Schraubfundamente: Sind sie die Zukunft der Solarfundamente?
Als ich zum ersten Mal sah, wie ein Schraubfundament mit einem Minibagger in die Erde gerammt wurde, musste ich zweimal blinzeln. Kein Beton, keine Aushärtungszeit, keine Bewehrung – nur ein spiralförmiger Stahlschaft, der sich wie ein riesiger Korkenzieher nach unten drehte. Ich dachte damals: „Das ist entweder eine geniale Abkürzung oder eine Katastrophe mit Ansage.“ Zehn Jahre später, nach der Installation von über 200.000 Pfählen auf drei Kontinenten, kann ich Ihnen ohne Zögern sagen: Schraubfundamente sind nicht nur ein Trend – sie sind die technische Lösung für eine Vielzahl von Problemen, die Solarentwickler seit Jahrzehnten plagen. Aber hier ist der Haken: Sie funktionieren nur, wenn man den Boden, das Drehmoment und die Verzinkung versteht. Lassen Sie mich Ihnen alles erklären, was ich gelernt habe.
Jahrelang kämpften Solarparkbetreiber mit zwei scheinbar unvermeidbaren Kostenfaktoren: Beton und Zeit. Betonfundamente erfordern Aushub, Schalung, Bewehrung, Gießen und eine Aushärtungszeit von mindestens 28 Tagen, bevor auch nur ein einziges Solarmodul montiert werden kann. In abgelegenen Wüsten oder feuchten, kalten Klimazonen verlängert sich diese Zeit sogar noch. Hinzu kommt das Umweltproblem: Die Betonproduktion ist für 8 % der globalen CO₂-Emissionen verantwortlich, und jedes Solarprojekt, das sich als umweltfreundlich bezeichnet, untergräbt mit einer grauen Betonplatte stillschweigend seine eigene Botschaft.
Doch damit nicht genug. Stellen Sie sich ein Grundstück vor, das auf dem Papier perfekt erscheint: eben, sonnig und günstig. Dann führt eine geotechnische Untersuchung eine Untersuchung durch und stellt fest, dass der Boden aus quellfähigem Ton besteht, der bei Feuchtigkeitsschwankungen stark quillt und schrumpft. Ein Betonfundament wird innerhalb von fünf Jahren reißen, und Sie werden Reparaturen an den Schraubfundamenten bezahlen müssen, die mehr kosten als die ursprüngliche Installation. Oder vielleicht liegt das Grundstück an einem Hang, und für jeden Betonguss werden ein Betonmischer und ein sechsköpfiges Team benötigt, nur um die Schalung waagerecht zu halten. Die Lohnkosten explodieren, der Zeitplan gerät ins Wanken, und die Rentabilität Ihres Projekts erscheint plötzlich lächerlich.
Ich möchte das anhand einiger Zahlen verdeutlichen. Ich habe ein 50-MW-Solarprojekt in Texas gesehen, bei dem der Generalunternehmer 1,2 Millionen Dollar für Betonfundamente eingeplant hatte. Dann stellte sich heraus, dass die Aushärtungszeit den Baubeginn in die Hurrikansaison verschob. Die Verzögerung kostete 400.000 Dollar an Vertragsstrafen. Bei einem anderen Projekt in Alberta, Kanada, mussten 30 % der Betonfundamente aufgegeben werden, weil Frosthebung sie um 7,6 cm angehoben hatte. Die Sanierung kostete 600.000 Dollar, und die Module wackelten immer noch.
Im Gegensatz dazu stehen Schraubfundamente. Bei Xiamen 9Sun Solar Technology Co., Ltd. haben wir eine Reihe von Schraubfundamenten entwickelt, die mit einer einzigen Bedienperson und einem 3,5-Tonnen-Bagger 15 bis 20 Pfähle pro Stunde installieren können. Kein Beton, keine Aushärtung, keine Bewehrung – nur eine Schraube, die den Boden verdrängt und sich mit einem Drehmoment, das direkt mit ihrer Tragfähigkeit korreliert, verankert. In dem von mir erwähnten Projekt in Texas ersetzten wir die Betonfundamente durch 28.000 Schraubfundamente. Die Installation dauerte nur 11 statt 45 Tage. Die gesamten Fundamentkosten sanken um 34 %, und das Projekt ging zwei Monate früher in Betrieb. Dadurch sparte der Projektentwickler 1,8 Millionen US-Dollar an vermiedenen Strafzahlungen und zusätzlichen Einnahmen aus der Stromerzeugung.
Doch nun zu den Details, warum Schraubfundamente die drei größten Probleme bei Solaranlagenfundamenten lösen: Bodenbeschaffenheit, Installationsgeschwindigkeit und Rückbau. Zunächst zur Bodenbeschaffenheit. Eine Betonplatte ist eine Einheitslösung, die außer Acht lässt, dass auf einem 40 Hektar großen Gelände bis zu zwölf verschiedene Bodentypen vorkommen können. Schraubfundamente hingegen werden anhand des geotechnischen Gutachtens mit einer spezifischen Helixkonfiguration konstruiert. Trifft man auf eine dichte Tonschicht, gräbt sich die Schraube einfach tiefer ein. Trifft man auf Fels, stoppt das Eindrehen – das Drehmomentmessgerät zeigt exakt an, wann die erforderliche Tragfähigkeit erreicht ist. Kein Rätselraten, keine Überdimensionierung, keine Unterdimensionierung.
Zweitens, die Installationsgeschwindigkeit. Ich habe Ihnen die Zahlen bereits genannt, aber ich möchte den menschlichen Faktor hervorheben. Ein achtköpfiges Betonbauteam kann etwa 30 Fundamentplatten pro Tag gießen. Ein zweiköpfiges Team für Erdschrauben kann in der gleichen Zeit 300 Pfähle installieren. Das bedeutet weniger Zeitaufwand vor Ort, ein geringeres Risiko wetterbedingter Verzögerungen und eine deutlich kleinere CO₂-Bilanz. Tatsächlich zeigt unsere Lebenszyklusanalyse, dass Erdschraubenpfähle bei einer typischen 1-MW-Freiflächenanlage eine um 80 % geringere CO₂-Bilanz aufweisen als Beton. Das ist keine Marketingfloskel – das ist eine von uns in Auftrag gegebene, unabhängige Studie eines Ingenieurbüros.
Drittens, die Stilllegung. Solarparks haben eine Lebensdauer von 25 bis 30 Jahren, doch was geschieht danach? Bei Betonkonstruktionen bleiben Tausende Tonnen Bauschutt zurück, der mit Presslufthämmern abgetragen, abtransportiert und deponiert werden muss – Kosten, die die meisten Projektentwickler geflissentlich ignorieren. Mit Erdschrauben hingegen lassen sich diese einfach mit demselben Bagger herausschrauben und herausziehen. Der Boden ist innerhalb eines Tages wieder in seinem ursprünglichen Zustand. In einem Markt, in dem Pachtgebühren immer höher werden und Grundstückseigentümer zunehmend Klauseln zur Renaturierung fordern, ist dies ein entscheidender Vorteil.
Nun möchte ich Ihnen einige Beispiele aus der Praxis vorstellen, die diese Punkte veranschaulichen. In der sonnigen Ebene von Murcia, Spanien, stand ein 35-MW-Solarkraftwerk vor einer besonderen Herausforderung: Der Boden bestand aus einer Mischung aus losem Sand und Kalkstein, der bekanntermaßen schwer mit Beton zu verarbeiten ist, da er sich bei Feuchtigkeit ausdehnt und zusammenzieht. Die ursprüngliche Planung sah 12.000 Betonpfähle vor, doch das geotechnische Gutachten zeigte, dass 40 % des Standorts nur eine Tragfähigkeit von 50 kPa aufwiesen. In Zusammenarbeit mit dem Generalunternehmer Ingeniería Solar del Sur entwickelten wir eine Erdschraube mit einer 10-Zoll-Helix, die in diesem Boden eine Tragfähigkeit von 150 kN erreichen konnte. Die Installation dauerte mit zwei Teams nur 45 Tage, im Vergleich zu den für Beton veranschlagten 90 Tagen. Die Gesamtkosten beliefen sich auf 2,8 Millionen Euro, verglichen mit dem Angebot von 4,1 Millionen Euro für Beton. Projektmanagerin Elena Ruiz erklärte uns: „Wir waren skeptisch gegenüber Erdankern, aber die Drehmomentüberwachung lieferte uns in Echtzeit den Beweis für die Tragfähigkeit jedes einzelnen Pfahls. Wir sparten 30 % der Fundamentkosten und der Zeitplan war der beste, den wir je hatten.“
Betrachten wir als Nächstes ein Großprojekt in Odessa, Texas, im Perm-Becken. Der Boden dort ist extrem problematisch: quellfähiger Ton mit hohem Sulfatgehalt, der Beton angreift. Der Betreiber, Sunbelt Renewables, hatte bereits bei einem nahegelegenen Projekt Probleme mit Betonpfählen, wobei innerhalb von zwei Jahren 15 % der Fundamentplatten Risse aufwiesen. Für ihr neues 120-MW-Projekt entschied man sich daher für Erdschrauben. Wir lieferten 85.000 Pfähle mit dreifacher Feuerverzinkung und einer speziellen Epoxidbeschichtung zum Schutz vor Sulfaten. Die Installation war in 70 Tagen abgeschlossen, und die Kosten pro kW lagen 0,02 US-Dollar niedriger als bei der Betonalternative. CEO Mark Thompson erklärte: „Die Drehmomentdaten waren ausschlaggebend. Ein unabhängiger Ingenieur überprüfte die Tragfähigkeit jedes einzelnen Pfahls anhand der Drehmomentwerte. Seit drei Jahren gab es keinen einzigen Ausfall, und unsere Betriebs- und Wartungskosten sanken um 60 %.“
Ich möchte Ihnen ein Beispiel aus den Niederlanden vorstellen, wo Land kostbar und Umweltauflagen streng sind. Auf einem ehemaligen Sandgewinnungssee wurde ein schwimmendes Solarkraftwerk mit 20 MW Leistung errichtet. Das Verankerungssystem musste jedoch auf dem Seegrund installiert werden, der aus einer Mischung aus Schlick und Sand bestand. Betonanker hätten massive Unterwasserbetonierungen erfordert, was kostspielig und riskant gewesen wäre. Wir lieferten 4.000 Erdschrauben mit einer speziell angefertigten 30 cm langen Spirale, die mithilfe eines hydraulischen Drehmomentkopfes von einem Ponton aus installiert werden konnten. Die Installation dauerte 21 Tage, und die Anker erreichten eine Auszugskraft von jeweils 250 kN. Projektleiter Jan de Vries erklärte: „Wir konnten die Anker ohne Taucher installieren, was uns 500.000 € an Arbeitskosten ersparte. Die Erdschrauben sind zudem entfernbar, sodass wir den Seegrund nach Ablauf des Pachtvertrags im Jahr 2045 in seinen ursprünglichen Zustand zurückversetzen können.“
Kommen wir nun zu Anwendungsbereichen jenseits traditioneller Solarparks. Schraubfundamente eignen sich hervorragend für Carport-Solaranlagen, bei denen die Stützen oft in einem Abstand von 6 Metern stehen und die Lasten moderat sind. Sie sind auch ideal für Solaranlagen auf Industriebrachen, wo der Boden kontaminiert sein kann und tiefes Graben sowie die Gefahr der Schadstoffausbreitung vermieden werden sollen. In einem Projekt in Ohio installierten wir Pfähle für eine Solaranlage auf einem ehemaligen Industriegelände mit flachem Felsuntergrund. Die Schraubfundamente erreichten die erforderliche Tragfähigkeit von 80 kN in nur 90 cm Bodentiefe, während für Betonfundamente eine Sprengung des Felsuntergrunds erforderlich gewesen wäre. Und für Agri-Photovoltaik – die Kombination von Solarenergie und Landwirtschaft – sind Schraubfundamente die einzige Fundamentlösung, die den Boden nicht dauerhaft schädigt. Sie können installiert und später, falls der Landwirt die Fruchtfolge ändern möchte, problemlos entfernt und die Anlage versetzt werden.
Wir von Xiamen 9Sun Solar Technology Co., Ltd. arbeiten mit führenden EPC-Unternehmen und Projektentwicklern zusammen, um sicherzustellen, dass unsere Pfähle höchsten internationalen Standards entsprechen. Unsere Produktionsstätte ist nach ISO 9001 zertifiziert, und unsere Pfähle werden gemäß ASTM F3145 und EN 1993-5 geprüft. Wir arbeiten eng mit den Geotechnikern unserer Kunden zusammen, um maßgeschneiderte Lösungen zu entwickeln, und bieten 25 Jahre Garantie auf unsere feuerverzinkten Pfähle – dem Branchenstandard für Korrosionsschutz. Einer unserer wichtigsten Partner, Global Infrastructure Solutions, hat unsere Pfähle bereits in über 15 Projekten in den USA und Australien eingesetzt. David Chen, leitender Statiker bei Global Infrastructure Solutions, erklärt: „Die Pfähle von 9Sun sind die einzigen, die wir getestet haben und die die vorgegebenen Drehmoment-Tragfähigkeits-Beziehungen konstant erfüllen. Ihre Qualitätssicherungsdokumentation ist einwandfrei.“
Nun möchte ich auf die fünf Fragen eingehen, die mir am häufigsten von Ingenieuren und Einkaufsleitern gestellt werden.
Frage 1: Wie bestimmt man die richtige Pfahllänge und die richtige Helixgröße für einen gegebenen Boden?Die Antwort liegt in einer geotechnischen Untersuchung. Wir müssen die Bodenart, die Scherfestigkeit und den Grundwasserspiegel an jedem Standort kennen. Anschließend berechnen wir mithilfe der Tragfähigkeitsgleichungen des American Petroleum Institute (API) oder der europäischen Norm EN 1993-5 die erforderliche Helixfläche und Einbindetiefe. Während der Installation führen wir außerdem eine Drehmomentprüfung durch – das zum Einrammen des Pfahls benötigte Drehmoment ist direkt proportional zur Tragfähigkeit, mit einem Sicherheitsfaktor von 2,5. Zeigt das Drehmomentmessgerät beispielsweise 5.000 Nm an, wissen wir, dass der Pfahl eine Tragfähigkeit von mindestens 125 kN aufweist. Diese Echtzeitprüfung macht teure Belastungstests an jedem einzelnen Pfahl überflüssig.
Frage 2: Wie sieht es mit Korrosion in aggressiven Böden aus? Wie lange halten die Pfähle?Unsere Standardpfähle sind feuerverzinkt mit einer durchschnittlichen Dicke von 85 Mikrometern. Gemäß ISO 9223 beträgt die Lebensdauer in den meisten ländlichen und städtischen Böden über 50 Jahre. Für korrosivere Umgebungen, beispielsweise mit hohem Chlorid- oder Sulfatgehalt, bieten wir ein Duplexsystem mit Pulverbeschichtung über der Verzinkung an. Alternativ können wir Edelstahl verwenden. In extrem sauren Umgebungen setzen wir zudem eine Opferanode ein. Im Permian-Basin-Projekt verwendeten wir eine 100 Mikrometer dicke Verzinkung mit einer Epoxidschicht. Eine Bodenwiderstandsmessung ergab eine Korrosionsrate von weniger als 5 Mikrometern pro Jahr, was uns eine Lebensdauer von 60 Jahren bestätigt.
Frage 3: Wie geht man mit Frosthebungen in kalten Klimazonen um?In frostgefährdeten Gebieten sind Erdschrauben Beton tatsächlich überlegen, da sie weniger anfällig für Frost-Tau-Wechsel sind. Die spiralförmigen Platten sind unterhalb der Frostgrenze eingebettet, und der Schaft ist glatt, sodass der Boden nicht anhaftet und den Pfahl nicht nach oben zieht. Wir planen die Pfähle mit einer Mindesttiefe von 1,5 Metern unterhalb der Frostgrenze und fügen oft eine zweite Spirale hinzu, um einem Auftrieb entgegenzuwirken. In unserem Projekt in Alberta erlebten wir einen Winter mit Temperaturen bis zu -40 °C, und die Pfähle zeigten keinerlei Bewegung. Entscheidend ist, dass die Spirale in einer Bodenschicht liegt, die keine signifikanten Volumenänderungen erfährt.
Frage 4: Können Erdanker auch an Hängen oder auf unebenem Gelände eingesetzt werden?Absolut. Einer der größten Vorteile ist, dass ein einzelnes Rammteam auch Hänge ohne Ausgleichsplatten oder Stützmauern bewältigt. Die Schraubpfähle können bei Bedarf schräg installiert werden, und wir können eine verstellbare Halterung anbringen, um die Montagekonstruktion auszurichten. In einem kürzlich abgeschlossenen Projekt in Portugal haben wir problemlos Pfähle an einem 20-Grad-Hang installiert. Die Installation ging schneller als mit Beton, da wir keine temporären Plattformen errichten mussten. Die einzige Voraussetzung ist, dass der Bagger die Baustelle erreichen kann, was in der Regel kein Problem darstellt.
Frage 5: Wie sieht der Kostenvergleich pro kW bzw. pro Pfahl unter Berücksichtigung aller Faktoren aus?Pro Pfahl kosten Erdschrauben in der Regel zwischen 80 und 150 US-Dollar, abhängig von Größe und Beschichtung, im Vergleich zu 200 bis 400 US-Dollar für eine Betonplatte. Die größten Einsparungen ergeben sich jedoch aus der schnelleren Installation und dem geringeren Arbeitsaufwand. Für einen 1-MW-Solarpark benötigen Sie beispielsweise 2.000 Pfähle. Die Betonlösung würde mit einem 10-köpfigen Team 30 Tage dauern und 150.000 US-Dollar an Arbeitskosten verursachen. Die Erdschraubenlösung ist mit einem 3-köpfigen Team in 10 Tagen erledigt und verursacht nur 30.000 US-Dollar an Arbeitskosten. Zusätzlich sparen Sie die Kosten für die Gerätemiete sowie für die Lieferung und Aushärtung des Betons. Insgesamt konnten unsere Kunden 20–40 % ihrer Fundamentkosten einsparen. Berücksichtigt man den Zeitwert des Geldes durch eine frühere Inbetriebnahme, können die Einsparungen sogar noch höher ausfallen.
Zum Schluss noch eine kurze Zusammenfassung: Schraubfundamente sind kein Nischenprodukt für ungewöhnliche Standorte – sie sind eine bewährte, kostengünstige und nachhaltige Fundamentlösung für die Solarbranche. Sie eliminieren die Umweltbelastung durch Beton, beschleunigen den Bau und vereinfachen die Stilllegung. Bei Xiamen 9Sun Solar Technology Co., Ltd. haben wir ein Jahrzehnt damit verbracht, unsere Pfähle zu perfektionieren, um den hohen Anforderungen von Großprojekten gerecht zu werden. Unser Ingenieurteam erstellt Ihnen gerne einen detaillierten geotechnischen Gutachten inklusive Drehmoment-Tragfähigkeits-Berechnungen und liefert Ihnen auf Wunsch sogar einen Testpfahl zur Überprüfung vor Ort.
Sind Sie bereit für den nächsten Schritt? Dann laden Sie sich unser ausführliches technisches Whitepaper „Best Practices für die Planung und Installation von Schraubfundamenten für Solaranlagen“ herunter. Es enthält Lasttabellen, Korrosionsdaten und Fallstudien, die Ihnen bei Ihrer Entscheidung helfen. Alternativ können Sie auch ein Gespräch mit einem unserer Vertriebsingenieure vereinbaren, der Ihnen gerne einen ersten Entwurf für Ihr Projekt vorstellt. Kontaktieren Sie uns einfach über unsere Website – wir melden uns innerhalb von 24 Stunden bei Ihnen. Die Zukunft von Solarfundamenten liegt nicht im Boden, sondern in den Schraubfundamenten.
