Dieser Artikel stellt eine Übersicht bereit, welche Methodiken verwendet werden, um PV-Potenziale in syte zu ermitteln.
Einleitung
Durch das Energiepotenzial-Feature in syte ist nun folgendes möglich: eine erste Abschätzung des Photovoltaik-Potenzials für über 17 Millionen Gebäude in acht deutschen Bundesländern. Dieses neue Feature ermöglicht es den Nutzern, in Echtzeit eine erste Einschätzung des möglichen Photovoltaik-Ertrags für einzelne Gebäude und Grundstücke zu erhalten.
Grundlagen des PV-Features
Das Herzstück dieses Features bildet die Nutzung von LOD2-Gebäudemodellen. Diese detaillierten 3D-Modelle bieten eine genaue Grundlage für die Berechnung der Sonneneinstrahlung auf Gebäudeoberflächen. Aktuell werden Faktoren wie Verschattungen oder Strukturen auf den Dächern noch nicht berücksichtigt, was zukünftige Ansätze für Verbesserungen des Features darstellt.
Technische Herausforderungen und Lösungsansätze
Sonneneinstrahlungsberechnung
Die Kernherausforderung liegt in der präzisen Berechnung der Sonneneinstrahlung für die LOD2-Gebäudeoberflächen. syte nutzt hierfür als Grundlage die pvlib-Bibliothek, die auf Basis geografischer Koordinaten (Breitengrad, Längengrad), Neigung und Azimut der Flächen, sowie des typischen meteorologischen Jahres, die Sonneneinstrahlung berechnet. Drei Hauptkomponenten der Strahlung werden dabei berücksichtigt: Direkte Strahlung, Himmelsdiffusionsstrahlung, Bodendiffusionsstrahlung
Vorberechnung und Quantifizierung
Ein innovativer Ansatz besteht in der Vorberechnung und Speicherung von Strahlungswerten für diverse Kombinationen aus geografischen und räumlichen Faktoren. Diese im Voraus berechneten Werte dienen als effizienter Ansatz zur Ermittlung der Sonneneinstrahlung für unterschiedliche Gebäudeoberflächen. Der einzelne Abruf der pvlib-Schnittstelle benötigt etwa 1 Sekunde pro Gebäudefläche was bei 20 Millionen Gebäuden und den daraus resultierenden 200 Millionen Gebäudeflächen (Dachflächen, Wandflächen) etwa 5 Jahre auf einem einzelnen CPU gedauert hätte, durch den Ansatz von syte sind wir in der Lage alle Gebäude in 30 Minuten zu berechnen.
Monatliche Durchschnittswerte und Standardabweichungen
Zur weiteren Verfeinerung der Daten werden monatliche Durchschnittswerte verschiedener Bestrahlungskomponenten berechnet. Dabei werden Faktoren wie die Neigung der Oberfläche, der Azimutwinkel, der Zenitwinkel der Sonne, sowie spezifische Daten zur Bestrahlungsstärke bei jahreszeitentypischer Himmelsbedeckung berücksichtigt.
Berechnung des Erreichbaren PV-Potenzials
Das erreichbare PV-Potenzial wird durch eine spezifische Formel berechnet, die die Gesamtfläche der Solarmodule auf dem Dach, den Wirkungsgrad des Solarmoduls, die Sonneneinstrahlung und die Performance Ratio (ein Koeffizient für Verluste) einbezieht.
E = A * r * H * PR
E = potenzieller PV-Ertrag (kWh)
A = Gesamtfläche der Solarpaneele (m²) = Dachfläche * 0,78 (wir nehmen an, dass etwa 78 % der Dachfläche für Solarpaneele geeignet sind)
r = Ertrag oder Effizienz der Solarpaneele (%) , Standardwert = 0.15
H = Sonneneinstrahlung (kWh/m²/Monat)
PR = Leistungsverhältnis, Koeffizient für Verluste (Standardwert = 0,75)
Fazit
sytes neues PV-Feature stellt einen bedeutenden Fortschritt in der Nutzung erneuerbarer Energien dar. Es vereinfacht nicht nur die Einschätzung des Photovoltaik-Potenzials für Millionen von Gebäuden, sondern demonstriert auch die Leistungsfähigkeit moderner Datenverarbeitung und Algorithmen in der grünen Technologie. Mit der kontinuierlichen Verbesserung und Integration weiterer Faktoren wie Dachstrukturen und Verschattungen wird dieses Tool zu einem wichtigem Bestandteil in der Planung nachhaltiger Potenziale.