Photovoltaik-Anlagen auf Steildächern sind vor allem bei Einfamilienhäusern weit verbreitet. Was lange kaum beachtet wurde: Sie verändern das Temperatur- und Feuchteverhalten der Dachkonstruktion und können damit unter Umständen Feuchteschäden verursachen. Zu diesem Ergebnis kommt eine Untersuchung des Fraunhofer IBP, die vom Dämmstoffhersteller Saint-Gobain Isover gefördert wurde.
Das klassische, mit Dachpfannen aus Ton oder Beton eingedeckte Steildach muss Wind und Wetter trotzen und das Haus je nach Jahreszeit vor Hitze oder Kälte schützen. Dabei sollte die Konstruktion unter der äußeren Dachhaut – klassischerweise bestehend aus Unterdeckbahn , Wärmedämmung, Dampfbremse sowie den Holzsparren und -latten des tragenden Dachstuhls – möglichst trocken bleiben. Photovoltaik -Aufdachanlagen bewirken eine Verschattung von Teilen der Dachfläche und erhöhen damit das Risiko von Feuchteschäden. Diffusionsoffene Unterdeckbahnen, Dämmstoffe und Dampfbremsen wiederum senken dieses Risiko.
Verschattung der Dachfläche
Aufgeständerte Photovoltaik-Anlagen (PV-Anlagen) können Schimmel und Feuchtigkeit in Steildachkonstruktionen begünstigen. Zu diesem Schluss kommt auch die vom Dämmstoffhersteller Isover geförderte Untersuchung, die das Fraunhofer-Institut für Bauphysik (Fraunhofer IBP) mithilfe von Langzeitmessungen durchgeführt hat (siehe IBP-Mitteilung 585 ).
Ursache ist die partielle Verschattung der Dachfläche, die zu einer Veränderung der Temperatur- beziehungsweise Feuchtesituation unter den PV-Modulen führt. Der dortige Dachbereich bleibt im Sommer kühler. Erhöhte Einbaufeuchten im hölzernen Dachstuhl beziehungsweise der Feuchtigkeitseintrag aus dem Innenraum trocknen daher langsamer aus. Feuchtigkeit bleibt somit länger in der Holzkonstruktion und kann dadurch dauerhafte Schäden wie zum Beispiel Schimmel verursachen.
Das Fraunhofer IBP hat die Veränderungen in Steildachkonstruktionen durch PV-Aufdachanlagen jahrelang genau beobachtet. Konkret geschah dies von 2022 bis 2023 auf einer 40 Grad nach Süden orientierten Steildachfläche im Allgäu sowie daran anschließend von 2023 bis 2025 auf einer 16 Grad nach Süden orientierten Steildachkonstruktion am Fraunhofer-Standort im oberbayerischen Holzkirchen. Aus den Messungen entwickelten die Forschenden ein hygrothermisches Modell zur Simulation des Temperatur- und Feuchteverhaltens von Steildachflächen unter Einwirkung von PV-Modulen.
Die Messungen belegten in den Sommermonaten erhebliche Temperaturdifferenzen – bis zu 15,5 Kelvin – zwischen Dachflächen mit oder ohne PV-Verschattung. Diese Differenzen können nach Angaben des Fraunhofer IBP zu einem „wesentlich reduzierten Rücktrocknungsvermögen durch Umkehrdiffusion in den Sommermonaten“ führen.
Schäden an der Eindeckung
Der Dämmstoffexperte Rockwool hat im Februar auf der Messe Dach+Holz in Köln darauf hingewiesen, dass Feuchteschäden auf Steildächern mit PV-Modulen natürlich auch durch mechanische Beschädigungen der Dachhaut ausgelöst werden können. Nicht auf die Dachdeckung abgestimmte Befestigungen und ein geringes Bewusstsein für die statischen Auswirkungen auf die Dachkonstruktion nannte der Steinwolle -Hersteller als Ursachen.
Die Ständerkonstruktionen und Dachhaken der Module müssten genau auf die Dacheindeckungen abgestimmt werden, um Beschädigungen der Eindeckung und eine daraus folgende Durchfeuchtung der Dachkonstruktion zuverlässig zu vermeiden – betont Rockwool. Zusätzliche Schubschrauben, die Konterlattung und Dämmung durchdringen und bis in den Sparren geschraubt werden, seien zudem für die statische Sicherheit der Gesamtkonstruktion wichtig.
Nur derart stabilisierte Dachkonstruktionen seien in der Lage, das zusätzliche Gewicht von PV-Anlagen und vor allem die zusätzlichen auskragenden Lasten der Module abzutragen, die durch Wind- und Schneelasten noch erhöht werden können.
Praxisgerechtes Verschattungsmodell
Doch zurück zum Problem von Feuchteschäden durch den Verschattungseffekt von PV-Modulen. Entsprechende Feuchteschäden kommen nach den Ergebnissen der Fraunhofer-Untersuchung besonders häufig bei Steildächern vor, die auf der Außenseite über dampfbremsende Dachbahnen verfügen. Das trifft insbesondere auf Altbauten mit dichten Unterdeckbahnen aus Bitumen zu.
Die Forschenden simulierten beispielsweise das Temperatur- und Feuchteverhalten einer 35 Grad nach Osten geneigten Altbau-Steildachkonstruktion, die über einen 170 mm starken Dämmung ( WLG 032), eine feuchtevariable Dampfbremse auf der Raumseite und eine außenliegende Bitumen-Unterdeckbahn auf 20 mm dicker Holzschalung verfügt. Dabei blieb der Wassergehalt in der Holzschalung unterhalb des Grenzwertes von 20 M.-% (gemäß DIN 68800-2), sofern keine PV-Verschattung vorlag.
Nach Montage von Aufdach-PV-Modulen ergab die Simulation aber eine deutliche Überschreitung des Grenzwerts – wenn auch bei Weitem nicht so stark, wie es bei aufgeständerten PV-Modulen auf einem Flachdach zu beobachten ist. Das Fraunhofer IBP folgert gleichwohl, dass Solaranlagen einen signifikanten Einfluss auf das Temperatur- und Feuchteverhalten nicht nur von Flach-, sondern auch von Steildächern haben. Dies sei bei der Feuchteschutzbeurteilung zu berücksichtigen.
Als Ergebnis der Untersuchungen will das Fraunhofer IBP ein praxisgerechtes Verschattungsmodell entwickeln, mit dessen Hilfe künftig eine hygrothermische Simulation von Steildächern mit Solaranlagen möglich sein soll. Mithilfe dieses Simulationsmodells soll einfach überprüfbar werden, ob eine vorhandene Dachkonstruktion für PV-Aufdach-Module direkt geeignet ist oder ob zunächst ergänzende Maßnahmen – etwa eine Überdämmung der Sparren – erforderlich sind.
Feuchtevariable Dampfbremsen
Um die Dachkonstruktion auch mit Photovoltaikanlage vor Feuchte und Schimmel zu schützen, sind diffusionsoffene Dämmstoffe und ein leistungsstarkes Luftdichtheits- und Feuchteschutzsystem vorteilhaft. Isover empfiehlt in diesem Zusammenhang seine feuchtevariable Vario-Dampfbremse . Für feuchtetechnisch besonders herausfordernde Steildächer, etwa durch PV-Modul-Verschattung und/oder dampfdichte Außenoberflächen, hat der Baustoffhersteller die Klimamembran „Vario Xtra-Safe“ im Programm.
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Feuchtevariable Vario-Klimamembrane passen sich flexibel an die wechselnden Umgebungsbedingungen an. Im Winter, wenn sich die Dachkonstruktion so stark abgekühlt hat, dass Wasserdampf im Dachschichtenpaket als flüssiges Wasser zu kondensieren droht, wirken sie als Dampfbremse und hindern Feuchtigkeit aus den warmen Innenräumen daran, in die Dachkonstruktion einzudringen. Im Sommer dagegen öffnen sich die Poren der Membran, sodass eventuell noch in der Konstruktion befindliche Feuchtigkeit schnell in den Innenraum abgeführt wird.
Die Wirksamkeit der Vario-Dampfbremsen unter Dächern mit PV-Modulen wurde bei den Untersuchungen des Fraunhofer IBP bestätigt. Trotz der verlangsamten Rücktrocknungsprozesse durch PV-Anlagen konnte Isover daraufhin zahlreiche Konstruktionen für deutschlandweite Standorte < 700 m über NN freigeben. Weitere Details zu diesem Thema bietet der Hersteller auf seiner Website unter diesem Link .
