Solardachkataster der Steiermark

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1 Der Solardachkataster der Steiermark Ein Kooperationsprojekt der Abteilung 15 und des GIS Steiermark 1. Allgemeines Die Nutzung von Solarenergie zur Warmwasserbereitung durch thermische Solaranlagen sowie zur Stromerzeugung durch Photovoltaikanlagen gehört zum Maßnahmenbereich Erneuerbare Energien der Energiestrategie Das ist ein Konzept des Landes Steiermark, dessen zentrales Thema es ist, eine nachhaltige, leistbare Energieversorgung für das Land zu gewährleisten. Mit dem Solardachkataster wird ein Werkzeug bereitgestellt, mit dem sich ein/e Haueigentümer/in einen ersten Eindruck darüber verschaffen kann, ob sein/ihr Haus für die Nutzung einer thermischen Solaranlage bzw. einer Photovoltaikanlage geeignet ist und mit welchem jährlichen Energieertrag er/sie rechnen kann. 2. Zielsetzung und Grundlagen Der Solardachkataster der Steiermark entstand in Anlehnung an den Grazer Solardachkataster, wobei das Berechnungsmodell für die GIS-unterstützte Standortanalyse von Frau Dipl.-Ing. Anneliese Kapfenberger- Pock (Stadtvermessungsamt Graz) zur Verfügung gestellt wurde. Dieses Modell wurde in Zusammenarbeit mit dem Stadtvermessungsamt, dem Umweltamt und Praktikern aus der Solarbranche erarbeitet und ermöglicht eine Bewertung des Dachbestandes hinsichtlich seiner Eignung für die Errichtung von thermischen Solaranlagen bzw. Photovoltaikanlagen. a. ALS-Daten Als Datengrundlage dienen hochgenaue dreidimensionale Daten, die durch Airborne Laserscanning (ALS) gewonnen wurden. Dabei handelt es sich um ein optisches Verfahren zur Erfassung der Landschaftsoberfläche, das als Ergebnis eine Punktwolke mit einer Genauigkeit von +/- 15 cm in der Höhe und +/- 40 cm in der Lage liefert. Laserpunkte können anhand von Algorithmen klassifiziert werden, beispielsweise Bodenpunkte, Vegetationspunkte, Gebäudepunkte, Gewässerpunkte, Leitungspunkte etc. Aus den Bodenpunkten wird ein Digitales Geländemodell (DGM) berechnet, aus allen Laserpunkten ein Digitales Oberflächenmodell (DOM).

2 Abb.1: ALS-Punktwolke und Schummerung des daraus erzeugten Digitalen Oberflächenmodells Um die Daten in das Berechnungsmodell des Solardachkatasters einspeisen zu können, musste dieses entsprechend adaptiert werden, und auch die Daten selbst bedurften einer Aufbereitung, um sie weiterverarbeiten zu können. Dazu wurde eigens für diesen Zweck ein DOM mit einer Auflösung von 20 cm aus Boden-, Vegetations- und Gebäudepunkten erzeugt (Abb.2). Nicht benötigte bzw. störende Klassen (z.b. Gewässer, Leitungen) wurden nicht in das DOM aufgenommen. Abb.2: Klassen der ALS-Punkte für die Ermittlung des Solardachkatasters und daraus erzeugter Raster als Berechnungsgrundlage für den Solardachkataster b. Gebäudemaske Eine weitere notwendige Grundlage für die Ermittlung der möglichen Solarflächen ist neben den oben beschriebenen Ebenen die sogenannte Gebäudemaske, eine Abgrenzung der Dachflächen in Form eines Polygon-Datensatzes. Durch die Klassifizierung der ALS-Punktwolke war die Voraussetzung für die automatische Erzeugung einer solchen Gebäudemaske gegeben. Allerdings war das Ergebnis der automatischen Gebäudeextraktion insofern fehlerhaft, als dass einige Objekte (z.b. Brücken oder Holzstöße) fälschlicherweise als Gebäude klassifiziert waren. Diese Flächen galt es in einer manuellen Nachbearbeitung zu löschen. Außerdem mussten die Gebäudeumrisse fallweise korrigiert werden. Da die Umrisse der automatisch erzeugten Polygone ausschließlich aus rechten Winkeln bestehen, was nicht immer der Natur entspricht, mussten die Flächen bzw. deren Umrisse den tatsächlichen Gegebenheiten angepasst werden (Abb.3).

3 Abb.3: Gebäudeumrisse vor und nach der manuellen Nachbearbeitung Als Grundlage für die manuelle Nachbearbeitung der Gebäudemaske dienten die aus der ALS-Punktwolke generierten 20cm-Rasterdaten, die auch die Datengrundlage im Berechnungsmodell des Solardachkatasters bilden. 3. Berechnungsparameter Nicht jedes Dach eignet sich für die Errichtung einer Solaranlage. Entscheidend für die Eignung eines Daches und die Effizienz der Anlage sind die Neigung und Ausrichtung des Daches bzw. seine Größe. Außerdem wurden Flächen ausgeschlossen, die durch Vegetation und andere Gebäude verschattet werden. Abb.4: Berechnungsparameter für die Ermittlung des Solardachkatasters Neigung und Exposition der Dachflächen: Durch ein 3-D-Analyseverfahren wurden Neigung und Exposition der Dachflächen ermittelt, die erhaltenen Werte aus beiden Parametern wurden nach

4 bestimmten Kriterien zu zwei Eignungsklassen zusammengefasst Dachflächen mit guter bzw. sehr guter Eignung (Abb.5 und Abb.6). Solarpotential in Abhängigkeit von Neigung und Exposition Klassifizierung für thermische Solaranlagen E x p o s i t i o n [in ] WEST SÜD- WEST SÜD SÜD- OST OST > [-10] >110 N e i g u n g [in ] sehr gut geeignet gut geeignet Abb.5: Klassifizierung der Eignungsflächen für thermische Solaranlagen in Abhängigkeit von Neigung und Exposition (Quelle: Stadtvermessungsamt) Solarpotential in Abhängigkeit von Neigung und Exposition Klassifizierung für Photovoltaikanlagen E x p o s i t i o n [in ] WEST SÜD- WEST SÜD SÜD- OST OST > [-10] >110 N e i g u n g [in ] sehr gut geeignet gut geeignet Abb.6: Klassifizierung der Eignungsflächen für Photovoltaikanlagen in Abhängigkeit von Neigung und Exposition (Quelle: Stadtvermessungsamt)

5 Optimale Vorrausetzungen für die Errichtung einer thermischen Solaranlage bieten demnach Dachflächen mit einem Neigungswinkel von 30 bis 50 und einer Südwest- bis Südost-Exposition. Photovoltaikanlagen erzielen auch auf weniger geneigten Dachflächen sehr gute Erträge. Eine Sonderstellung nehmen in diesem Zusammenhang Flachdächer ein. Diese eignen sich zwar sehr gut für die Errichtung von Solaranlagen, da Neigungswinkel und Ausrichtung der Paneele durch Aufbauten selbst gewählt werden können. Durch diese Aufbauten entfallen allerdings ca. 2/3 der Fläche, die durch das davor stehende Paneel verschattet werden. Dies wird sowohl bei der Berechnung der Solarflächen als auch bei der Ermittlung der Nutzwärmeerträge berücksichtigt. Verschattung: Bei der Ermittlung des Schattenwurfs wurden jene Flächen errechnet, welche am 21. März (Solarthermie) bzw. am 1. März (Photovoltaik). um 10:00, 12:00 und 14:00 Uhr durch Bäume, andere Gebäude, Hügel etc. verschattet werden (Abb.7 und Abb.8). Die so ermittelten Flächen wurden von den Eignungsflächen abgezogen. Übrig blieben demnach jene Dachflächen, die von 21. März bis 21. September bzw. von 1. März bis Mitte Oktober zwischen 10 und 14 Uhr schattenfrei sind. Abb.7: Verschattung um 10, 12 und 14 Uhr (am 21. März); Grundlage für die Ermittlung der Solarthermie-Eignungsflächen Abb.8: Verschattung um 10, 12 und 14 Uhr (am 1. März); Grundlage für die Ermittlung der Photovoltaik-Eignungsflächen Dachgröße: Die Errichtung einer Solaranlage ist erst ab einer bestimmten Größe rentabel und sinnvoll. Bei thermischen Solaranlagen wird eine Mindestgröße von 12 m² angenommen, bei Photovoltaikanlagen sind es 20 m². Jene Flächen, die sich nach oben genannten Kriterien für die Errichtung von Solaranlagen eignen, die Mindestgröße jedoch unterschritten, schieden aus. Statik und eventuelle denkmalschutzrechtliche Auflagen konnte im Rahmen der Solarpotentialberechnungen nicht berücksichtigt werden.

6 4. Ergebnisse und Darstellung im Digitalen Atlas des Landes Steiermark Seit Beginn der Berechnung des Solardachkatasters im Jahr 2010 wurden die Solarflächen im Digitalen Atlas des Landes Steiermark eingebunden und nach Fertigstellung regionsweise ergänzt. Seit März 2016 sind die Eignungsflächen für thermische Solaranlagen für das gesamte Gebiet der Steiermark verfügbar. An den Eignungsflächen für Photovoltaikanlagen wird derzeit gearbeitet und die Ergebnisse werden sukzessive im Digitalen Atlas eingespielt. Bis Mitte des Jahres 2018 werden auch diese Flächen landesweit verfügbar sein. Die Ergebnisse der Stadt Graz wurden in den Solardachkataster der Steiermark integriert und sind ebenfalls im Digitalen Atlas abrufbar. Zum Webauftritt des Grazer Solardachkatasters gelangt man über das Geoportal der Stadt Graz. Die Ergebnisse werden durch rote und gelbe Flächen (Solarthermie) bzw. blaue und türkise Flächen (Photovoltaik) visualisiert. Für jedes Dach ist die Gesamtsolarfläche in m² und das nutzbare jährliche Energiepotenzial in kwh abrufbar. Für die Ermittlung des Energiepotenzials geht man bei thermischen Solaranlagen von einem nutzbaren Solarertrag von 360 kwh/m² im Jahr bei sehr gut bewerteten Flächen aus, bei gut bewerteten Flächen von 300 kwh/m². Für Photovoltaik wurden für sehr gut bewertete Flächen 85 kwh/m² und für gut bewertete Flächen 73 kwh/m² festgesetzt. Durch unterschiedlich ausgerichtete und geneigte Dachflächen innerhalb einer Dachlandschaft ergeben sich auf einem Gebäude naturgemäß Mischformen aus den beiden Eignungsklassen. Die dargestellte Farbe bezieht sich auf jene Eignungsklasse, die auf dem betreffenden Dach überwiegt (Abb.9), in die Berechnung der Nutzwärmeerträge fließen allerdings die tatsächlich errechneten Flächen ein. Diese Generalisierung gibt es im Stadtgebiet Graz nicht, da die Daten vom Stadtvermessungsamt so übernommen wurden, wie sie auch auf dem Geoportal der Stadt Graz dargestellt werden. Eignung: sehr gut gut Abb.9: Ausschnitt aus dem Solardachkataster der Gemeinde Admont (Bezirk Liezen), links die tatsächlichen Berechnungsergebnisse, rechts die Einfärbung nach der überwiegenden Eignungsklasse (Eignungsflächen für thermische Solaranlagen)

7 Im Digitalen Atlas der Steiermark hat man in der Detailsuche die Möglichkeit, eine beliebige Adresse zu suchen und anzeigen zu lassen, indem man als Suchthema Adresse auswählt. Alternativ kann man sich auch mit den Navigationswerkzeugen in den gewünschten Kartenausschnitt zoomen. In der linken Spalte ist im Reiter Inhalt unter dem Themenpunkt Umwelt der Unterpunkt Solardachkataster zu finden. Hier hat man die Wahl, sich entweder die Eignungsflächen für thermische Solaranlagen oder jene für Photovoltaikanlagen anzeigen zu lassen. Durch den Klick auf eine Dachfläche mit dem Button Identifizieren öffnet sich im Bereich unterhalb des Kartenfensters eine Tabelle, in welcher man Informationen zur Größe der Solarfläche und den zu erwartenden jährlichen Energieertrag des betreffenden Daches erhält. Abb.10: Darstellung im Digitalen Atlas des Landes Steiermark, Ausschnitt aus dem Solardachkataster der Gemeinde Leoben (Eignungsflächen für Photovoltaikanlagen) Im Reiter Legende wird im Untermenü Umwelt die Bedeutung der dargestellten Farben erläutert: Eignung für thermische Solaranlagen: sehr gut gut Eignung für Photovoltaikanlagen: sehr gut gut

8 5. Stand der Daten und Ausblick Zur Berechnung des Solardachkatasters konnten naturgemäß nur jene Gebäude herangezogen werden, die zum Befliegungszeitpunkt der jeweiligen Region existiert haben. Die Vermessung der Steiermark mittels Airborne Laserscanning erfolgte von 2008 bis 2012, der exakte Erfassungszeitraum der einzelnen Regionen ist der Abbildung 11 zu entnehmen. Eine periodische Aktualisierung des Solardachkatasters nach Einlangen neuer Daten ist geplant. Abb.11: ALS-Befliegungszeiträume (Quelle: GIS Steiermark)