Integratie van zonnepanelen in daken 2009/02.06

De interesse voor zonlichtinstallaties is nog nooit zo groot geweest als vandaag. Bovendien blijkt er op de markt nog volop ruimte te zijn voor uitbreiding. Zo treft men naast kleine installaties op daken van individuele woningen tegenwoordig ook steeds vaker grote installaties aan in industriële omgevingen.
Zonne-energie kan op twee manieren actief benut worden in gebouwen :

  • voor het opwarmen van sanitair water via een zonneboiler
  • voor het opwekken van elektriciteit via een fotovoltaïsch systeem, gekoppeld aan het elektriciteitsnet.
Omdat het hier nog een relatief nieuwe techniek betreft, besteden we in dit artikel aandacht aan de diverse aspecten waarmee een aannemer van dak- of dichtingswerken dient rekening te houden bij de plaatsing van dergelijke systemen op nieuwe of bestaande daken.

Andere opstellingen, zoals gevelmontages of vrije opstellingen worden evenwel niet specifiek besproken. Ook de dimensionering van het systeem en de verdere aansluiting op de elektrische of sanitaire binneninstallatie worden buiten beschouwing gelaten. Voor dit laatste aspect verwijzen we naar de Technische Voorlichting nr. 212.

1. Inplanting van de panelen op het dak

1.1. Helling en oriëntatie

Om een optimaal rendement te verkrijgen, dienen de zonnepanelen (of het nu gaat om zonnecollectoren of om fotovoltaïsche cellen) zoveel mogelijk blootgesteld te worden aan directe zonnestraling. Ze zijn echter ook in staat om diffuse straling op te vangen. Het is hierbij steeds belangrijk te opteren voor een plaatsing die een maximaal rendement garandeert op jaarbasis.

1.2. Beschaduwing

De beschaduwing van de panelen belemmert de inval van het zonlicht en reduceert bijgevolg het rendement ervan. Terwijl een beperkte schaduwinval de prestaties van een zonnecollector meestal slechts in geringe mate zal beïnvloeden, zijn fotovoltaïsche cellen daarentegen uiterst gevoelig voor beschaduwing. Hierdoor kan het rendementsverlies van het paneel in bepaalde gevallen veel groter zijn dan proportioneel verwacht.

2. Positie van de panelen tegenover het dakvlak

2.1. Opstelling van zonnepanelen

Bij hellende daken kunnen de zonnepanelen zowel bovenop de dakbedekking geplaatst worden (zie afbeelding 1) als erin geïntegreerd worden (zie afbeelding 2). In dit laatste geval nemen ze de rol van de dakbedekking over.

Afb. 1 Bevestiging van fotovoltaïsche panelen op een hellend dak.
Afb. 2 Integratie van zonnecollectoren in hellende daken.

Op platte daken worden de zonlichtmodules normaalgesproken op een metalen frame geplaatst dat de juiste helling en oriëntatie vertoont (zie afbeelding 3). Deze frames kunnen op verschillende manieren bevestigd worden op het dak. Zo kunnen ze bijvoorbeeld doorheen de afdichting aan de onderliggende constructie verankerd worden. Om de integriteit van de afdichting te bewaren, dient men - welke montagewijze ook gehanteerd wordt - rekening te houden met enkele specifieke aandachtspunten.

2.2. Verluchting van fotovoltaïsche panelen

Afb. 3 Het rendement verhoogt door een goede verluchting van de achterzijde.
De prestaties van fotovoltaïsche panelen worden mede bepaald door de temperatuur van de cellen, waarbij hogere temperaturen een lager vermogen opleveren. Zo zal het rendement positief beïnvloed worden indien de achterzijde van de panelen goed verlucht is, wat doorgaans het geval is bij een opstelling op platte daken (zie afbeelding 3). Indien de panelen de dakhelling volgen, kan het rendement daarentegen 2 tot 5 % lager liggen.

3. Montage van de panelen

3.1. Optredende krachten

Zonnepanelen oefenen diverse krachten uit op de dakconstructie. Vooreerst dient men het - doorgaans beperkte - eigengewicht van de panelen zelf in rekening te brengen. Een tweede belasting wordt gevormd door de windkrachten. Bij de bepaling van de uitgeoefende winddruk dient men rekening te houden met de hoogte van het gebouw en de terreinfactoren, waarbij er een aanzienlijk verschil merkbaar is tussen een opstelling op een open vlakte aan de kust en een opstelling in een sterk verstedelijkt gebied.

De winddrukfactoren worden in sterke mate beïnvloed door de volgende plaatsingsparameters :

  • de helling van het dak en van de panelen
  • de plaats van de panelen ten opzichte van de dakranden
  • de afstand van de panelen tot het dak
  • de blootstellingsgraad van de achterzijde van de panelen
  • de nabijheid van windobstakels (bv. dakkapellen of schoorstenen).
Na de berekening van de globale windkracht, loodrecht op het paneel, kan men deze ontleden in druk-, trek- of schuifkrachten die moeten opgevangen worden door de dakbevestiging. Indien men een ballast gebruikt als tegengewicht voor de windbelasting op een plat dak, oefent deze een extra kracht uit op de draagstructuur.

3.2. Eisen voor de draagconstructie en de verankering

De draagconstructie dient voldoende sterk te zijn om weerstand te kunnen bieden aan de belastingen die gepaard gaan met de aanwezigheid van zonnepanelen op het dak.

Vermits de windkracht die aangrijpt op de panelen redelijk groot kan zijn, moeten deze voldoende verankerd worden aan de draagstructuur van het gebouw. Om de correcte dimensionering van de bevestiging van de panelen aan de draagstructuur toe te laten, dient men bijgevolg eerst over te gaan tot de nauwkeurige bepaling van de windbelasting, rekening houdend met de in § 3.1 aangehaalde parameters.

Bij hellende daken worden de panelen gewoonlijk via metalen ankers met een toereikende uittrek­weerstand bevestigd aan de kepers of spantbenen.

Op platte daken worden de zonnepanelen daarentegen op hun plaats gehouden met behulp van een ballast of door ze doorheen de afdichting aan de onderliggende draagstructuur te verankeren (bv. met metalen profielen). De keuze voor een ballast of verankering wordt mede bepaald door de draagkracht van het dak (lichte of massieve constructie).

Indien men gebruik maakt van ballast, moet men er steeds op toezien dat de dakafdichting intact blijft en dat de onderliggende isolatie een toereikende druksterkte vertoont, teneinde de ongeoorloofde vervorming van de dakvloer tegen te gaan. Bij een bevestiging op een plat dak moet men ervoor zorgen dat de afdichting niet beschadigd wordt.

Om de thermische uitzetting van het metalen frame mogelijk te maken, worden de zonnepanelen met een schuivende verbinding op de ondergrond bevestigd, en dit zowel in de langs- als in de dwarsrichting. De verbinding van de panelen met de installatie gebeurt op haar beurt door middel van flexibele leidingen (of onderdelen), waardoor een eventuele vervorming van de panelen of van de draagstructuur geen aanleiding geeft tot beschadigingen.

3.3. Aansluitingsdetails

Om de bevestiging van de panelen en de doorvoer van de eventuele leidingen en kabels mogelijk te maken, zal de dakopbouw op een aantal plaatsen onvermijdelijk doorboord moeten worden. Het spreekt voor zich dat elk van de doorboorde wanddelen correct moet worden afgedicht.

Bij hellende daken met ingebouwde panelen is het niet alleen belangrijk toe te zien op de regendichtheid tussen de panelen en de dakbedekking, maar ook ter hoogte van de bevestigingshaken (en eventuele leidingen). Tenslotte moeten de regen- en winddichtheid ter hoogte van het onderdak, de continuïteit van de isolatielaag en de integriteit van het luchtscherm verzekerd blijven over de volledige dakoppervlakte.

Voor platte daken moet men niet alleen rekening houden met de voornoemde aandachtspunten, maar moet men er tevens voor zorgen dat de koudebrugwerking van de eventuele metalen profielen die het isolatiepakket doorboren, geminimaliseerd wordt.

3.4. Brandveiligheid

Zonnecollectoren moeten zodanig gemonteerd worden dat hun oppervlaktetemperatuur nooit te hoog oploopt. Zoniet treden er immers aanzienlijke energieverliezen op en kan er tevens brandgevaar ontstaan (vooral op rieten daken). Het is met andere woorden geen overbodige luxe om de panelen en hun verbindingen met de gebouwinstallaties (bv. de leidingen die de zonnecollector verbinden met de boiler) voldoende te isoleren.

Fotovoltaïsche panelen op daken zijn erg gevoelig voor blikseminslag. Omwille van hun verbinding met de volledige elektrische installatie van het gebouw, blijft de aangerichte schade bovendien vaak niet beperkt tot de panelen alleen. Daarom is het - vooral bij installaties van meer dan 10 kWp (kilo­wattpiek) - aan te raden om een bliksemafleider te voorzien en de interne elektrische installatie op afdoende wijze te beveiligen.

3.5. Arbeidsveiligheid

Ook bij relatief kleine werken zoals de plaatsing van zonnepanelen op het dak van particuliere woningen, dient de arbeidsveiligheid te allen tijde gewaarborgd te worden. We verwijzen hiervoor naar de bepalingen van het NAVB terzake.

4. Besluit

Hoewel de installatie van zonnepanelen een spectaculaire groei kent in ons land, blijft het een zeer gespecialiseerde taak waarbij niet alleen een beroep gedaan wordt op de competentie van de aannemers die de panelen moeten plaatsen op het dak, maar ook op deze van de personen die de technische installatie (elektriciteit/verwarming) verzorgen. Teneinde de verschillende betrokkenen beter in te lichten over de aspecten die van belang zijn om eventuele schadegevallen te vermijden, zal het WTCB de hierboven aangehaalde aandachtspunten verder uitdiepen in een aantal artikels.


P. Van den Bossche, ing., projectleider, afdeling 'Energie en Klimaat'
F. Dobbels, ir.-arch., technologisch adviseur (*), projectleider, afdeling 'Energie en Klimaat'

(*) TD 'Duurzame gebouwschil', gesubsidieerd door het IWT.
Nuttige informatie
De vzw Quest ijvert voor een verhoging van de kwaliteit van kleinschalige hernieuwbare energietoepassingen door het opzetten van een vrijwillig kwaliteitssysteem. Voor meer informatie kan men terecht op de website www.questforquality.be.