Klimaschutz durch Solarkataster

Effizienter Klimaschutz aus der Luft

Für alle Bügerinnen und Bürger, die schon immer wissen wollten, ob es sich für Sie lohnt eine Solar- oder Photovoltaikanlage auf ihr Dach zu bauen, ist nun eine Entscheidungshilfe geschaffen worden. Seit kurzer Zeit ist es möglich aus der Luft die besten Standorte für Solar- und Photovoltaik Anlagen zu entdecken. (Foto: Prof. Dr. Martina Klärle, Ingenieurbüro Prof. Dr. Klärle)

Prof. Dr. Martina Klärle entwickelte mit einem Team an der Fachhochschule Osnabrück ein System, mit dem man durch das Überfliegen eines Stadtgebietes die Neigung und Ausrichung der Dächer jeglicher Gebäude aufzeichnet. Durch Winkel und Ausrichtung kann errechnet werden wie geeignet das jeweilige Dach für die solarthermische Nutzung ist. Als erste Stadt nahm Osnabrück an dem Forschungsprojekt teil.

Das von der Fachhochschule Osnabrück initiierte Forschungsprojekt wurde mit sehr großem Interesse von der Stadt Osnabrück aufgenommen und unterstützt.
Die der Stadt am Ende der Berechnung überlassenen Ergebnisdaten sollten nicht nur intern gesammelt, sondern auch die Bürger auf Grundlage dessen zur Installation von Modulen und Kollektoren animieren werden. So werden die Ergebnisse über einen Web- Server im Internet jedermann zur Verfügung gestellt (www.osnabrueck.de/sun-area). Auf einem Stadtplan ist jedes einzelne von ungefähr Ausschnitt des Osnabrücker Solarkatasters70.000 Gebäuden farblich gekennzeichnet, je nach dem, wie hoch der zu erwartende Solarertrag jeweils ist. Wer im Internet die Straße und Hausnummer angibt, kommt sofort zu dem gewünschten Gebäude. Ist dieses rot gekennzeichnet, erzielt das ausgewählte Dach mindestens 95 Prozent der maximal möglichen Solarstrahlung und ist sehr gut geeignet. Ist es orange, erreicht das Dach immerhin noch mindestens 81 Prozent Einstrahlungsenergie.
Folgt man dem Link „Solareignung“, werden zu jedem gewünschten Gebäude die mögliche Modulfläche und der daraus resultierende Jahresertrag in Kilowattstunden ausgewiesen.

( Quelle: Fachhochschule Osnabrück )

Diese Methode könnte für sämtliche deutschen Großstädte ein Anreiz sein sich ihr eigenes Solarkataster anfertigen zu lassen, um somit die Potentiale für den Klimaschutz zu entdecken, welche jede Stadt hat.

Prof. Dr. Martina Klärle stellte die Potentiale dieses Solarkatasters bei unserem TIP Dialog Forum in Frankfurt vor.

Das Forschungsprojekt SUN – AREA erbringt den Nachweis: In Deutschland sind ca. 20% der vorhandenen Dachflächen für die solare Energienutzung geeignet. Diese können deutschlandweit ca. 100% des privaten Strombedarfs decken. Dies entspricht mehr als dem 100-fachen der heutigen Nutzung.SUN-AREA berechnet das solare Energiepotenzial jeder Dachfläche, jeder Stadt und jedes Landkreises. Mit Geographischen Informationssystemen (GIS) werden auf der Basis von Flugzeugscannerdaten, vollautomatisch alle Dachflächen, die für die Gewinnung von Solarenergie optimal geeignet sind, ermittelt. Daraus wird für jede Teilfläche eines Daches, die solare Eignung, der potenzielle Stromertrag und die CO-Einsparung sowie das daraus resultierende mögliche Investitionsvolumen berechnet und in einer Internet-GIS-Karte für jedermann bereitgestellt. SUN-AREA liefert einen nachhaltigen Beitrag zur Wertschöpfung der Geoinformatik und erschließt das Anwendungsfeld der Solarpotenzialanalyse im Gebäudebestand. Ich freue mich, durch SUN-AREA das Solarenergiezeitalter unserer Gesellschaft ein Stück näher gebracht zu haben und somit dem Klimawandel entgegenzuwirken.

DIE BERECHNUNG DER STANDORTEIGNUNG IM DETAIL
Das Forschungsprojekt SUN-AREA ermöglicht die Entwicklung einer vollautomatisch ablaufenden Methode, die es erlaubt, für große Gebiete aus hochaufgelösten Laserscanningdaten vollautomatisch das Solarenergiepotenzial eines jeden Gebäudes zu errechnen. Möglich ist die Berechnung über Standard GIS-Funktionalitäten, die die Standortfaktoren Dachneigung, Dachexposition, Verschattung und Dachflächengröße ermitteln und auf Grundlage des Globalstrahlungswerts den zu erwirtschaftenen Stromertrag über eine PV-Anlage berechnen.

Dachneigung: Stellt den Winkel von der Horizontalen zum Bezugspunkt in Grad dar. Die
optimale Neigung für Photvoltaik-Anlagen liegt bei ca. 30-45°.
– Exposition: Die Ausrichtung des Daches ist neben der Neigung maßgeblich für die Nutzung
der Globalstrahlung. Eine nach Süden exponierte Dachfläche nutzt die Energie bis zu 100%.
Eine Ausrichtung nach Ost oder West kann noch eine Energieausbeute von 80% erreichen.
Verschattung: Teilverschattungen einzelner Module können zu starken Ertragseinbußen der
Anlage führen, da diese in der Regel in Reihe geschaltet sind und die schwächste Zelle den
Gesamtstrom vorgibt.
Globalstrahlungsenergie auf die Dachfläche: Grundlage ist der horizontale
Globalstrahlungswert im 20jährigen Mittel am Betrachtungsort, der vom DWD erhoben wird,
sowie der Neigungs- und Ausrichtungswert der Dachfläche. In Deutschland existiert ein
deutliches Nord-Südgefälle. Die höchsten Einstrahlungswerte liegen in Bayern und Baden-
Württemberg. Dies ist durch die südliche Breitenlage und das wolkenärmere, kontinentalere
Klima zu begründen.
Mindestgröße: Experten sprechen von einer Mindestleistung von 3 KWp für einen
wirtschaftlichen Betrieb einer Photovoltaik-Anlage. Für einen KWp werden je nach
Wirkungsgrad der Anlage ca. 6,5 – 10 m benötigt. Aufgrund der auf Flachdächern
notwendigen Aufständerungen der PV-Module und der daraus resultierenden Abstände der
Modulreihen untereinander, müssen diese eine Mindestflächengröße von 45 m aufweisen.
Berechnung: Über die Abfolge von GIS-Analysefunktionen werden fünf Standortfaktoren
berechnet. Darauf aufbauend wird der mittlere Jahresertrag an Strom und die damit
verbundene CO – Einsparung ermittelt. Für die Verschattungsanalyse ist ein
flächendeckendes Höhenmodell zu Grunde gelegt worden, um die Verschattung durch z. B.
hohe Bäume oder Häuser zu berücksichtigen. Für unterschiedliche Tages- und Monatszeiten
werden Schattenmomente berechnet, eine Interpolation zwischen den einzelnen
Berechnungsergebnissen präsentiert eine lückenlose Verschattungsanalyse für den
gesamten Tag und das Jahr. Die Solarpotenzial-Ergebnisse können zudem als neutraler
Datensatz z.B. in Stadtplänen oder 3D-Stadtmodelle einfließen.

DIE MODELLREGION OSNABRÜCK – DAS SOLARPOTENZIAL
Pilotregion ist das Stadtgebiet von Osnabrück. Die Stadt gab 2005 eine Laserbefliegung mit einer Aufnahmedichte von 4 Punkten pro min Auftrag. Dies ermöglichte die Entwicklung und erste Anwendung der Methode anhand des insgesamt ca. 70.000 Gebäude umfassenden Stadtgebietes mit einer Flächengröße von 120 km. Im Zuge der Befliegung am 12. und 13. Juli 2005 wurden 630 Mio. Rohpunkte in 600 m Höhe über Grund aufgenommen. Das Potenzial auf Osnabrücks Dachflächen ist groß. Auf 27.500 Gebäuden sind 2 km Dachfläche für die Photovoltaik-Nutzung optimal geeignet. Über diese Fläche könnten 249.000 MWh/a Strom gewonnen werden, die den derzeitigen Strombedarf aller Privathaushalte von Osnabrück (233.000 MWh/a, Stand 2006) mehr als vollständig decken würden. SUN-AREA ermöglicht neben der Ermittlung des Solarenergiepotenzials, auch die Klassifizierung der potenziellen Eignungsflächen hinsichtlich der empfehlenswerten Modultypen. Abhängig von der Dachneigung, Ausrichtung und Verschattung kann die diffuse und die direkte Sonneneinstrahlung separat ermittelt werden. Über die Integration der Gebäudenutzungsarten aus den amtlichen Geobasisdaten und der berechneten Parameter Einstrahlungsenergie, Flächengröße und Neigung ist eine Aussage zum geeigneten Modultyp für die Dachfläche möglich (z.B. Mono-, Polychristalin, Dünnschicht oder z.B. CIS-Technologie).

Aus dem Postervortrag auf dem 11. TIP Dialog Forum Frankfurt am Main gehalten von :
Prof. Dr. Martina Klärle
Ingenieurbüro Prof. Dr. Klärle , Professorin an der FH Frankfurt
Niebelungenplatz 1
60318 Frankfurt Main

Auch hierzu können wir Sie kompetent Beraten. Lassen Sie sich überzeugen von unseren Referenzen und Dienstleistungen. Rufen Sie uns einfach jetzt oder auch später an, oder schicken Sie eine E-Mail.