Energieatlas — Rheinland-Pfalz : Methodik Solarkataster

Hintergrund

Auf Grundlage von hochauflösenden Laserscandaten ist flächendeckend für jedes Gebäude in Rheinland-Pfalz das Solarpotenzial auf Dachflächen errechnet worden.
Die Methode zur Berechnung des Solarenergiepotenzials erfolgt über geographische Informationssysteme (GIS). Für jeden homogenen Dachflächenbereich werden zunächst die Standortfaktoren Dachneigung, Dachexposition und Dachflächengröße ermittelt. 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 Laserscandaten, die für Rheinland-Pfalz flächendeckend zur Verfügung stehen. Je nach Region haben die Daten eine Aktualität von 2008 bis 2019. Zur Lokalisierung der über 3,2 Mio. 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 Laserscandaten neu errichtete Gebäude sind noch nicht im Kataster dargestellt und berechnet worden.

Einstrahlungsanalysen

Im Zuge der Einstrahlungsanalysen werden die direkte und die gesamte 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 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 herausgenommen. 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, der im 30-jährigen Mittel auf eine horizontale Fläche auftrifft (Quelle DWD). In Rheinland-Pfalz wurden spezifische Werte für die jeweilige Region herangezogen. Die Werte liegen zwischen 1050 und 1100 kWh/m² * a.

PV-Modulwirkungsgrad

Für die Berechnung des potenziell zu erwirtschaftenden Stromertrags wurde ein am Markt derzeit häufig erreichter Wirkungsgrad von PV-Modulen von 22 % zu Grunde gelegt. Die Berechnung des potenziellen Stromertrags fußt auf der Annahme, dass bei Flachdächern eine Aufständerung der Module nach Osten und Westen mit einer Modulneigung von 10° vorgenommen wird. Bei dieser Aufständerung können 90 bis 95 % der maximalen Einstrahlungsenergie genutzt werden. Zwischen den Modulen muss aufgrund der geringen Neigung und damit geringen gegenseitigen Verschattung nur ein geringer Abstand sein, sodass 80 % der zur Verfügung stehenden Fläche mit Modulen belegt werden kann. Im Vergleich dazu ermöglicht die horizontale Installation zwar eine 100 %ige Flächenausnutzung, an Einstrahlungsenergie sind jedoch nur ca. 87 % der vor Ort maximalen Werte zu erwarten. Schwierigkeiten ergeben sich bei horizontaler Installation zudem in der fehlenden Selbstreinigung. Verschmutzung kann zu einer Ertragsminderung führen. Die höchste Einstrahlungsenergie ist bei nach Süden aufgeständerten Modulen mit einer Neigung von 30° zu erwarten. Um gegenseitige Verschattung der Module zu vermeiden, können bei dieser Aufständerung jedoch nur 40 % der zur Verfügung stehenden Fläche mit Modulen belegt werden.

CO₂-Einsparung PV

Die Berechnung basiert auf einem CO₂-Emissionswert von 0,504 kg/kWh bezogen auf den Bundesdeutschen Strommix (Stand 2017) und dem KomBiReK-Projekt der Energieagentur Rheinland-Pfalz. Berücksichtigt wird die produktionsbedingte CO₂-Emission, die nach Gemis 4.94 bei 0,04 kg/kWh liegt. Demnach wird die CO₂-Einsparung für eine Anlage mit 22 % Wirkungsgrad mit 0,504 kg/kWh berechnet. Die Ergebnisse der Stromertragsberechnung bilden im nächsten Schritt die Grundlage für die mögliche CO₂-Einsparung.

KWp-Leistung PV

Für die als Nennleistung von Photovoltaikanlagen bezeichnete Kilowatt-Leistung (KW-Leistung) wurden 5,13 m² pro KWp zu Grunde gelegt. Dies entspricht einer Leistung von monokristallinen Anlagen mit 320 W. Die potenzielle KWp-Leistung geht bei Flachdächern von einer Aufständerung der Module Richtung Osten und Westen aus.

Potenzialermittlung und Eignungsklassifizierung PV

Für als geeignet beurteilte Standorte erfolgt die Berechnung der möglichen zu installierenden KWp-Leistung, des entsprechenden potenziellen Stromertrags und der damit einhergehenden CO_2-Einsparung in kg pro Jahr eines jeden Daches. Die dieser Berechnung zugrunde liegenden Größen für die Ermittlung der einzelnen Kennwerte zur Nutzung von Photovoltaikanlagen stellen eine Momentaufnahme der Marktsituation dar. Die Wirkungsgrade der PV-Module können sich durch Faktoren wie technische Neuerungen mit der Zeit verändern. Mit der Berechnung dieser Anlagen-Kenngrößen ist die Möglichkeit gegeben, für jedes Dach im an das Kataster angeschlossenen Ertragsrechner eine Wirtschaftlichkeitsanalyse unter Berücksichtigung der dann aktuellen Werte für Modulwirkungsgrade, Anlagenkosten, Einspeisevergütung und Finanzierungskonditionen durchzuführen.

Das Ergebnis weist diejenigen Flächen als geeignet aus, die mindestens 5 m² installierbare Modulfläche aufweisen. Flachdächer müssen daher durch die Aufständerung der Module mindestens 6 m² Grundfläche für die PV-Nutzung aufweisen. Der spezifische Stromertrag der Dachfläche darf zudem 650 kWh pro kWp installierter Leistung nicht unterschreiten. Dachflächen mit einem geringeren Ertrag werden als nicht geeignet ausgewiesen. Da sich die Rahmenbedingungen wie z.B. die Verschattungssituation vor Ort oder technische Möglichkeiten allgemein nach Abschluss der Analyse verändern können, lohnt sich mitunter dennoch eine Prüfung der Eignung Ihrer Dachfläche vor Ort durch ein Fachunternehmen.

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 sollten, wenn sie zur Unterstützung der Warmwasserbereitung dienen sollen, mindestens einen spezifischen Wärmeertrag von 350 kWh/m² und Jahr liefern. Anlagen, die zusätzlich die Heizung unterstützen, sollten besonders in der Heizperiode (Oktober bis April) gute Erträge liefern (mindestens 165 kWh/m²). Die Mindestflächengrößen wurden in dieser Analyse mit 4 m² (geneigtes Dach) für die Warmwasserbereitung und 8 m² für die Heizungsunterstützung festgelegt. 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 erzeugen könnte.

Quellen

Ministerium für Klimaschutz, Umwelt, Energie und Mobilität (Solarpotenzialdaten)
Deutscher Wetterdienst (Globalstrahlungswerte)
Stand Laserscandaten Solarkataster: je nach Region 2008-2019