Hintergrund

Auf Grundlage von hochauflösenden Laserscannerdaten ist flächendeckend für jedes Gebäude der Stadt Flensburg das Solarpotenzial auf Dachflächen errechnet worden.

Grundlage waren hochauflösende Laserscannerdaten. Die Methode zur Berechnung des Solarenergiepotenzials erfolgt über geographische Informationssysteme (GIS). Für jeden homogenen Dachflächenbereich werden zunächst die Standortfaktoren Dachneigung, Dachexposition und Dachflächengröße ermittelt. Über hochgenaue Ganzjahreseinstrahlungsanalysen wird die solare Einstrahlung und die Abschattung, verursacht durch Dachstrukturen oder Vegetation, exakt errechnet und in der Potenzialberechnung berücksichtigt. Zu jeder geeigneten Dachteilfläche werden der potenzielle Stromertrag, die mögliche CO₂-Einsparung und die mögliche zu installierende KW Leistung errechnet.

Berechnungsverfahren der Solarpotenzialanalyse

Datengrundlage

Grundlage der Solarpotenzialanalyse sind die Laserscannerdaten, die für die Stadt Flensburg mit einer Gesamtfläche von rund 57 km² erfasst wurden. Zur Lokalisierung der Gebäude wurden die Gebäudeumringe aus der Automatisierten Liegenschaftskarte (ALK) verwendet. Die Gebäudegrundrisse geben die Gebäudeaußenmauern des Hauses an. Dachüberstände sind darin nicht berücksichtigt. Nach dem Erfassungsdatum der Laserscannerdaten neu errichtete Gebäude sind noch nicht im Kataster dargestellt und berechnet worden.

Einstrahlungsanalysen

Im Zuge der Einstrahlungsanalysen werden die direkte und solare Einstrahlung ermittelt. Die solare Einstrahlung ist ausschlaggebend für die Wirtschaftlichkeit der solaren Nutzung. Über eine Ganzjahreseinstrahlungsanalyse, berechnet im Minutenrhythmus des Sonnenstandes über das Jahr, ist es möglich die Jahressumme der solaren Einstrahlung genau zu ermitteln. Über die direkte Einstrahlung wird die Abschattung errechnet. Starke Minderung der direkten Einstrahlung deutet auf stark abgeschattete Bereiche hin. Diese können durch Bäume, angrenzende Gebäude oder durch Dachaufbauten verursacht werden. Auch nördlich ausgerichtete Dachflächen erreichen je nach Neigungswinkel keine direkte Sonneneinstrahlung. Stark abgeschattete Dachflächenbereiche werden als ungeeignete Bereiche aus der Berechnung heraus genommen. Geringere Abschattungen mindern die solare Einstrahlung und fließen in die Solarpotenzialberechnung mit ein. Die Einstrahlungsanalyse wird anhand von örtlichen Strahlungsdaten an lokale Verhältnisse angepasst. Zu Grunde gelegt wird der mittlere Globalstrahlungswert in  kWh/m² * a der auf eine horizontale Fläche auftrifft. Für solarenergetische Nutzung geeignete Flächen werden ab einem prozentualen Einstrahlungsanteil von 65% für thermische Nutzung und 65% für die PV-Nutzung der in den Städten möglichen Solarstrahlung ausgewiesen.

PV-Modulwirkungsgrad

Für die Berechnung des potenziell zu erwirtschaftenden Stromertrags wurde der Wirkungsgrad von PV-Modulen zu Grunde gelegt. Dies sind 15% Wirkungsgrad. Die Berechnung des potenziellen Stromertrags fußt auf der Annahme, dass bei Flachdächern von einer Aufständerung der Module vorgenommen wird. Der Ertrag auf Flachdächern bei Aufständerung der Module entspricht in etwa dem Ertrag der über eine horizontale Installation erwirtschaftet werden könnte. Die horizontale Installation ermöglicht eine 100% tige Flächenausnutzung, an Einstrahlungsenergie sind nur ca. 87% der vor Ort maximalen Einstrahlungsenergie zu erwarten. Schwierigkeiten ergeben sich bei horizontaler Installation ggf. in der fehlenden Selbstreinigung, Verschmutzung kann zu einer Ertragsminderung führen.

CO₂-Einsparung PV

Die Berechnung basiert auf einem CO₂ Äquivalent Wert von 0,605 kg/kWh bezogen auf Bundesdeutschen Strommix (Stand 2016). Berücksichtigt wurde die produktionsbedingte CO₂ Emission, die nach Gemis 4.95 für monokristalline Anlagen bei 0,061 kg/kWh liegt. Demnach wurde die CO₂ Einsparung für eine Anlage mit 18% Wirkungsgrad mit 0,544 kg/kWh berechnet. Die Ergebnisse der Stromertragsberechnung bilden die Grundlage für die mögliche CO₂ Einsparung.

KWp-Leistung PV

Für die als Nennleistung von Photovoltaikanlagen bezeichnete Kilowatt-Leistung (KW-Leistung) wurden 5,5 m² pro KWp zu Grunde gelegt. Dies entspricht einer Leistung von monokristallinen Anlagen. Die potenzielle KWp-Leistung geht bei Flachdächern von einer Aufständerung der Module aus.

Potenzialermittlung und Eignungsklassifizierung PV

Für PV-Anlagen positiv beurteilte Standorte erfolgt die Berechnung des potenziellen Stromertrags, der damit einhergehenden CO₂ Einsparung mittels PV-Anlagen eines jeden Daches in kg pro Jahr, des überschlägigen Investitionsvolumens (Euro) und der möglichen zu installierenden KWp-Leistung. Die dieser Berechnung zugrunde liegenden Größen für die Ermittlung der einzelnen Kennwerte zur Nutzung von Photovoltaikanlagen stellen eine Momentaufnahme der Marktsituation dar. Wirkungsgrade, Preise und Installationskosten für PV Module können sich durch Faktoren wie technische Neuerungen, Produktionskosten, Nachfrage und Angebot sowie regionaler Preisdisparitäten während der Projektphase verändern. Mit der Berechnung dieser Anlagen-Kenngrößen ist die Möglichkeit gegeben, für jedes Dach zu einem späteren Zeitpunkt mit geringem Aufwand eine Wirtschaftlichkeitsanalyse unter Berücksichtigung der dann aktuellen Werte für Modulwirkungsgrade, Anlagenkosten, Einspeisevergütung und Finanzierungskonditionen durchzuführen.

Das Ergebnis weist die Flächen aus, die ein Solarenergiepotenzial von 100% bis 65% der maximalen Einstrahlungsenergie in Flensburg aufweisen. Für die PV-Nutzung geeignete Dachflächenbereiche sind mindestens 7 m² für geneigte Dächer an Modulfläche (3D Fläche) groß. Flachdächer müssen bei Aufständerung der Module mindestens 15 m² geeignete Dachfläche für die PV-Nutzung aufweisen.

Im Solarkataster sind nur für eine PV-Nutzung geeignete Dachflächen ausgewiesen. Auf eine weitere Klassifizierung innerhalb der geeigneten Flächen wird verzichtet, da die Eignung einer Dachfläche stark vom Verbrauchsverhalten der Bewohner/Nutzer des Gebäudes abhängig ist. Bitte nutzen Sie daher den Ertragsrechner Photovoltaik, um einen Eindruck von der Wirtschaftlichkeit einer PV-Anlage auf Ihrem Dach zu bekommen.

Potenzialermittlung und Eignungsklassifizierung Solarthermie

Grundsätzlich sind alle Flächen, die für PV Anlagen geeignet sind, auch für thermische Solaranlagen geeignet. Für die Thermienutzung geeignete Dachflächenbereiche verfügen über ein Solarpotenzial von 65% bis 100% Einstrahlungsenergie. Für die Nutzung thermischer Anlagen wird eine Mindestflächengrößen von 5 m² (geneigtes Dach) zu Grunde gelegt. Flachdächer müssen bei Aufständerung der Module mindestens 12,5 m² für die Solarthermie -Nutzung aufweisen. Nutzen Sie den Ertragsrechner Solarthermie, um einen Eindruck davon zu bekommen, wie viel Wärmeenergie eine Solarthermie-Anlage für Ihr Gebäude erzeigen könnte.

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.