Lastannahme Dachlawine / steile Dachverlängerung mit PV

  • Hallo, Statiker, Physiker, PV-Praktiker,


    hat schon mal jemand ausgerechnet (oder gesehen / erfahren), was eine PV-Anlage an Dachlawine aushält?


    Ich will unterhalb des PV-belegten Daches an die Fassade eine Art Vordach montieren und darauf nochmal PV-Module.
    Wenn jetzt vom oberen Dach eine Lawine abgeht, kann die auf das untere knallen und dort evtl. heftigen Schaden anrichten.
    Wie kann ich das abschätzen / verhindern?


    Situation:
    Holzhalle, 7 m Traufe, 13 m Sparrenlänge, 15 ° Dachneigung
    davor (eigener) Acker, also ist Haftung, Verkehrssicherung etc kein Thema.


    Schneelastzone 3 , 550 m ü NN (220 kg / m²)
    Trapezblech mit PV eingedeckt
    nun soll davor an die Fassade auch noch eine PV-Anlage.
    Module Trina PSM PC05 Schneelast 5400 Pa (~ 550 kg/m², richtig?)


    Erfahrungsgemäßt gibt es an der Nordseite (hier ist der Halleneingang) regelmäßig heftige rrrrrrrrummmms-Lawinen,
    danach liegt der Schee wie mit dem Kipper hingefahren. Da will ich weder als Mensch noch mit meinem Auto drunter stehen.
    Ich glaube an der Südseite gab es keine solch heftigen Lawinen mehr, aber vielleicht hat auch einfach niemand zugeschaut.
    Möglichwerweise geht der Schnee auf PV-Modulen langsamer ab als auf Trapezblech, weil die Zwischenräume, Rahmen, etc vermutlich bremsen. Aber will ich mich da drauf verlassen?


    Wie baue ich jetzt meine Fassadenanlage auf?
    aus
    http://www.renewable-energy-co…chneelast-berechnung.html
    und
    http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php
    ergibt sich


    35° 939 peak-h (Optimum)
    45°: 927 peak-h (99%), 110 kg Schneelast
    60°: 896 peak-h (95 %), 0 kg Schneelast
    90°: 640 peak-h (68 %)


    Bei 60° haben wir noch 95 % der Leistung, aber keine statische Schneelast nach DIN 1055-5,
    also haben wir mal damit geplant, auch um die zusätzlichen statischen Lasten im Gebäude klein zu halten.


    Aber das Problem der Dachlawinen, die sich oben auf den 15° angesammelt haben und dann auf das unterhalb liegende 60°-Dach fallen, bleibt trotzdem bestehen.
    Gibt es dafür Lastannahmen? Rechenvorschriften? Erfahrunswerte?
    Selber rechnen? Anfangsgeschwindigkeit? Wurfparabel.... Massenstrom... Umlenkung ... Impulsübergang...

    30 kWp Volleinspeisung in 2009 mit Kaco Powador

    90 kWp Volleinspeisung in 2012 mit SMA Tripower

    Solarlog 2000 PM+

    ca 40 kWp mit Puffer in Planung

  • Zitat von wjr


    Ich will unterhalb des PV-belegten Daches an die Fassade eine Art Vordach montieren und darauf nochmal PV-Module.
    Wenn jetzt vom oberen Dach eine Lawine abgeht, kann die auf das untere knallen und dort evtl. heftigen Schaden anrichten.
    Wie kann ich das abschätzen / verhindern?


    Hallo,
    M.E. wäre eine Konstruktion denkbar, die höchstens um das Maß des normalen Dachüberstandes hervorsteht. Bis dahin dürfte eigentlich nix passieren.

    Zitat von wjr


    Erfahrungsgemäßt gibt es an der Nordseite (hier ist der Halleneingang) regelmäßig heftige rrrrrrrrummmms-Lawinen,
    danach liegt der Schee wie mit dem Kipper hingefahren.


    Wenn du jetzt gemessen hättest (vlt hast du ?) wie weit der Schneeberg von der Gebäudewand weg liegt, dann könnte man das als grobe Richtschnur nehmen, vorausgesetzt Dachüberstand und Dachneigung sind auf Nord - und Südseite gleich.

    Zitat von wjr


    Aber das Problem der Dachlawinen, die sich oben auf den 15° angesammelt haben und dann auf das unterhalb liegende 60°-Dach fallen, bleibt trotzdem bestehen.
    Gibt es dafür Lastannahmen? Rechenvorschriften? Erfahrunswerte?
    Selber rechnen? Anfangsgeschwindigkeit? Wurfparabel.... Massenstrom... Umlenkung ... Impulsübergang...


    Abgesehen, davon , daß diese Berechnung sehr kompliziert werden würde fehlen dir dazu auch noch die zugrundeliegenden Werte+Gewichte. Ist es trockner oder nasser Schnee oder vlt sogar Eis? Wieviel geht auf einmal ab?
    Da kann man nur spekulieren und ich glaube da helfen dir die Werte für die max. zul. Schneelasten auch nicht weiter :roll:
    Wenn ich mir vorstelle, daß ein Schneebrett von 100 kg herunterkommt, dannn erfährt es durch die Fallhöhe eine derartige Beschleunigung, daß die Aufprallwucht um ein vielfaches höher als 100 kg ist.


    Deshalb wäre mein Tip ganz klar:
    :idea: Ich würde es vermeiden Module in den Bereichen zu installieren, in denen Schneelawinen herunterkommen.

    mit freundlichem Gruß
    smoker59

  • Zitat von smoker59


    M.E. wäre eine Konstruktion denkbar, die höchstens um das Maß des normalen Dachüberstandes hervorsteht. Bis dahin dürfte eigentlich nix passieren.


    Klar. Aber dann habe ich Verschattung.
    Im Sommer habe ich vor 7:00 und nach 19:00 (MESZ) durchaus noch respektable Leistungen, wenn die Sonne über +- 90° Azimuth steht. Da fällt mir der Schatten der Dachrinne schon auf die Module, wenn die senkrecht unter der Rinne los gehen.
    Wenn die kpl. dahinter liegen, tritt das noch viel früher auf.
    Deswegen will ich die Module auch alle in eine Ebene legen und nicht in einzeln aufgeständerten Reihen.


    Selbst wenn ich nur die Mittagssonne im Juni rechne:
    90° - 50° Breite + 23° Präzession der Erdachse = 63° Sonnenstand am 15.6. Mittags
    atan(63°) ~ 0,5, also muß ich mindestens doppelte Aufständerung als Abstand halten.
    Damit bringe ich die 4 Modulreihen auf meiner 7-m-Wand gar nicht mehr unter.
    Und wieviel Abschattung habe ich vor/nach 12:00?
    Kann jemand das rechnen? gibt es ein Online-Tool dazu?



    Zitat von smoker59


    Wenn du jetzt gemessen hättest (vlt hast du ?) wie weit der Schneeberg von der Gebäudewand weg liegt, dann könnte man das als grobe Richtschnur nehmen,


    Liegt eigentlich direkt drunter ( < 1 m von der Traufe entfernt, bei 7 m Höhe)
    Ich dachte zunächst, der Schnee würde, wenn er mal ins ruschen gekommen ist, +- frei gleiten wie ein Skifahrer.
    Das ist wohl nicht so.


    Zitat von smoker59


    Abgesehen, davon , daß diese Berechnung sehr kompliziert werden würde fehlen dir dazu auch noch die zugrundeliegenden Werte+Gewichte.
    ....
    Ich würde es vermeiden Module in den Bereichen zu installieren, in denen Schneelawinen herunterkommen.


    "Geht nicht". Damit kann man nichts falsch machen. Alte Beamtenweisheit.
    Leider bin ich kein Beamter ;-)
    Auch die Bauherrn von Projekten wie diesem hier wohl nicht
    http://de.wikipedia.org/w/inde…etimestamp=20090525052911


    Bin Bauer. Und notorischer Selberbastler. "geht nicht" gibts nicht.


    Erster Versuch einer worst-case-Abschätzung:
    Schneelast auf dem Dach haben wir aus der DIN 1055-5 (220 kg/m²)
    Die Rutschgeschwindigkeit ist die große Unbekannte.
    Rutscht der Schnee langsam, gleitet er über die Dachrinne weiter auf das drunter liegende Dach.
    Die Belastung sollte also nicht viel höher sein als auf den unteren Modulreihen des oberen Daches.
    Eher niedriger, weil die Normalkräfte durch die steile Montage geringer werden.
    Rutscht der Schnee schnell, schießt er über das untere Dach ohne Berührung hinweg.
    Worst case ist also, wenn er gerade so schnell rutscht, daß er die untere Kante noch berührt und damit maximal kinetische Energie aufnimmt.


    Wir vernachlässigen mal den Vertikalanteil der Startgeschwindikeit bei 15° Neigung, tun also so, als würde der Schnee horizontal über die Rinne des Oberdaches schießen.


    Aus meiner Zeichnung: 4 Modulreihen + 1 m Abstand (wegen schatten der Dachrinne, s.o.), Dachaufbau etc:
    Kante des Unterdaches liegt 5 m Höhe, 2,5 m seitlich unter der Traufe des Oberdaches.


    freier Fall: s = 1/2 g * t² = 5m
    => t = sqrt(2 * 5m / g) = sqrt(10/9,81 * m²/s²) ~ 1 s
    Berührungskriterium: v_h * t = 2,5 m
    => Horizontalgeschwindigkeit v_h_grenz = 2,5 m/s


    kann das überhaupt auftreten?
    vgl. maximal erreichbare Horizontalgeschwindigkeit
    Annahme: plötzlich vollständiger Verlust der Reibung, z.B. wenn kpl. Dachfläche voll Tauwasser, nur unten ein schmaler Eisstreifen, der plötzlich wegbricht
    => alle potentielle Energie wird reibungsfrei in kinetische umgewandelt
    E_pot = E_kin
    mgh = m/2 * v²
    Oberdach ca 4 m hoch
    => v_h_max = sqrt (2 * g*h) = sqrt(2 * 4 * 9,81 * m²/s²) = 8,9 m/s
    => v_h_max > v_h_grenz
    => "Überschießen" ist theoretisch denkbar


    Zurück zum Grenzfall
    Vertikalgeschwindigkeit nach 5 m Fallhöhe:
    v_v_grenz = sqrt (g*h/2) = sqrt(2 * 5 * 9,81 * m²/s²) = 9,9 m/s
    "Flugwinkel"
    tan (alpha) = v_v_grenz / v_h_grenz = 9,9 m/s / 2,5 m/s = 3,96
    alpha = 76 °


    Neues Koordinatensystem: Modulfläche
    Ein Schneestrom fällt mit 76 ° auf die 60° geneigte Modulfläche
    => relativer Auftreffwinkel 16°
    Auftreffgeschwindigkeit:
    v_grenz_betrag = sqrt (v_v_grenz² + v_h_grenz²)
    = sqrt(9,9² + 2,5²) m/s = 10,2 m/s
    Parallelanteil:
    v_parallel = 10,2 m/s * cos 16° = 9,8 m/s
    Normalanteil:
    v_normal = 10,2 m/s * sin 16° = 2,8 m/s
    Wir hoffen, daß der Parallelanteil schadfrei über die Module gleitet.
    Der Normalanteil muß aber auf jeden Fall durch die Module abgebremst werden.
    Impulserhaltung:
    p = m * v = F * t
    => F = v * m/t
    m/t ist der Massenstrom des Schnees, der oben abrutscht
    Wir betrachten 1 m Trauflänge L.
    Die Schneelast auf dem Oberdach beträgt nach DIN 1055-5 220 kg/m²
    da v_h_grenz = 2,5 m/s gilt
    m/t = 2,5 m/s * 220 kg/m² = 550 kg/(s*m)
    F/L = 550 kg/(s*m) * 2,8 m/s = 1540 kg/s² = 1540 kg * m/s² * 1/m = 1540 N/m
    Durch den Abbremsvorgang wirkt also auf das Modul pro lfm Trauflänge eine Kraft von 1540 N.


    Modulbelastbarkeit: 5400 Pa bei verteilter Last
    Liegende Montage, d.h. Modulbreite (von der Seite gesehen) ca 1m
    Aus der Balkenstatik wissen wir, daß das maximale Biegemoment in der Balkenmitte bei Punktlast doppelt so hoch ist wie bei gleicher Last, wenn sie verteilt ist. Würde also der ganze Schneestrom mittig auf ein Modul treffen, hätte er den selben Druck wie eine flächig verteilte Last von 1540 * 2 = 3080 N auf 1m Modulbreite * 1 m Trauflänge = 3080 Pa
    Das ist < 5400 Pa


    Zwischenfazit:
    wir liegen mit dieser Grenzabschätzung noch im akzeptablen Bereich:
    Das Modul hat eine reale Überlebenschance.
    Tatsächlich liegen aber die beobachteten Horizontalgeschwindigkeiten deutlich niedriger (vgl. Abstand Schneehaufen von der Traufe). Damit trifft die Schneelawine deutlich weiter oben auf das Unterdach, damit mit wesentlich geringerer Geschwindigkeit.


    Andererseits:
    Die Horizontalgeschwindigkeit kann natürlich durchaus auch Schaden verursachen (Rahmen verbiegen, Verankerung lösen...)
    Im Schnee können Eisteile enthalten sein -> punktuell deutlich höhere Lasten
    Die Herstellergarantie gilt nur für statische Lasten, nicht für Stoßlasten
    Schnee muß nicht gleichmäßig abgleiten, sondern kann z.B. in Schneebrettern o.ä. paketweise abfallen / auftreffen


    Fazit: no risk, no fun...

    30 kWp Volleinspeisung in 2009 mit Kaco Powador

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  • Ein Bild sagt mehr als tausend Worte:
    anbei Zeichnung

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  • Zitat von wjr


    Die Rutschgeschwindigkeit ist die große Unbekannte.


    nicht nur die.... :roll:

    Zitat von wjr


    Rutscht der Schnee langsam, gleitet er über die Dachrinne weiter auf das drunter liegende Dach.
    Die Belastung sollte also nicht viel höher sein als auf den unteren Modulreihen des oberen Daches.


    In deinem ersten Beitrag hattest du was von 7 m Traufhöhe geschrieben, ein "Vordach" hatte ich bei etwa 3 - 3,5 m Höhe angesetzt, also bin ich eher von "mit Wucht 3 Meter fallen" als von "langsam Gleiten" ausgegangen.

    Zitat von wjr


    Schneelast auf dem Dach haben wir aus der DIN 1055-5 (220 kg/m²)


    Das bezieht sich auf die statische Belastung pro m² Dachfläche. Du hast was von 13 m Sparrenlänge geschrieben,
    :mrgreen: woher weiss der Schnee, daß er auf 13 Meter Sparrenlänge immer nur in 1 m² Paketen abrutschen darf ? :mrgreen:
    Spass beiseite, wenn im "worstcase" die gesamte Fläche auf einmal runterknallt, dann werden aus 13 m² nebeneinander ganz schnell 13m² "übereinander" als kompaktes Schneepaket mit 2860 kg ( 220kg/m² x 13 ) Gewicht. Die landen dann auf deinen mit 60 Grad Neigung angebauten Modulen :shock:

    Zitat von wjr


    Schnee muß nicht gleichmäßig abgleiten, sondern kann z.B. in Schneebrettern o.ä. paketweise abfallen / auftreffen


    Eben....oder in Form von Eiszapfen.... :shock:

    Zitat von wjr


    Fazit: no risk, no fun...


    Na, dann wünsche ich dir letzteres, ersteres wäre mir zu hoch :mrgreen:

    mit freundlichem Gruß
    smoker59

  • Zitat von wjr

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    :idea: Stimmt, jetzt wird einiges klarer. Da hab ich dich wohl missverstanden, ich bin von einer Art "Vordach" ausgegangen ! Das könnte man riskieren, allerdings bin ich nicht sicher, ob dieses "Bauwerk" dann auch "Dachanlagen-vergütungsfähig" ist. So wie das auf deiner Zeichnung aussieht hat die Konstruktion nur einen Zweck, die Aufnahme einer PV-Anlage. Da könnte sich ein "Papiertiger" und "Paragraphenreiter" dran stören.

    mit freundlichem Gruß
    smoker59

  • Hallo wjr,


    warum denn Vordach und nicht "Dachüberstand"?
    Schließ dein "Vordach doch einfach mit einer neuen Dachneigung von 35° an die Traufe an. Bei einer zusätzlichen Dachlänge von gut 5 m läge die neue Traufe auf ca 4m Höhe und hätte 4 m Abstand vom Gebäude. Da kommt man noch schön mit dem Traktor drunter um Geräte abzustellen oder Holz zu lagern.
    Bei 3 Modulreihen senkrecht übereinander ergäbe sich eine zusätzliche Anlagenleistung von ca. 8-9 kWp.


    Über Aufpralllasten von Dachlawinen brauchst du dir dann keinen Kopf mehr machen, allerdings um eine Baugenehmigung.

    Viele Grüße
    Bento


    Auch an Tagen, an denen der Himmel grau ist, ist die Sonne nie ganz verschwunden.
    (Arnaud Desjardins)

  • Zitat von smoker59


    (...) allerdings bin ich nicht sicher, ob dieses "Bauwerk" dann auch "Dachanlagen-vergütungsfähig" ist. So wie das auf deiner Zeichnung aussieht hat die Konstruktion nur einen Zweck, die Aufnahme einer PV-Anlage. Da könnte sich ein "Papiertiger" und "Paragraphenreiter" dran stören.

    [/quote]


    Hallo, smoker59
    bei der Frage war ich schon:
    http://www.photovoltaikforum.c…eeg--p706125.html#p706125


    Im übrigen befindet sich in der Halle ein Kartoffellager mit passiver Außenluftkühlung.
    Ich erwarte mir von der PV-Anlage an der Südseite durchaus positive Verschattungseffekte, d.h. langsamere Erwärmung des Lagers bei Sonneneinstrahlung...

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  • Zitat von Bento

    Hallo wjr,


    warum denn Vordach und nicht "Dachüberstand"?
    Schließ dein "Vordach doch einfach mit einer neuen Dachneigung von 35° an die Traufe an. Bei einer zusätzlichen Dachlänge von gut 5 m läge die neue Traufe auf ca 4m Höhe und hätte 4 m Abstand vom Gebäude. Da kommt man noch schön mit dem Traktor drunter um Geräte abzustellen oder Holz zu lagern.
    Bei 3 Modulreihen senkrecht übereinander ergäbe sich eine zusätzliche Anlagenleistung von ca. 8-9 kWp.


    Über Aufpralllasten von Dachlawinen brauchst du dir dann keinen Kopf mehr machen, allerdings um eine Baugenehmigung.


    1) an der Halle geht mein Acker vorbei. Eine Bebauung würde da wieder die gerade Flucht runieren. Um das ganze zu nutzen, müßte auch noch eine Zufahrt erstellt werden, weil das Gebäude eigentlich von Norden her erschlossen ist.


    2) 4m zusätzlicher frei tragender Abstand vom Gebäude mit 35° heißt 32 to Schneelast mit 3 m Hebellänge. Ich hatte schon Angst um den Gesundheitszustand meines Statikers, als ich ihm am Telefon angesichts meiner vorsichtigen Anfrage nach Luft japsen hörte....


    3) nicht nur Baugenehmigung, auch geprüfte Statik. Hat mich beim Hauptbau schon den letzten Nerv gekostet.
    4500 Euro dafür, 90 Seiten Berechnungen mit Stempeln zu versehen. Im Vergleich dazu hat die Fa die die Nagelbinder geliefert hat, 9000,- für das Erstellen dieser Statik, die Fertigung und Lieferung der Binder, einschließlich Schwertransport mit Poliziebegleitung gekostet....


    4) Baugenehmigung??? Die Anlage soll zum 30.6.2012 betriebsbereit sein.
    http://www.photovoltaikforum.com/viewtopic.php?f=17&t=77271
    Da wird es Zeit, Material zu schieben, nicht Papier...

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  • Zitat von wjr


    .... an der Halle geht mein Acker vorbei. Eine Bebauung würde da wieder die gerade Flucht runieren. Um das ganze zu nutzen, müßte auch noch eine Zufahrt erstellt werden, weil das Gebäude eigentlich von Norden her erschlossen ist.


    Das hatte ich mir aufgrund deiner Zeichnung schon gedacht, sonst hätte ich dir das gleiche vorgeschlagen wie Bento

    Zitat von wjr


    Hallo, smoker59
    bei der Frage war ich schon:
    http://www.photovoltaikforum.c…eeg--p706125.html#p706125


    Na, wenn das schon geklärt ist dann nix wie los, time is monkey (oder money :?: ), egal leg los, es wird Zeit wenn du bis Ende Juni fertig werden willst. Und nicht vergessen, wenn`s fertig ist wollen wir Foto`s sehen. :mrgreen:

    mit freundlichem Gruß
    smoker59