Bauaufsichtliche Zulassung von Solarmodulen auf Basis von EVA · Z-70.3-199 Solarwatt GmbH . Friedmann & Kirchner [Gesellschaft für Material- und Bauteilprüfung mbH] Friedmann &

Bauaufsichtliche Zulassung von Solarmodulen auf Basis von EVA

PV-Modul als Verbund-

Sicherheitsglas

Dipl.-Ing. Robert Kirchner

Friedmann & Kirchner

[Gesellschaft für Material- und Bauteilprüfung mbH]



• Anerkannte Stelle nach LBO und BauPG für Glasprodukte und -anwendungen

• Erstprüfung und Überwachung von Bauprodukten und Bauarten (Ü- und CE-Kennzeichnung)

• Allgemeine bauaufsichtliche Prüfzeugnisse, Zulassungen

• Versuchstechnische Nachweise von Konstruktionen, Zustimmungsverfahren

• Mitgliedschaft im Sachverständigenausschuss „Glas im Bauwesen“ und in Normenausschüssen

NA005-09-25, NA005-09-27, NA005-09-29

www.friedmann-kirchner.de

Material- und Bauteilprüfung für den Maschinenbau und das Bauwesen

Was erwartet Sie?

• PV-Modul als Bauprodukt

• Baurecht und Verwendbarkeitsnachweis abZ

• Nachweisverfahren im Rahmen der abZ

• Beispiel einer erteilten Zulassung





sind integraler Bestandteil von Bauwerken

und unterliegen somit den baurechtlichen Vorschriften

haben einen hohen Glasanteil

und können deshalb dem Bauprodukt Glas zugeordnet werden

werden in gleicher Weise wie z. B. Fassadenplatten befestigt (klemmen, kleben)

daher können die glasspezifischen Anwendungsregeln genutzt werden

sind den gleichen Beanspruchungen ausgesetzt (Wind, Wetter, Eigengewicht)

daher können die glasspezifischen Bemessungsregeln angewendet werden

sind zumeist Laminate Glas-Kunststoff-Glas (BIPV)

entsprechen aus Sicht des „Glasbaus“ einem Verbund- oder Verbund-Sicherheitsglas (VSG)

PV-Module:

Photovoltaisches VSG ist ein Bauprodukt im Sinne des Baurechts



Baurecht in der BRD

• Föderalismus – Rechtliche Grundlage sind die Bauordnungen der Länder, 16 Stück!

• Die Musterbauordnung (MBO, www.bauministerkonferenz.de) wird von den Ländern in Landesrecht („Landesbauordnung“, LBO) umgesetzt.

• MBO stellt grundlegende Anforderungen an die Sicherheit von Bauwerken (§3, $12, $16), verweist auf eingeführte Technische Baubestimmungen (Liste der Technischen Baubestimmungen, LTB) und verweist auf Regeln für Bauprodukte (Bauregelliste, BRL)

• Technische Baubestimmungen sind Anwendungs- und Bemessungsregeln. Hier werden z.B. Konstruktionsarten (linienförmige Lagerung, punktförmige Lagerung, strukturelle Klebung) geregelt. Hierzu werden verwendbare Bauprodukte benötigt.

• Die Regeln für Bauprodukte machen diese für eine Anwendung verwendbar. Sie münden in einem Übereinstimmungsnachweis.

• Weicht ein Bauprodukt von den technischen Regeln wesentlich ab ist ein Verwendbarkeitsnachweis erforderlich. Bei Bauprodukten aus Glas ist dies eine allgemeine bauaufsichtliche Zulassung.

• Im konkreten Einzelfall kann als Verwendbarkeitsnachweis die objektbezogene Zustimmung im Einzelfall dienen.

MBO11-2002Fassung2012.pdf

bauregelliste_2014_1.pdf



Bauaufsichtliche Regelung von Glas

Produkt

Bauregelliste B -> A (BRL)

Produktnormen und Anlagen

Anwendung

Technische Baubestimmungen (LTB)

Bemessungs- und Anwendungsregeln

(TRxV) DIN 18008 Teile 1 bis 5





Zum Zeitpunkt der Einführung der Bauproduktes (BRLA Ausgabe 2000/1) war VSG mit PVB das am weitesten verbreitete Material.



Das Versagen von Bauteilen ist technisch nicht auszuschließen. Nach den Bestimmungen der DIN EN 1990 wurde in DIN 18008-1 „Glas im Bauwesen- Bemessungs- und Konstruktionsregeln Teil 1: Begriffe und allgemeine Grundlagen“ das folgende Sicherheitskonzept definiert:

„Verglasungskonstruktionen müssen so bemessen und ausgebildet sein, dass sie mit angemessener Zuverlässigkeit allen Einwirkungen, die planmäßig während ihrer vorgesehenen Nutzung auftreten, standhalten und gebrauchstauglich bleiben.“

Wenn ein Versagen auftritt, so sind die Schadensfolgen zu minimieren. Das führt üblicherweise zu der Forderung nach einem duktilen Bruchverhaltens.

Glas alleine erfüllt diese Forderung nicht. Durch den Verbund mit einem zäh-elastischen Material erreicht man

• eine Bindung von Splittern und Bruchstücken

• eine Durchsturzsicherheit

• eine Resttragfähigkeit, nach DIN 18008-1 die „Fähigkeit einer Verglasungskonstruktion im Falle eines festgelegten Zerstörungszustands unter definierten äußeren Einflüssen (Last, Temperatur, usw.) über einen ausreichenden Zeitraum standsicher zu bleiben“

Erwartungshaltung Verbund-Sicherheitsglas:



Anlage 11.8 (2014/1) „1 Verwendbare Glaserzeugnisse und PVB-Folie Das Verbund-Sicherheitsglas (VSG) muss aus Glaserzeugnissen nach Bauregelliste A Teil 1 lfd. Nr. 11.10, ausgenommen Profilbauglas, 11.11 (mit Beschichtungen auf der von der PVB-Folie abgewandten Seite), 11.12 und 11.13 mit Folien aus Polyvinyl-Butyral (PVB) als Zwischenlage hergestellt werden. Die PVB-Folie muss folgende Eigenschaften bei einer Prüfung nach DIN EN ISO 527-3:2003-07 (Prüfgeschwindigkeit: 50 mm/min, Prüftemperatur: 23 °C) aufweisen: - Reißfestigkeit: > 20 N/mm2 - Bruchdehnung: > 250 % ...“ Die Bauregelliste kennt also nur ein VSG aus geregelten Glaserzeugnissen und einer Zwischenlage aus PVB mit definierten mechanischen Eigenschaften. Eine andere Zwischenlage, ein anderes Glas (Solarglas) und die Einlage von Solarzellen stellt eine wesentliche Abweichung dar. Dies begründet die Notwendigkeit des Verwendbarkeitsnachweises Z, der allgemeinen bauaufsichtliche Zulassung. Das bauaufsichtlich akzeptierte Niveau ist das geregelte Produkt. Ein davon abweichendes Produkt muss mindestens die gleichen Eigenschaften aufweisen.



Verbund-Sicherheitsglas mit Folien aus Ethylenvinylacetat (EVA)

EVA ist ein bei niedriger Temperatur schmelzender Kunststoff (Copolymer aus Ethen und Vinylacetat). Durch Zugabe von Vernetzern (z.B. Peroxide) wird bei einer definierten Temperatur, oberhalb des Erweichungspunktes, ein irreversibler, dreidimensionaler Vernetzungsprozess gestartet. Das Material wird glasklar und wandelt sich in einen Elastomer um. Oftmals werden EVA-Folien für das Bauwesen und die Photovoltaik unterschieden. Die Unterschiede liegen hauptsächlich in der Einstellung des Produktes hinsichtlich der Prozessführung, dem Zusammenspiel der Antagonisten Vernetzungstemperatur und Vernetzungszeit. In der Photovoltaik ist man vornehmlich an kurzen Prozesszeiten interessiert. Daher findet die Vernetzung gerne bei höheren Temperaturen statt. Im Bauwesen spielt die Prozesszeit eher eine untergeordnete Rolle. Hier sollen beispielsweise Designprodukte mit eingelegten Geweben oder Folien hergestellt werden, die deutlich niedrigere Prozesstemperaturen erfordern. Weitere Modifikationen sind beispielsweise die Zugabe (oder der Wegfall) von UV-Blockern oder Pigmenten. Allen Typen gemeinsam ist, dass für ein dauerhaft beständiges Produkt ein ausreichender Vernetzungsgrad erreicht werden muss.



Spezifische Anforderungen als Verbundmaterial im VSG-PV-Modul

• elektrische Isolation • Schutz vor Feuchtigkeit • Schutz vor Korrosion • hohe Transmission der Nutzstrahlung • Witterungsstabilität (UV, VIS, Wärme,…) • Verträglichkeit (angrenzende Stoffen) • mechanische Verbindung der

Komponenten • Verarbeitbarkeit • Schrumpfverhalten • Prozessführung

• Splitterbindung • Durchsturzsicherheit • Resttragfähigkeit • …und deren Dauerhaftigkeit

• Preis…



Das Zulassungsverfahren

Quelle: https://www.dibt.de/de/Zulassungen/abZ-Ablauf.html



Nachweis der Eignung von PV-Modulen als Verbund-Sicherheitsglas

Von dem Hersteller des Verbundmaterials müssen Nachweise über die Eignung seines Produktes zur Herstellung von Verbund-Sicherheitsglas vorgelegt werden. Diese beinhalten auch Aussagen über die Dauerhaftigkeit seines Produktes und sind daher vom Hersteller der PV-Module nur schwer zu erbringen. Auch stellt die abZ u.a. Forderungen an die werkseigene Produktionskontrolle der Ausgangsmaterialien. Daher ist die Einbindung des Herstellers des Verbundmaterials notwendig. Idealerweise verfügt der Hersteller des Verbundmaterials über eine abZ in welcher die Weiterverarbeitung seines Produktes zu „normalem“ VSG geregelt ist.

Die zur Verwendung kommenden Glasprodukte müssen entweder als Produkte der Bauregelliste A Teil 1 geregelt sein oder, wie beispielsweise Teilvorgespanntes Glas, über eine abZ verfügen.

Sind diese Voraussetzungen erfüllt, muss der Hersteller des PV-Moduls lediglich zeigen, dass sein spezifischer Produktionsprozess die Ausgangsmaterialien so umsetzt, dass am Ende der Prozesskette ein VSG vorliegt.



• Beständigkeit nach DIN EN 12543-4 • Resttragfähigkeit bei statischer Beanspruchung • Bruchverhalten bei dynamischer Beanspruchung • Adhäsion Verbundmaterial – Oberflächen • Kennwertermittlung für die werkseigene Produktionskontrolle • Nachweis der Auswirkung von Bohrungen auf die Bemessung Der Umfang variiert gegebenenfalls mit dem Aufbau der Module (Einflussgrößen des Prozesses). Stark asymmetrische Glasaufbauten (Glasdickenfaktor > 1,7) müssen gesondert betrachtet werden! Unterschiedliche Zellgrößen werden mit einem „Überdeckungsfaktor“ gewichtet. Alle Prüfungen sind „vergleichend“, d.h. nicht zwingend an der konkreten Ausführung.

Nachweise im Zulassungsverfahren (Stand November 2014!)



Nachweise im Zulassungsverfahren am Beispiel von PV-Modulen mit Zelleinlage und einer „zugelassenen“ EVA-Folie Prüfung der Beständigkeit von Verbundglas und Verbund-Sicherheitsglas nach DIN EN 12543-4 • Beständigkeit bei hoher Temperatur, Verfahren A oder B (Wahl des Herstellers). Lagerung bei 100°C im Ofen für 16h oder in kochendem Wasser für 2h. Beurteilung Blasenbildung, Delamination, etc. • Beständigkeit bei erhöhter Feuchte Lagerung bei 50°C in der Feuchte (rH ca. 100%) für 14 Tage. Beurteilung Blasenbildung, Delamination, etc. • Prüfung der UV – Beständigkeit Bestrahlung über 2000h. Probentemperatur 45°C, Beurteilung Blasenbildung, Delamination, Veränderung des Lichttransmissionsgrades, etc. Kann nach DIN EN 14449 entfallen, wenn vom Hersteller des Verbundmaterials entsprechende Nachweise vorgelegt werden.


[Gesellschaft für Material- und Bauteilprüfung mbH] Prüfung der Resttragfähigkeit bei statischer Beanspruchung Biegeversuch bei zweiseitiger Auflagerung zur Bestimmung des Resttragverhaltens, VSG mit und ohne Zelleinlage Grundsätzlich entspricht die Prüfstandsgeometrie DIN EN ISO 1288-3. Stützweite: 1000 mm Lasteinleitung: 200 mm Proben: 1100 x 360 mm Probenaufbau: 2 x 6 mm Floatglas mit entsprechender Zwischenlage Die Proben werden mittels Glasschneider vorgeschädigt. Es wird mittig in beide Schichten je ein Riss parallel zur kurzen Kante eingebracht. Die Risse haben eine Überdeckung von 10 mm. Die Prüfung erfolgt unter konstanten klimatischen Bedingungen.



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Resttragverhalten 1,38mm EVA mit Solarzelle bei 25°C und 166N

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Resttragverhalten 1,38mm EVA bei 25°C und 166N


[Gesellschaft für Material- und Bauteilprüfung mbH] Prüfung des Bruchverhaltens bei dynamischer Beanspruchung Die Probengeometrie entspricht DIN EN 12600 mit Abmessungen 876 x 1938 mm. Glasaufbau 2 x 5 mm Floatglas mit entsprechender Zwischenlage. Die Proben werden mittels Glasschneider derart vorgeschädigt, dass auf der dem Stoß abgewandten Seite ein Streifen mit einer Schnittüberdeckung von 300 mm Breite entsteht. Die so vorbereitete Probe wird in den Prüfstand nach DIN EN 12600 eingebaut. Der Stoßkörper ist mit einem Beschleunigungsaufnehmer ausgerüstet. Dessen Achse ist in Stoßrichtung justiert. Im Versuch werden die Daten des Stoßvorgangs mit einer Frequenz von 10 kHz aufgezeichnet. Die Messung wird durch ein Triggersignal gestartet.





Testparameter: Abzugsrichtung 180° Geschwindigkeit 100 mm/min Streifenbreite 20 mm

Streifen Nr.

Breite [mm]

Orientierung [°]

Geschwindigkeit [mm/min]

Abzugskraft [N/cm]

2 20 180 100 26,25

Prüfung der Adhäsion durch Bestimmung der Abzugskraft in Anlehnung an ASTM D 903



Prinzip: unvernetzte Monomere werden mittels Lösungsmittel aus der Probe extrahiert.

Kennwertermittlung für die WPK am Beispiel des Vernetzungsgrades bei EVA

Die Vorteile der Soxhlet-Extraktion

• Destilliertes und gekühltes

Lösungsmittel

• keine Veränderung in der

Lösungsrate aufgrund Sättigung

• keine Nachvernetzung

• keine Oxidation

• nur eine kleine Probe von ≈ 0,5 g

wird benötigt

• hohe Präzision ≈ 1%



...aber es werden leichtentzündliche Flüssigkeiten verwendet!



Beispiel einer abZ für VSG mit EVA und Solarzellen Auszüge aus der Z-70.3-199 Solarwatt GmbH

Z-70.3-199(1.70.3-18!13)Solarwatt.pdf

Z-70.3-199(1.70.3-18!13)Solarwatt.pdf

Z-70.3-199(1.70.3-18!13)Solarwatt.pdf

Z-70.3-199(1.70.3-18!13)Solarwatt.pdf

Z-70.3-199(1.70.3-18!13)Solarwatt.pdf



Z-70.3-171(1.70.3-31!12)EVASKY.pdf



Z-70.3-199 BRLA Anlage 11.8

Kontrolle der Ausgangsmaterialien Ja DIN EN 14449

Dokumentation der Lagerungsbedingungen der Verbundfolie

Ja Ja

Dokumentation Solarzellen Ja Entfällt

Dokumentation der Herstellprozesse Ja Ja

Prüfung des Aussehens Ja Ja

Prüfung bei hoher Temperatur Ja Ja

Mechanische Eigenschaften Abzugskraft Kugelfallversuch

Vergleich der Bestimmungen zur werkseigenen Produktionskontrolle

Übereinstimmungsnachweis • Erstprüfung des Produktes • Werkseigene Produktionskontrolle Das entspricht dem Verfahren ÜHP der Bauregelliste.



Zusammenfassung Ein PV-Modul mit EVA-Folie als Verkapselungsmaterial benötigt als Verwendbarkeitsnachweis eine allgemeine bauaufsichtliche Zulassung. Im Zulassungsverfahren sind Nachweise zu erbringen, die zeigen, dass das PV-Modul als Verbund-Sicherheitsglas im Sinne der Technischen Baubestimmungen angewendet werden kann.

Förderung / Projektarbeit Teile dieses Vortrags sind Ergebnisse unserer Mitarbeit an dem Projekt Multielement II.

© Fraunhofer IWES

MULTIELEMENT II –

PV-Bauelemente für energieproduzierende

Fassaden

Unterschiedliche Standards und Anforderungsprofile in

der PV- und Bauindustrie

Unterschiedliche Betriebsbedingungen bei frei

umströmten und integrierten PV-Systemen

BIPV spezifische Qualitäts- und Sicherheitsstandards

müssen entwickelt werden!

Projektziel MULTIELEMENT II

Klärung und Anpassung von baurechtlichen und

bautechnischen Anforderungen bei abZ und ZiE

Überprüfung der Übertragbarkeit von

Normanforderungen an Standard-PV- bzw.

Glasprodukte auf PV-Fassaden

Ermittlung realer Betriebsbedingungen der PV-

Fassadenelemente und deren Systemkomponenten in

vorgehängten Fassaden

Testfassade im Freifeld SysTec

Fraunhofer IWES, Kassel

www.pv-multielement.de

Sanierung von Gewerbegebäuden

mit PV-Fassaden

Foto: Bosch Solar CISTech

Gefördert vom Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi)

EuGH C-100/13



Die Bundesrepublik Deutschland hat dadurch gegen ihre Verpflichtungen aus Art. 4 Abs. 2 und Art. 6 Abs. 1 der Richtlinie 89/106/EWG des Rates vom 21. Dezember 1988 zur Angleichung der Rechts- und Verwaltungsvorschriften der Mitgliedstaaten über Bauprodukte in der durch die Verordnung (EG) Nr. 1882/2003 des Europäischen Parlaments und des Rates vom 29. September 2003 geänderten Fassung verstoßen, dass sie durch die Bauregellisten, auf die die Bauordnungen der Bundesländer verweisen, zusätzliche Anforderungen für den wirksamen Marktzugang und die Verwendung von Bauprodukten in Deutschland gestellt hat, die von den harmonisierten Normen EN 681-2:2000 („Elastomer-Dichtungen – Werkstoff-Anforderungen für Rohrleitungs-Dichtungen für Anwendungen in der Wasserversorgung und Entwässerung – Teil 2: Thermoplastische Elastomere“), EN 13162:2008 („Wärmedämmstoffe für Gebäude – Werkmäßig hergestellte Produkte aus Mineralwolle [MW] – Spezifikation“) und EN 13241-1 („Tore – Produktnorm – Teil 1: Produkte ohne Feuer- und Rauchschutzeigenschaften“) erfasst wurden und mit der CE-Kennzeichnung versehen waren.

„Vertragsverletzung eines Mitgliedstaats – Freier Warenverkehr – Regelung eines Mitgliedstaats, nach der bestimmte Bauprodukte, die mit der Konformitätskennzeichnung ‚CE‘ versehen sind, zusätzlichen nationalen Normen entsprechen müssen – Bauregellisten“

Pressemitteilung DIBt

C_0100_2013 DE ARR.PDF



ZD5_Pressemitteilung_Gerichtsurteil_EuGH_16102014.pdf

ZD5_Pressemitteilung_Gerichtsurteil_EuGH_16102014.pdf



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