Bodenmontierte Solaranlagen mit Betonballast
Betonballast-Boden-Solarmontagestrukturen,eine Schlüssellösung für kommerzielle und großtechnische Solarprojekte, bei denen eine Dachmontage nicht möglich und eine Bodendurchdringung unerwünscht ist. Was sind Bodenmontagesysteme mit Betonballast?
Ein Betonballast-Montagesystem ist ein nicht durchdringendes, beschwertes Fundament für Solaranlagen. Anstatt mit Rammpfählen oder Betonpfeilern im Boden verankert zu sein, wird die gesamte Struktur durch das schiere Gewicht von Betonblöcken an ihrem Platz gehalten.
Diese Systeme werden hauptsächlich in zwei Szenarien eingesetzt:
Auf Flachdächern oder Dächern mit geringer Neigung: Insbesondere auf großen Gewerbegebäuden mit Membrandächern (EPDM, TPO, PVC), die nicht durchdrungen werden können. (Wir konzentrieren uns auf Bodenanwendungen, aber das Prinzip ist identisch.)
Am Boden: Wo herkömmliches Bohren oder Rammen aufgrund der Standortbedingungen schwierig, teuer oder verboten ist. Kernkomponenten eines ballastierten Bodenmontagesystems 1. Ballastblöcke aus Beton: Dies sind die "foundation.". Es gibt folgende Typen: • Vorgefertigte Blöcke: Standardmäßige Betonblöcke (wie große Schlackenblöcke), die von einem Lieferanten gekauft werden. • Kundenspezifische Gusströge: Lange, U-förmige Betontröge, in denen die Regalschienen sitzen. Diese sind üblich und verteilen das Gewicht gleichmäßig. • Vor Ort gegossene Blöcke: Beton, der vor Ort in Formen gegossen wird, was bei sehr großen Projekten kostengünstiger sein kann.
2. Regalstruktur: Hauptsächlich aus Aluminium (für Korrosionsbeständigkeit und Gewichtsersparnis) oder manchmal aus verzinktem Stahl. Dazu gehören die Schienen, Pfetten und Beine.
3. Ballastwannen/-halterungen/-füße: Dies sind die kritischen Schnittstellenkomponenten. Es handelt sich in der Regel um Metallrahmen oder -körbe (Stahl oder Aluminium), die: • die Ballastblöcke halten. • direkt an den Regalbeinen oder -schienen befestigt sind. • so konstruiert sind, dass sie das Gewicht des Ballasts effektiv verteilen.
4. Geotextilgewebe (optional, aber empfohlen): Wird direkt auf den Boden gelegt, bevor die Ballastblöcke platziert werden. Es verhindert, dass Vegetation durch die Anordnung wächst und trägt zur Bodenstabilisierung bei.
Funktionsweise von Ballastsystemen: Das technische Prinzip Das System widersteht dem Anheben durch Wind oder anderen Kräften durch das Gewicht des Ballasts und nicht durch die Tiefe des Fundaments. • Windauftrieb: Die wichtigste zu überwindende Kraft. Wenn der Wind unter und über die geneigten Paneele strömt, entsteht eine Auftriebskraft. Das Gesamtgewicht des Betonballasts muss deutlich höher sein als die berechnete Auftriebskraft für den Standort. • Kippmoment: Auch der Wind versucht, die Anlage umzustoßen. Das Gewicht des Ballasts erzeugt in Kombination mit der breiten Basis der Ballastwannen ein stabilisierendes Moment, das dieser Kippkraft Widerstand leistet. • Sicherheitsfaktor: Ingenieure konstruieren diese Systeme mit einem großen Sicherheitsfaktor (z. B. 1,5 oder höher).
Das bedeutet, dass das Ballastgewicht um mehr als 50 % höher berechnet wird als die maximal zu erwartende Auftriebskraft. Hauptvorteile von ballastierten Bodenhalterungen
1. Keine Bodendurchdringung (größter Vorteil): • Ideal für kontaminierte oder sanierte Flächen: Kann auf Brachflächen mit undurchdringlichen Abdeckungen gebaut werden. • Vermeidet unterirdische Versorgungsleitungen: Keine Gefahr, Strom-, Gas- oder Wasserleitungen zu treffen. • Schützt Mülldeponien: Perfekt für Solaranlagen auf geschlossenen Mülldeponienabdeckungen. • Vereinfacht die Genehmigung: Ist oft einfacher zu genehmigen als bei durchdringenden Systemen, da sie in einigen Rechtsräumen nicht als dauerhafte Struktur gelten.
2. Schnelle und einfache Installation: • Minimaler Bedarf an schwerem Gerät: Es sind keine Rammen, Bohrgeräte oder Betonmischer für Pfeiler erforderlich. Die Installation kann oft mit einem Gabelstapler oder einem kleinen Teleskoplader zum Platzieren der Blöcke erfolgen. • Schnellere Konstruktion: Der Prozess besteht in erster Linie aus Zusammenbau und Platzierung, nicht aus Aushub und Bohren, was unter geeigneten Bedingungen schneller sein kann.
3. Reversibilität und minimale Auswirkungen auf den Standort: • Das System ist nicht dauerhaft. Am Ende der Lebensdauer der Anlage können die Blöcke entfernt und häufig recycelt werden, und das Land wird mit minimalen Störungen in seinen ursprünglichen Zustand zurückversetzt.
4. Kosteneffizienz an geeigneten Standorten: • An Standorten mit problematischem Boden (felsig, hoher Grundwasserspiegel) oder den oben genannten Einschränkungen können Ballastsysteme erheblich günstiger sein als komplexe Aushubarbeiten oder Spezialbohrungen.
Wesentliche Nachteile und Designherausforderungen
1. Die Bodentragfähigkeit ist entscheidend: Dies ist die wichtigste technische Einschränkung. Der Boden muss das enorme Gewicht des Betons tragen können, ohne sich ungleichmäßig zu setzen. Ein Geotechniker muss den Boden prüfen, um die zulässige Tragfähigkeit (z. B. 2.500 psf) zu bestimmen. Schlechter Boden (z. B. Schüttboden, Lehm) kann Schottersysteme unmöglich oder unerschwinglich machen.
2. Hohe Material- und Transportkosten: • Beton ist extrem schwer. Der Transport Tausender Betonblöcke zu einer Baustelle ist teuer und eine logistische Herausforderung. • Das System verwendet eine viel größere Menge Aluminium/Stahl für die Regale, um eine stabile, breite Basis zu schaffen.
3. Nicht für abschüssiges Gelände geeignet: Ballastsysteme sind für sehr ebenes Gelände konzipiert (typischerweise Neigungen von weniger als 3–5 Grad). An Hängen sind sie unpraktisch.
4. Windabweiser: In windreichen Regionen muss die Konstruktion sorgfältig geplant werden, um zu verhindern, dass der Wind unter die Anlage gelangt und sie nach oben zieht. Dies erfordert oft einen sehr flachen Neigungswinkel oder Windabweiser.
5. Mögliches Vegetationswachstum: Ohne ordnungsgemäße Vorbereitung des Standorts (Geotextilgewebe und Kies) kann Vegetation wachsen und die Schotterwannen anheben, wodurch die Stabilität beeinträchtigt wird. Der Entwurfs- und Installationsprozess 1. Geotechnische Untersuchung: Ein unverzichtbarer erster Schritt zur Bestimmung der Bodentragfähigkeit. 2. Wind- und Schneelastanalyse: Ein Ingenieur berechnet die spezifischen Wind- und Schneelasten für den Projektstandort anhand lokaler Vorschriften (z. B. ASCE 7).
3. Ballastberechnung: Der Regalhersteller oder -ingenieur berechnet die exakte Ballastmenge, die pro Modul oder pro Tisch benötigt wird, um den Belastungen standzuhalten, unter Berücksichtigung eines Sicherheitsfaktors. Daraus ergeben sich die Größe und Anzahl der Blöcke.
4. Vorbereitung des Standorts: Der Boden wird planiert, sodass er vollkommen eben ist. Geotextilgewebe wird ausgelegt und oft mit einer Kiesschicht zur Entwässerung und Unkrautbekämpfung bedeckt.
5. Aufbau und Montage: Die Regalfüße und Querpfetten werden am Boden montiert.
6. Schotterplatzierung: Die Betonblöcke werden gemäß dem technischen Plan sorgfältig in die Schotterwannen oder -wiegen gelegt.
7. Modulinstallation: Solarmodule werden an der nun beschwerten Struktur befestigt. Führende Marken und Systemtypen • Terrasmart: Ein wichtiger Akteur auf dem US-Markt, bekannt für seine Ballastlösungen für Boden- und Dachmontagen, die oft ein "split-rail"-System für eine einfachere Installation verwenden. • GameChange Solar: Bietet das "Genius Ballast"-System an, das vorgefertigte Ballastblöcke und eine hochgradig konfigurierbare Gestellstruktur verwendet. • Schletter: Ein deutscher Hersteller mit globaler Präsenz, der robuste Ballastsysteme für verschiedene Geländearten anbietet. • Unirac: Bietet Ballastlösungen für gewerbliche Flachdächer, deren Prinzipien denen vonBodenhalterungen.
Fazit: Wann ist eine Bodenmontage mit Ballast empfehlenswert? Wählen Sie ein Ballastsystem, wenn: • der Standort eine hohe Bodentragfähigkeit aufweist. • ein Eindringen in den Boden verboten ist (Deponien, Brachflächen, abgedeckte Standorte). • der Boden sehr eben ist. • die Untergrundbedingungen schwierig sind (Fels, hoher Grundwasserspiegel), was das Bohren teurer macht. Vermeiden Sie ein Ballastsystem, wenn: • der Boden schwach ist oder eine geringe Tragfähigkeit aufweist. • der Standort abschüssig ist. • der Standort abgelegen ist und die Kosten für den Transport großer Betonmengen zu hoch sind.
Zusammenfassend:Betonballast-Bodenhalterungensind eine hochspezialisierte und unschätzbar wertvolle technische Lösung, die die großflächige Entwicklung von Solaranlagen an Standorten ermöglicht, an denen herkömmliche Methoden versagen, und so andernfalls unbrauchbares Land in eine Quelle sauberer Energie verwandelt.