SOLARDACHKATASTER. Verschattungsanalyse Dachseitengenau SolarWEB

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1 SOLARDACHKATASTER Verschattungsanalyse Dachseitengenau SolarWEB

2 Seite 1 1 Geoplex GmbH - Innovation, Kompetenz, Service 2 Datengrundlage: Airborne Laserscanning 3 Die Geoplex-Gebäudeerkennung 4 Solarpotentialberechnung 5 Solarpotentiale ins Netz GEOPLEX GmbH Sitz der Gesellschaft Möserstraße Osnabrück Fon: Fax: Niederlassung Halle (Westf.) Osnabrücker Str. 77a Halle (Westf.) Fon: Fax: info@geoplex.de

3 Seite 2 1. Geoplex GmbH Innovation, Kompetenz, Service Die Geoplex GmbH ist ein innovatives Dienstleistungsunternehmen im Aktionsfeld der dynamisch wachsenden Geoinformationsbranche mit Niederlassungen in Osnabrück und Halle (Westf.). Seit der Gründung als GmbH im September 2009 hat sich Geoplex mit den Segmenten Photovoltaik, Beratung und Planungssysteme erfolgreich ein breites Leistungsspektrum aufgebaut. Öffentliche Hand Photovoltaikwirtschaft PHOTOVOLTAIK Projektierung 3D-Planung Montage Im Bereich der Geoplex-Planungssysteme ist die Ableitung interaktiver Solardachkataster aus Airborne Laserscannerdaten eines unserer Kernprodukte. Das Geoplex-Solardachkataster ermöglicht die internetbasierte Darstellung des Solarstrompotentials aller Dächer eines Großraumes (z.b. einer Gemeinde, einer Stadt). Im Ergebnis erlaubt die vorliegende Datenstruktur lokale und großflächige Abfragen der errechneten Informationen. So können Sie die Solarstrompotentiale des Bezugsraumes zielgerichtet und effizient abfragen sowie Impulse für eine intensivere, klimafreundliche Nutzung von Photovoltaik geben.

4 Seite 3 2. Datengrundlage: Airborne Laserscanning Für die Erstellung eines Solardachkatasters muss zunächst ein digitales Oberflächenmodell erarbeitet werden, das für jeden Messpunkt dessen Lage und Höhe wiedergibt (x-, y-, z-koordinaten). Aufgrund der hohen Genauigkeit bilden Airborne Laserscannerdaten die optimale Basis für eine derartige Untersuchung. Liegen keine Laserscannerdaten vor, besteht darüber hinaus die Möglichkeit ein Solardachkataster aus hochauflösenden Luftbildern (mind. 20 cm Bodenauflösung) zu erstellen. Messtechnik Airborne Laserscanning Die Funktionsweise eines flugzeuggestützten Laserscanners ist grundsätzlich mit der eines Echolotes zu vergleichen. Die Entfernungsmessung beruht dabei auf der Messung der Zeitspanne, die zwischen dem Aussenden des Laserimpulses und der Reflexion des zurückkommenden Laserimpulses verstreicht. Die senkrecht unter dem Trägerflugzeug montierten Messinstrumente strahlen einen gepulsten oder kontinuierlichen Laserimpuls ab, der bei einer Flughöhe von z.b m 6,671 Mikrosekunden für die gesamte Messstrecke benötigt (vgl. Abb. rechts). GPS reference station z dgps x y z z y x LINS Allerdings wird hierdurch nur die Entfernung zwischen der Erdoberfläche und dem Messgerät ermittelt. Somit muss auch die exakte Position des Flugzeugs bekannt sein (d.h. die Lage in einem dreidimensionalen Bezugssystem). Diese Standortbestimmung wird mit Hilfe des differential Global Positioning Systems (dgps) ermöglicht (vgl. Abbildung oben). Da das Flugzeug während einer Messung weiterfliegt und sich zudem nicht senkrecht über der Geländeoberfläche befindet, müssen Abweichungen durch Bewegung und Fluglage des Trägerflugzeugs berücksichtigt werden. Hierzu dient das Laser Inertial Navigation System (LINS), das die drei Fluglageparameter Neigung um die Querachse, Neigung um die Längsachse und Drehung um die Hochachse ermittelt (vgl. Abb. oben). Aus der exakten Lage des Flugzeugs im Raum und der Entfernung zwischen Flugzeug und einem Oberflächenpunkt lässt sich dessen Position bestimmen. Ergebnis der Laserscanmessung Das Verfahren des Airborne Laserscanning liefert schließlich ein 3D-Oberflächenmodell, das aus einer Menge von Messpunkten besteht (Stand der Technik: 1-15 Punkte pro m²). Jeder Messpunkt besitzt lediglich Informationen zu seiner Lage und Höhe (x-, y-, z-koordinaten). Darüber hinaus sind die Daten nicht weiter klassifiziert. Es ist also nicht vermerkt, ob sich der Messpunkt beispielsweise auf einem Baum oder einem Dach befindet. Um diese Information zu erhalten, hat Geoplex eine Gebäudeerkennung entwickelt, die im Folgenden beschrieben wird.

5 Seite 4 3. Die Geoplex-Gebäudeerkennung Zur Detektion aller Dachseiten im Bezugsraum hat Geoplex eine eigene Erkennung entwickelt. Auf Basis von Airborne Laserscannerdaten erkennt die vollautomatische Technologie mindestens 95 % aller Gebäudeobjekte - von der Garage bis zum Industriekomplex. Dabei verzichtet das Programm auf die Verwendung von Zusatzdaten wie Luftbilder oder Liegenschaftsdaten (ALK), um die Probleme inkompatibler oder nicht parallel verfügbarer Datensätze zu vermeiden. Höhe über NN 30 m 0 m Schritt 1 In vier Schritten vom Messpunkt zum Polygon Schritt 1: Das Oberflächenmodell wird in das Geoplex-Framework geladen (vgl. Abb. rechts Schritt 1). Klassifikationsergebnis Gebäude Boden Vegetation Schritt 2: Die Laserscanner-Messpunkte werden nach Gebäuden, Boden und Vegetation klassifiziert (vgl. Abb. rechts Schritt 2). Schritt 3: Die redundanten Boden- und Vegetationspunkte werden aus der Datenbank entfernt. Folglich klassifiziert das Programm die erkannten Dächer nach den einzelnen Dachseiten (vgl. Abb. rechts Schritt 3). Schritt 4: Die erkannten Dachseiten werden aus dem Punktformat in ein Flächenformat umgewandelt (Polygon-Shape) und stehen so für die Solarpotentialberechnung zur Verfügung (vgl. Abb. rechts Schritt 4). Vorteile der Gebäudeerkennung Change Detection: Durch den einheitlich und aktuell ermittelten Gebäudebestand können Veränderungen im Bezugsraum zum Beispiel gegenüber den amtlichen ALK-Daten aufgezeigt werden. Schritt 2 Dachseiten ID - Schritt 3 Dachtyp Reale Dachformen: Die Gebäudeerkennung verzichtet auf die Verwendung von Standarddächern. Sie erhalten somit ein realitätsgetreues Bild der vorliegenden Strukturen. Spitzdach Flachdach Hochgenaue Solarpotentialberechnung: Deutliche Steigerung der Ergebnisqualität im Vergleich zu einer pauschalen Klassifikation der ALK-Daten. Schritt 4

6 Seite 5 4. Solarpotentialberechnung Auf Basis der ermittelten Dachseiten kann nun die Eignungsbewertung im Hinblick auf eine ökonomische Stromproduktion mit Photovoltaik erfolgen. Um die einzelne Dachseite einer Gesamteignungskategorie zuzuweisen, sind vier wesentliche Standortfaktoren zu beachten: Exposition Die optimale Ausrichtung eines Daches ist deutschlandweit identisch. So verspricht eine Südausrichtung maximale Erträge. Jede wesentliche Abweichung nach Westen oder Osten bedeutet Ertragsverluste bei der Stromproduktion und wirkt sich somit einschränkend auf die Gesamteignung einer Dachseite aus. Neigung Der optimale Neigungswinkel eines Daches schwankt in Deutschland um den Wert 30. In den nördlichen Bundesländern ist der optimale Winkel etwas steiler als im Süden. Bei der Kategorisierung der Neigungsergebnisse wird somit die geographische Breite des Bezugsraumes berücksichtigt. Mindestgröße Eine ökonomisch sinnvolle Mindestgröße für den wirtschaftlichen Betrieb einer Photovoltaikanlage hängt rechnerisch an verschiedenen Faktoren (Ertrag pro Flächeneinheit, Investitions- und Unterhaltungskosten, aktuelle Fördersätze). Erfahrungswerte zeigen, dass der Erlös bei Flächen unter 20 m² zu gering ist. Diese Flächen gelten somit als nicht geeignet. Verschattung Verschattungseffekte mindern die Erträge einer Photovoltaikanlage erheblich. Daher errechnet Geoplex für jedes Solardachkataster einen eigenen Layer, der die Verschattung im Jahresverlauf zeigt. So ist es möglich Verschattungseffekte räumlich darzustellen und ggf. zu beheben bzw. diese Bereiche bei der Planung einer Photovoltaikanlage zu meiden. Nachdem alle wesentlichen Standortfaktoren berechnet sind, erfolgt die Kategorisierung der erkannten Dächer hinsichtlich ihrer Eignung für die Stromproduktion mit Photovoltaik (Kategorien: sehr gut geeignet bis nicht geeignet). Darüber hinaus ist die internetbasierte Darstellung und Abfrage der Resultate über ein geeignetes WebGIS umzusetzen.

7 Seite 6 5. Solarpotentiale ins Netz Als Ergebnis der Solarpotentialberechnung liegen zwei Layer vor: Eignungslayer Der Eignungslayer stellt das kategorisierte Gesamtergebnis dar. Neben der Eignungskategorie und den vier Standortfaktoren (Exposition, Neigung, Verschattung, Größe) sind die Informationen installierbare Leistung, erzielbarer Ertrag pro Jahr und das CO2-Einsparpotential pro Jahr abfragbar. Außerdem besteht die Möglichkeit mit einem Ertragsrechner eine unverbindliche Wirtschaftlichkeitsberechnung durchzuführen. Verschattungslayer Der Verschattungslayer zeigt flächendeckend die Verschattung im Jahresverlauf. Dabei berücksichtigt die Berechnung alle Objekte, die bei der Laserscanmessung erfasst wurden. Der Layer dient der räumlichen Verortung von Verschattungseffekten und dem Auffinden der Verschattungsursache. Zur Visualisierung dieser Ergebnisse im Internet hat Geoplex SolarWEB entwickelt (vgl. Abb. oben). Mit SolarWEB werden alle Dachflächen interaktiv auf die hinterlegten Solarpotentiale abfragbar. Darüber hinaus ist ein Solarrechner integriert, der umfangreiche Wirtschaftlichkeitsanalysen ermöglicht. Das Portal verfügt dabei über eine einfache und intuitiv zu bedienende Benutzeroberfläche, die auch den Bedürfnissen ungeschulter Nutzer entgegen kommt. Das WebGIS ist flexibel aufgebaut und kann so optisch und inhaltlich an die Bedürfnisse unserer Kunden angepasst werden. Darüber hinaus ist die Erweiterung um zusätzliche Inhalte jeder Zeit problemlos möglich. Eine Demo von SolarWEB erreichen Sie unter:

8 GEOPLEX GmbH Sitz der Gesellschaft Möserstraße Osnabrück Fon: Fax: Niederlassung Halle (Westf.) Osnabrücker Str. 77a Halle (Westf.) Fon: Fax: info@geoplex.de