Berechnungsgrundlagen

 

Hintergrund

Mit dem Solarpotenzialkataster liegen eine flächendeckende Standortanalyse und die einzelflächenbezogene Prognose des Potenzials der solaren Energieerzeugung auf geeigneten Dachflächen vor. Es wird sowohl die solarthermische als auch die Photovoltaik-Nutzung betrachtet. In dem Kataster liegen demnach Information darüber, ob und welche Dächer für Photovoltaik- und Solarthermieanlagen geeignet sind. Zur Untersuchung wird die publicSOLAR Methode von IP SYSCON angewandt. Mit den Ergebnissen, welche in dem Kataster hinterlegt sind, werden jedem Interessenten konkrete Möglichkeiten zur Solarenergienutzung aufgezeigt. Mit der Nutzung der Solarenergie geht, neben positiven Effekten für die regionale Wirtschaft, vor allem eine Minderung der CO2-Emissionen vor Ort einher. Im Rahmen einer klimaverträglichen Energieerzeugung kann die Nutzung von Solarenergie insbesondere im dicht besiedelten städtischen Bereich eine bedeutende Rolle einnehmen. Die dargestellten Potenziale dienen als Erstinformation und sind nicht verbindlich.

Daten- und Berechnungsgrundlagen, Gebäudeinformationen

befliegung

Grundlage der Dachflächenanalyse im Solardachkataster sind Laserscannerdaten aus der Befliegung eines Gebiets. Diese Daten werden mit den bekannten Gebäudedaten des Gebietes zusammengeführt, so dass im Solardachkataster nur Gebäude dargestellt sind, die zum Zeitpunkt der Befliegung bereits bestanden.

Eingangsgrößen für die Berechnung der Dachflächenpotenziale

Eingangsgrößen für die Potenzialanalyse sind der Globalstrahlungswert im 30-jährigen Mittel und die Standortfaktoren Verschattung, Neigung und Ausrichtung der Dachflächen. Die Berechnung dieser Faktoren erfolgt über ein dreidimensionales digitales Oberflächenmodell (DOM). Durch die 3-Dimensionalität wird eine Berechnung der Verschattung durch umliegende Bauten und Pflanzen ermöglicht, sodass anhand der rechnerischen Berücksichtigung des Jahresgangs des Sonnenstandes auch verschattete Dachflächenbereiche erkannt werden können. Bautechnische Faktoren wie Zustand und Statik des Daches können bei der Potenzialanalyse jedoch nicht berücksichtigt werden. Diese Faktoren werden bei den Dachflächen der Interessenten individuell überprüft.

einstrahlung

Globalstrahlung

Die Sonne liefert in Form von Sonnenstrahlung Energie auf die Erde. Die gesamte auf eine Fläche auftreffende Sonnenstrahlung wird Globalstrahlung genannt, die sich aus einem direkten und diffusen Anteil zusammensetzt. Die direkte Strahlung gelangt, wie der Name andeutet, direkt auf die Erdoberfläche. Die diffuse Strahlung wird bevor sie die Erdoberfläche erreicht durch Wolken oder andere Partikel in der Luft gestreut oder gebrochen. Beide Anteile sind relevant für Solardachanlagen. Im Solardachkataster wird für jeden Viertelquadratmeter eines Daches die direkte und diffuse Sonneneinstrahlung und somit die eintreffende Energiemenge ermittelt.

 

Verschattung

Der deutlich schwächere Energielieferant der Globalstrahlung, die diffuse Strahlung, tritt vor allem bei Bewölkung oder in schattigen Bereichen auf. Im Rahmen der Verschattungsanalyse werden die Flächen erkannt die von regelmäßiger Beschattung aufgrund von Bäumen, angrenzenden Gebäuden oder Dachaufbauten betroffen sind. Dabei wurde der Schattenwurf bei direkter Sonneneinstrahlung über das ganze Jahr entsprechend einem Sonnenstandswinkel von 15° über Horizont berücksichtigt. Der verursachte Schattenwurf auf Dachflächen fließt in die Berechnung des diffusen Strahlungsanteils und in die Bewertung der Dachflächen ein.

Neigung und Ausrichtung

Die potenziellen Solarerträge sind von der Dachneigung und der Dachflächenausrichtung abhängig. Der optimale Dachneigungswinkel ergibt sich erst aus der geplanten Nutzung der Solarenergie für Solarthermie oder Photovoltaik sowie aus dem jeweiligen Kollektortypen, grundsätzlich liegt er zwischen 20° bis 60° Dachneigungswinkel. Bei Südausrichtung der Dachfläche kann abhängig vom Neigungswinkel bis zu 100% der auftreffenden Solareinstrahlung genutzt werden, bei Ost- oder Westausrichtung abhängig vom Neigungswinkel ca. 60 bis 87%.

Berechnungsgrundlagen Photovoltaik

Für die Photovoltaiknutzung geeignete Dachflächenbereiche werden ab einer Größe von 10m² und einem globalen Einstrahlungswert von 85% der Strahlung ausgewiesen. Die Darstellung geeigneter Dachflächen erfolgt ab dem Kartenmaßstab 1:10000 in drei Eignungskategorien. Folgende Grenzwerte und farbig differenzierte Eignungsstufen wurden festgelegt:


Klassifikation; Maßstab 1:10 000 bis über 1:1 000


Solareinstrahlung [kWh/(m²a)]

Sehr gut geeignet

> 1105

Gut geeignet

931 - 1105

Bedingt geeignet

872 - 930

Wirkungsgrad

Für die Berechnung des potenziell zu erwirtschaftenden Stromertrags wurden nachstehender Wirkungsgrad und benötigte Fläche pro Nennleistung (kWpeak) für den Zelltypen zugrunde gelegt:


Zelltyp


Wirkungsgrad in %


Benötigte Fläche pro Nennleistung

Kristallin

15

6,7 m²kWp

Performance Ratio

Der Qualitätsfaktor - auch als "Performance Ratio" bezeichnet - beschreibt das Verhältnis von Wechselstromertrag und nominalem Generatorgleichstromertrag. Es wird in der Berechnung ein Wert von 0,8 angenommen.

CO2Einsparung

Die Berechnung der CO2-Einsparung basiert auf dem CO2-Äquivalent der Stromerzeugung von 0,658 kg/kWh. Berücksichtigt wurde zudem die produktionsbedingte CO2-Emission, die nach Gemis 4.6 für monokristalline Anlagen bei 0,135 kg/kWh liegt. Demnach wurde die CO2-Einsparung für eine Anlage mit 15% Wirkungsgrad mit 0,523 kg/kWh berechnet. Das bedeutet, dass durch Solarstromerzeugung durchschnittlich eine Menge von 523 Gramm CO2pro Kilowattstunde Strom vermieden wird. Durch die Ermittlung des jährlichen Stromertrags in kWh/a einer Photovoltaikanlage wird mit dem CO2-Äquivalent die mögliche CO2-Einsparung in Kilogramm pro Jahr für eine konkrete Dachfläche berechnet.

Berechnungsgrundlagen Solarthermie

Die Flächenanforderungen für die Installation einer Solarthermieanlage sind im Vergleich zur Photovoltaik geringer, da sich beispielsweise punktuelle Verschattungen geringer auf den Ertrag der Solarthermieanlage auswirken. Daher sind grundsätzlich alle Flächen, die für Photovoltaikanlagen geeignet sind, auch für Solarthermieanlagen geeignet. Die Mindestflächengröße für die solarthermische Eignung beträgt 5m². Der optimale Aufstellwinkel einer thermischen Solaranlage hängt vorrangig von der Nutzung der gewonnenen Wärme ab, ob sie für Warmwasserunterstützung oder zur Heizungsunterstützung genutzt werden soll. Steilere Aufstellungswinkel sind für solarthermische Anlagen grundsätzlich von Vorteil, da sich gerade im Falle der Heizungsunterstützung bei niedrigen Sonnenständen in der kalten Jahreszeit höhere Erträge ergeben. Die Eignung der Thermienutzung wird daher auch in diese zwei Klassen unterteilt: Warmwasserunterstützung und Heizungsunterstützung. Alle im Solardachkataster für die Solarthermienutzung als geeignet ermittelten Dachflächen werden in diese Klassen farblich ausgewiesen:


Klassifikation Solarthermie Warmwasserunterstützung


Solareinstrahlung [kWh/(m²a)]

Sehr gut geeignet

> 988

Gut geeignet

814 - 988

Wirkungsgrad

Zudem wird die potenzielle Wärmemenge pro m² ausgegeben. Zugrunde gelegt wird hier ein Wirkungsgrad einer Thermieanlage von 40 %. Das entspricht der Leistungsfähigkeit eines Flachkollektors. Höherwertige Kollektortypen (z.B. Vakuumröhrenkollektoren) erreichen i.d.R. einen besseren Wirkungsgrad.

CO2-Einsparung

Die Berechnung der CO2-Einsparsumme für eine Thermieanlage bezieht sich auf den örtlichen CO2-Äquivalentwert für Erdgas von 0,202 kg/kWh und wird pro m² der errechneten Kollektorfläche ausgegeben. Abzüglich der Vorkette nach GEMIS 4.6 von 47 CO2g/kWh für einen Solar- Flachkollektor wird die CO2-Einsparsumme pro m² der errechneten Kollektorfläche mit 0,155 CO2kg/kWh berechnet.