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Berechnungsgrundlagen

Solarpotenzialanalyse der Stadt Frankfurt (Oder)

Berechnungsverfahren der Solarpotenzialanalyse

Grundlage der Solarpotenzialanalyse sind die Laserscannerdaten, die für die Stadt Frankfurt (Oder) mit einer Gesamtfläche von 147 km² erfasst wurden. Zur Lokalisierung der 25.564  Gebäude wurden die Gebäudeumringe aus der Automatisierten Liegenschaftskarte (ALK) verwendet.
Die Laserscannerdaten stammen aus der Aufnahme des Jahres 2009 und sind durch Liegenschaftsdaten des Katasters auf den Stand 2011 aktualisiert worden. Abrisse wurden entfernt, Neubauten nach 2009 sind im Kataster nicht enthalten.
Die Gebäudegrundrisse geben die Gebäudeaußenmauern des Hauses an. Dachüberstände sind darin nicht enthalten. Bei der Berechnung wird darüber hinaus das Gewicht von PV-Anlagen berücksichtigt [Link zu Statik bei der Installation von PV-Dachanlagen in den FAQs]

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 Minutenrythmus 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 das 30 jährige Mittel des Globalstrahlungswerts der auf eine horizontale Fläche auftrifft.

Dieser Beträgt für das Untersuchungsgebiet 1060 kWh/m² * a  Für solarenergetische Nutzung geeignete Flächen werden ab einem prozentualen Einstrahlungsanteil von 75% für thermische Nutzung und 70% für die PV-Nutzung der im Untersuchungsgebiet möglicher 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 eine Aufständerung der Module vorgenommen wird. Die aufgeständerte Installation ermöglicht eine 100% tige Strahlungsausnutzung , es können aber nur etwa 40% der Dachfläche effektiv genutzt werden.

CO2-Einsparung PV

Die Berechnung basiert auf einem CO2 Äquivalent Wert von 0,458 kg/kWh bezogen auf den örtlichen Strommix (Stand 2010). Berücksichtigt wurde zudem die produktionsbedingte CO2- Emission, die nach Gemis 4.6 für monokristalline Anlagen ausgegeben wird.  Demnach wurde die CO2- Einsparung für eine Anlage mit 15% Wirkungsgrad mit 0,328 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 7m² pro kWp zu Grunde gelegt. Dies entspricht einer Leistung von monokristalilnen 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 75% der maximalen Einstrahlungsenergie in Rheinberg und Alpen aufweisen. Für die PV-Nutzung geeignete Dachflächenbereiche sind mindestens 10m² für geneigte Dächer an Modulfläche (3D Fläche) groß. Flachdächer müssen bei Aufständerung der Module mindestens 18 m² geeignete Dachfläche für die PV-Nutzung aufweisen.

Klassifizierung in Eignungsstufen Photovoltaik:

  • sehr gut geeignet, >95% der solar nutzbaren Strahlung
  • gut geeignet, 80–95% der solar nutzbaren Strahlung
  • bedingt geeignet, 75–80% der solar nutzbaren Strahlung

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 70% bis 100% Einstrahlungsenergie. Für die Nutzung thermischer Anlagen wird eine Mindestflächengrößen von 5m² (geneigtes Dach) zu Grunde gelegt. Flachdächer müssen bei Aufständerung der Module mindestens 10m² für die Solarthermie-Nutzung aufweisen.

Es erfolgt eine zweistufige Klassifizierung:

  • sehr gut geeignet, > 85% der solar nutzbaren Strahlung
  • gut geeignet, 70% – 85% der solar nutzbaren Strahlung

Wärmemenge

Das Energiepotenzial der Solarthermienutzung wird als Wärmemenge pro m² ausgegeben. Zugrunde gelegt ist hier ein mittlerer Wirkungsgrad von 40%. Dies entspricht der Leistungsfähigkeit eines Flachkollektors.

CO2-Einsparung

Die Berechnung der CO2-Einsparsumme für eine Thermieanlagen bezieht sich auf einen mittleren CO2-Äquivalentwert für Gas von 0,202 kg/kWh.  Abzüglich der Vorkette nach GEMIS 4.6 von 47 g wird mit eine CO2-Äquivalentwert von 0,155 kg CO2 / kWh gerechnet. Die Angabe der CO2-Einsparung für die Solarthermienutzung bezieht sich auf ein m² Solarthermienutzung.