Hintergrund

Mit dem Solardachkataster liegt eine flächendeckende Standortanalyse und die einzelflächenbezogene Prognose des Potenzials der solaren Energieerzeugung auf geeigneten Dachflächen für das Untersuchungsgebiet vor. Zur Untersuchung wurde die publicSOLAR Methode von IP SYSCON angewandt. Mit den Ergebnissen der Analyse werden jedem Interessierten 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. Konkrete Informationen zu den gebäudeabhängigen Nutzungsmöglichkeiten, den Kosten und dem zu erwartenden Ertrag können durch eine Einzelfallprüfung eines Fachbetriebs erlangt werden.

Berechnungsverfahren der Solarpotenzialanalyse

Daten- und Berechnungsgrundlagen, Gebäudeinformationen

Grundlage der Dachflächenanalyse im Solardachkataster sind Laserscannerdaten aus der Befliegung 2011 und Stereoluftbilder aus einer Befliegung von 2013, aus denen über ein Matching-Verfahren Oberflächendaten abgeleitet wurden. Diese Daten stammen von derLandesvermessung und Geobasisinformation Brandenburg (LGB). Die Gebäudeumringe stammen aus dem Jahr 2013.

Eingangsgrößen für die Berechnung der Dachflächenpotenziale

Eingangsgrößen für die Potenzialanalyse sind der Globalstrahlungswert im 30-jährigen Mittel und die Standortfaktoren Verschattung, Neigung und Ausrichtung. Die Berechnung dieser Faktoren erfolgt über ein 3-dimensionales 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 konnten bei der Potenzialanalyse jedoch nicht berücksichtigt werden.

Globalstrahlung

Die gesamte auf eine Fläche auftreffende Sonnenstrahlung wird Globalstrahlung genannt, die sich aus einem direkten und diffusen Anteil zusammensetzt. Im Solardachkataster wird für jeden Viertelquadratmeter eines Daches die direkte und diffuse Sonneneinstrahlung ermittelt. Dabei wird der auf eine horizontale Fläche auftreffende Globalstrahlungswert im 30-jährigen Mittel (1041 kWh/Jahr), der vom Deutschen Wetterdienst gemessen wurde, zugrunde gelegt. Für Photovoltaik geeignete Flächen werden ab einem Einstrahlungswert von 898 kWh/(m²a) ausgewiesen.

Verschattung

Diffuse Strahlung tritt vor allem bei Bewölkung oder in schattigen Bereichen auf. Im Rahmen der Verschattungsanalyse wurde der Schattenwurf bei direkter Sonneneinstrahlung über das ganze Jahr entsprechend einem Sonnenstandswinkel von 15° über Horizont berücksichtigt. Durch Bäume, angrenzende Gebäude oder Dachaufbauten verursachter Schattenwurf auf die Dachfläche fließt in die Berechnung des diffusen Strahlungsanteils und in die Bewertung der Dachfläche 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 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 10 m² und ab einem globalen Einstrahlungswert von 898 kWh/a ausgewiesen. Die Darstellung geeigneter Dachflächen erfolgt ab dem Kartenmaßstab 1:5000 in drei Eignungskategorien. Folgende Grenzwerte und farbig differenzierte Eignungsstufen wurden festgelegt:

Wirkungsgrad

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

Performance Ratio

Der Qualitätsfaktor - auch als "Performance Ratio" bezeichnet - beschreibt das Verhältnis von Wechselstromertrag und nominalem Generatorgleichstromertrag. In der Berechnung des Solardachkatasters wird ein Wert von 0,80 angenommen.

CO_2-Einsparung

Die Berechnung basiert auf dem CO2-Äquivalentwert von 0,563 kg/kWh. Berücksichtigt wurde zudem die produktionsbedingte CO₂Emission, die nach Gemis 4.6 für monokristalline Anlagen bei 0,135 kg/kWh liegt. Demnach wurde die CO₂Einsparung für eine Anlage mit 15 % Wirkungsgrad mit 0,428 kg/kWh berechnet. Das bedeutet, dass durch Solarstromerzeugung in Gebiet durchschnittlich eine Menge von 428 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.

1. Was ist eigentlich ein kWp oder Wp?

Bei der Beschreibung der Größe einer Photovoltaik-Anlage wird häufig von Kilowatt peak (kWp) gesprochen. Damit wird die Spitzenleistung der Anlage beschrieben, die diese unter Standardbedingungen erzielen kann. Die Bezeichnung setzt sich zusammen aus der Leistungseinheit kW und dem englischem Wort „peak" für Spitze. Häufig spricht man auch von der Nennleistung der gesamten PV-Anlage. Die Nennleistung der einzelnen Solarmodule, aus denen die Anlage besteht, wird in der kleineren Einheit Wp (Watt peak) definiert. (Einheitsdefinition: 1 kWp = 1.000 Wp).
Da Solarmodule bzw. Solargeneratoren Gleichstrom produzieren, entspricht die Peak-Leistungsangabe technologisch bedingt einer Gleichstromleistung.
Als Standard-Bedingungen gelten die klimatischen Bedingungen bzw. Voraussetzungen, die zur Festlegung der Nennleistung eines Solarmoduls im Testlabor dienen – im Englischen standard test conditions (STC). Diese werden folgendermaßen definiert:

• Solarstrahlung: 1.000 W/m²

• Modultemperatur: 25 °C

• Luftmasse (Lichtspektrum des Sonnensimulators): 1,5

Die oben aufgeführten Norm-Bedingungen liegen während des alltäglichen Betriebes einer PV-Anlage quasi nie gleichzeitig vor. Dies führt dazu, dass die normierte Leistung der Solarmodule im Feld nur sehr selten erreicht wird. Zwar sind Bestrahlungsstärken von 1.000 W/m² an einem schönen Sommertag in der Mittagszeit durchaus möglich, allerdings liegen dabei die Modultemperaturen durchwegs auf höherem Niveau, was zu einer Reduktion der Modulleistung führt. Bei extremen Wetterverhältnissen, das heißt kurzzeitig sehr hoher Einstrahlung und kühlen Solarmodulen kann die abgegebene elektrische Leistung der PV-Module auch oberhalb ihrer Nennleistung liegen.
Um die Erträge unterschiedlich großer PV-Anlagen miteinander vergleichen zu können, wird die produzierte Energiemenge in kWh in Bezug zu der installierten Leistung (kWp) gesetzt. Diese Angabe hat sich zum Standard entwickelt.

2. Wie hoch ist der durchschnittliche Stromverbrauch einer 4köpfigen Familie? Wie groß müsste eine Photovoltaikanlage sein, um den entsprechenden Stromverbrauch zu decken und welche C0₂-Einsparung wird erreicht?

Eine 4köpfige Familie verbraucht im Jahr etwa 4.500 kWh, das liefert in etwa eine 5,3 kWp Anlage auf einem optimalen Standort. Eine PV-Anlage auf einem optimalen Standort mit rund 36 m² Fläche kann diese Leistung produziert. Die Erzeugung von 4.500 kWh PV-Strom bedeutet eine Einsparung von etwa 3.300 kg C0₂, das ist in etwa die Menge, die ein Kleinwagen bei einer Distanz von 24.000 km verbraucht. Aufgrund tages- und jahreszeitlicher Schwankungen der Sonneneinstrahlung auf die PV-Anlage und davon abweichenden Stromverbrauchszeiten im Haushalt ist es real nicht möglich den gesamten PV-Strom für den Eigenverbrauch direkt zu nutzen. Mit entsprechend angepassten Verbrauchsverhalten, die Spülmaschine und Waschmaschine werden tagsüber bei Sonnenschein eingeschaltet, lassen sich ca. 20 – 30% des PV-Stroms direkt nutzen. Um diesen Anteil zu steigern, sind zusätzliche Speichermedien (Batterien), die seit dem 01.05.2013 auch staatlich in der Anschaffung gefördert werden, notwendig.

3. Lohnt sich die Errichtung einer PV-Anlage auch noch trotz weiterer Absenkung der Einspeisevergütung?

Eindeutig ja, hohe Renditen sind auch weiterhin möglich. Die Wirtschaftlichkeit steigt, mit dem Anteil an PV-Strom, der selbst im eigenen Haushalt genutzt wird und je stärker der Stromeinkaufspreis steigt. Damit ist es sinnvoll einen möglichst hohen Anteil des produzierten Stroms selber zu verbrauchen.

4. Was ist der optimale Sonneneinfallswinkel für eine Photovoltaikanlage?

Rechnerisch ist die Energieausbeute am größten, wenn das Sonnenlicht im rechten Winkel auf die Solarzellen trifft. Der optimale Sonneneinfallswinkel in unseren Breitengraden liegt bei etwa 35 Grad und Südausrichtung.

5. Wie sieht die Preisentwicklung bei Solarmodulen und herkömmlichem Strom aus?

Photovoltaik-Anlagen rechnen sich nicht zuletzt durch kontinuierlich sinkende Anlagenpreise und permanent steigende Preise herkömmlichen Stroms. Seit dem Jahre 2006 sind Solarstromanlagen im Mittel um nahezu 60 % günstiger geworden. Während in dem genannten Jahr der Preis für ein 1 kWp bei ca. 5.000 Euro lag, so beträgt dieser aktuell nur noch etwa 1.400 € – 1.800 €. Der Stromeinkaufspreis hingegen ist von etwa 16 Cent (2002) auf nahezu 25 Cent im Jahre 2017 gestiegen. Dieses bedeutet einen Preisanstieg um 56 %.

6. In der Presse liest man, dass Photovoltaikanlagen bei einem Brand kaum zu löschen sind?

In der Anfangszeit der Photovoltaikanlagen entstanden viele Unsicherheiten, wie bei einem Brand vorzugehen ist. Mittlerweile sind Feuerwehren bundesweit gut geschult und wissen, welche Maßnahmen zu ergreifen sind. Der Bundesverband Solarwirtschaft hat gemeinsam mit dem Deutschen Feuerwehrverband Schulungsunterlagen für Einsatzkräfte und Installateure erzeugt. Eine entsprechende Broschüre kann hier heruntergeladen werden:

• www.feuerwehrverband.de/photovoltaik.html

7. In der Kartenanwendung liegen die geeigneten Dachflächen nicht immer direkt auf den Dachflächen des Luftbildes?

Die für die solare Nutzung geeigneten Flächen werden aus einem hochgenauen dreidimensionalen Oberflächenmodell abgeleitet. Die in der Website veröffentlichten Bilder sind zweidimensional. Die Gebäudehöhen und damit die Höhendifferenz im Luftbild sind nur bedingt durch Entzerrung der Luftbilder berücksichtigt. Die Solarpotenzialflächen sind sehr viel lagegenauer als die Gebäude im Luftbild und weichen daher stellenweise gegenüber der Luftbildgebäude ab.

8. Warum werden manche Adressen bei der Adresssuche nicht gefunden?

Für die Adresssuche werden sogenannte Hauskoordinaten der Landesvermessung genutzt. Diese Daten werden zwar kontinuierlich aktualisiert, dennoch kann es sein, dass diese nicht immer dem aktuellen Stand entsprechen bzw. einzelne Adressdaten noch nicht aufgenommen wurden. Somit ist es Ausnahmefällen möglich, dass einzelne Adressen nicht gefunden werden. Nebengebäude verfügen in der Regel über keine extra Hauskoordinate und besitzen im Solardachkataster keine Adresse.

9. Wieso gibt es Dächer die nicht berechnet wurden? / Warum konnten diese Dächer evtl. nicht berechnet werden?

In diesem Solarkataster sind geeignete Dächer in der Farbe rot dargestellt. Ist ein Dach nicht farblich gekennzeichnet, heißt das, die Dachflächen sind ungeeignet. Gründe dafür können eine zu starke Verschattung durch Bäume oder Nachbargebäude sein oder die Dachfläche ist aufgrund von Aufbauten zu klein oder die Grundlagendaten sind an der Stelle unzureichend und es konnten keine Aussagen getroffen werden. Zudem sind Gebäude, die nach der Erhebung der Laserscandaten errichtet wurden, oder in den Liegenschaftsdaten nicht vorhanden waren, nicht berücksichtigt.
Außerdem besteht die Möglichkeit, dass Grundstückseigentümer der Eignungsdarstellung ihrer Gebäude im Solarkataster widersprechen. In diesen Fällen wird das Gebäude nicht gekennzeichnet.