Regeln, an die wir uns halten:
- kein Profil geht durch ein anderes hindurch — weder durch einen benachbarten Stab noch durch ein Auflager;
- ein Loch, eine Schraube.
Solispec prüft jedes Elementpaar auf Überschneidung und zeigt, welche Elemente sich genau gegenseitig im Weg sind.
6. Auflager: Pfähle oder Ballast
Ein Pfahl hält über den Boden, seine Tragfähigkeit hängt also vom Boden ab — belegen Sie sie auf dem Grundstück durch Probeeindrehen. Ballast auf dem Boden oder auf dem Dach wird für jede Auflagerlinie auf drei Dinge geprüft:
- Abheben durch Windsog;
- Kippen — unter Berücksichtigung der verschobenen Wind-Resultierenden;
- Gleiten — hier entscheidet die Reibung zwischen Block und Untergrund. Ist der Reibungswert für Ihren Untergrund nicht bestätigt, prüfen Sie ihn.
7. Wenn der Nachweis nicht gelingt
Ein rotes Ergebnis ist kein Anlass, „die Reserve ein wenig zu drehen“. Die echten Optionen:
- eine dickere Profilwand;
- eine kürzere Sparrenspannweite oder eine zusätzliche Stütze;
- ein Rohr statt eines C-Profils;
- weniger Module pro Reihe auf einem Gestell.
In Solispec lässt sich für ein Projekt, das die Prüfung nicht bestanden hat, weder ein PDF noch ein Angebot erzeugen. Der Bericht beginnt mit einem roten Block mit allen kritischen Punkten, sodass Sie sofort sehen, was zu ändern ist.
Kurz gesagt
- Zuerst die Lasten nach ДБН В.1.2-2, beide Kombinationen.
- Wind als verschobene Resultierende, in beiden Richtungen.
- Ein Modell des ganzen Gestells, jeder Stab nach der Norm seines Querschnitts.
- Schraubenknoten gesondert; Lochung mit Vorsicht.
- Geometrie ohne Überschneidungen, ein Loch — eine Schraube.
- Auflager: Abheben, Kippen, Gleiten.
Die Berechnung ist vorläufig. Vor der Montage muss sie ein qualifizierter Ingenieur prüfen.