SUN-Area Methodik

Offenbach, den 09.08.2010, letzte Bearbeitung: 29.08.2010

Grundlage für die Solarpotenzialanalyse sind hochauflösende Laserscannerdaten, die nach einer Befliegung im Jahr 2007 durch das städtische Vermessungsamt berechnet wurden. Mit einer Punktdichte von sechs bis neun Punkten pro Quadratmeter und einer Lage- und Höhengenauigkeit von + 10 Zentimetern ist dies die Datengrundlage für die Berechnung eines Digitalen Oberflächenmodells (DOM). Aus diesem wurden Rasterflächen mit einer Größe von 0,25 m² berechnet. Zur Lokalisierung der Gebäude wurden die Gebäudeumrisse aus der Digitalen Stadtkarte herangezogen. Mit einer Verschattungsanalyse, die sowohl Schattenwurf durch Gebäudeteile als auch Bäume berücksichtigt, werden verschattete Dachpartien herausgefiltert.
Als Grundlagen zur Berechnung der Einstrahlungsenergie auf die einzelne Dachfläche dient der Globalstrahlungswert vom Deutschen Wetterdienst (DWD). Nach Festlegung von Mindestertrag und –größe je Dachflächen wurden die geeigneten Dachflächen in drei Eignungsklassen eingeteilt.

Für jedes Dach innerhalb des Stadtgebietes wurden folgende Parameter ermittelt:

Dachneigung
Die optimale Neigung für Photovoltaik-Anlagen liegt bei zirka 30 bis 45 Grad.

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 Prozent. Eine Ausrichtung nach Ost oder West kann noch eine Energieausbeute von 80 Prozent erreichen.

Verschattung
Im Rahmen der Verschattungsanalyse wird der Schattenwurf bei direkter Sonneneinstrahlung über das ganze Jahr mit Ausnahme des Zeitraums 15. Dezember bis 15. Januar berücksichtigt. Dies entspricht einem Sonnenstandswinkel von 15 Grad über Horizont. Bereiche auf Dachflächen, die durch Bäume, angrenzende Gebäude oder Aufbauten beschattet werden, sind als ungeeigneter Dachflächenbereich aus der Berechnung heraus genommen.

Flächengröße
Für die Photovoltaiknutzung sind mindestens 20 Quadratmeter (geneigte Dächer) notwendig, um eine Anlage wirtschaftlich betreiben zu können. Für die Nutzung thermischer Anlagen ist eine Mindestflächengröße von fünf Quadratmetern (geneigtes Dach) zu Grunde gelegt.

Globalstrahlung
Zu Grunde gelegt wird der Globalstrahlungswert, der im 20-jährigen Mittel auf eine horizontale Fläche auftrifft. Er beträgt für Offenbach 1051 kWh/m² und Jahr. Für jede Dachfläche wird der tatsächliche Einstrahlungswert errechnet.
Alle Dachflächen, die ein Solarenergiepotenzial von mindestens 900 kWh/m²/a aufweisen und mindestens 20m² groß sind, werden als geeignet für die Photovoltaiknutzung ausgewiesen. Auch alle Eignungsflächen für Solarthermine weisen einen Solarertrag von mind. 900 kWh/m² auf.

Grundlagendatenqualität
Für jedes Gebäude wurde die Anzahl der Laserpunkte pro Quadratmeter (Punktedichte) und die Abstände der Punkte zueinander ermittelt. Dachflächen, deren Punktabstände innerhalb der ungleichmäßig verteilten Punktwolke für eine exakte Berechnung zu groß sind, wurden selektiert und als „nicht berechenbar"
gekennzeichnet.

Berechnungen
Möglicher zu erwirtschaftender Stromertrag:
Für die Berechnung des potenziellen Stromertrags ist ein Wirkungsgrad der Photovoltaik-Module von 15 Prozent zu Grunde gelegt.

Mögliche CO2-Einsparung:
Das CO2-Minderungspotenzial von Solarstrom wird mit dem Faktor 591g CO2/kWh berechnet. Die Bestimmung der durch erneuerbare Energien vermiedenen Emissionen erfolgt über eine Bilanz zwischen den vermiedenen Emissionen aus der Nutzung fossiler Energiequellen und den Emissionen, die bei der Bereitstellung erneuerbarer Energie entstehen. Berücksichtigt werden hierbei auch Emissionen der sogenannten Vorketten, also den aus Gewinnung, Transport und ggf. Umwandlung der Energieträger resultierenden Emissionen.
[Quelle: Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU): Erneuerbare Energien in Zahlen – Nationale und internationale Entwicklung. – Berlin; Juni 2009.]

Kilowatt-Leistung:
Für die als Nennleistung von Photovoltaikanlagen bezeichnete Kilowatt-Leistung sind sieben Quadratmeter pro Kilowatt zu Grunde gelegt.

Investitionsvolumen:
Als Kostengröße wurden 3.250 Euro pro Kilowatt herangezogen.

Solareignung
Die Eignung der Dachflächen für Photovoltaik-Anlagen ist in drei Kategorien unterteilt:

• sehr gut geeignet: 1.100 – 1.171 kWh/m² a (Maximalwert)
• gut geeignet:         1.000 – 1.100 kWh/m² a
• bedingt geeignet:     900 – 1.000 kWh/m² a
  

Eine differenzierte Bewertung der solarthermischen Eignung wurde nicht vorgenommen, da diese immer von der jeweiligen Nutzung abhängt. Alle beinhalteten Dachflächen sind pauschal als für die Thermienutzung geeignet klassifiziert. Die Einstrahlungsenergie beträgt auch hier mind. 900 kWh/m²/Jahr.

SUN-AREA
Das Solarkataster der Stadt Offenbach wurde in Zusammenarbeit mit mit dem Kompetenznetzwerk Solardachkataster SUN AREA an der Fachhochschule Frankfurt erstellt.

SUN-AREA ist ein innovatives Verfahren zur Analyse des Potenzials für die solare Energiegewinnung von Dachflächen und Einzelobjekten über großen Gebieten von z.B. 200 000 Gebäuden. Es wurde unter Verwendung neuester Erkenntnisse der Geoinformationstechnik (GIS-Technik) von Prof. Dr. Martina Klärle und Ihrem Team Dipl.-Geoinf. Sandra Lanig und Dipl.-Ing. (FH) Dorothea Ludwig entwickelt und inzwischen in einer Vielzahl von Kommunen und Regionen erfolgreich eingesetzt.

SUN-AREA ermittelt für jede Dachfläche im Untersuchungsgebiet das solare Energiepotenzial. Mit Geographischen Informationssystemen (GIS) werden auf der Basis z.B. von Flugzeugscannerdaten, vollautomatisch alle Dachflächen, die für die Gewinnung von Solarenergie optimal geeignet sind selektiert. Für jede Teilfläche eines Daches wird die solare Eignung, der potenzielle Stromertrag und die CO2-Einsparung sowie das daraus resultierende mögliche Investitionsvolumen berechnet und in einer Internet-GIS-Karte für jeden bereitgestellt.