Berechnungsgrundlagen Solarthermie

Grundlage dieses Katasters ist eine geodatenbasierte Ermittlung der Solarpotenziale für jedes Gebäude im Landkreis Stade. Die Methode zur Berechnung des Solarenergiepotenzials erfolgt über geographische Informationssysteme (GIS). Über hochgenaue Ganzjahreseinstrahlungsanalysen wird die solar nutzbare Strahlung genau ermittelt, wobei Abschattungen, verursacht z.B. durch Dachstrukturen oder Vegetation, Berücksichtigung finden. Zu jeder geeigneten Dachteilfläche werden nun Potenzialparameter, wie der der potenzielle Wärmeertrag pro Jahr und die mögliche CO₂-Einsparung errechnet. Die Methodik sowie die angenommenen Parameter sind im Folgenden näher beschrieben.

Hintergrund

Datengrundlage

Grundlage der Solarpotenzialanalyse sind Laserscandaten und Daten aus einem Digitalen OberflächenModell (DOM), die für das Untersuchungsgebiet flächendeckend zur Verfügung stehen. Die Daten stammen aus dem Jahr 2015. Zur Lokalisierung der Gebäude wurden die Gebäudeumringe aus dem Automatisierten Liegenschaftskataster (ALKIS) mit Stand 2022 verwendet. Die Gebäudegrundrisse geben die Gebäudeaußenmauern eines Hauses an, Dachüberstände sind darin nicht berücksichtigt. Nach 2022 neu errichtete Gebäude sind noch nicht im Kataster dargestellt und berechnet worden, da sie in den ALKIS-Daten nicht enthalten waren. Gebäude, die zwischen 2015 und 2022 errichtet worden sind, sind in der Regel als Flachdach dargestellt, da ihre tatsächliche Dachstruktur nicht in den Oberflächenhöhendaten abgebildet war.

Ermittlung homogener Dachteilflächen

In einem ersten Schritt werden aus dem Oberflächenhöhenmodell homogene Dachteilflächen abgeleitet. Eine homogene Teilfläche verfügt jeweils über eine einheitliche Neigung und Ausrichtung und ist damit gleichermaßen mit Solarkollektoren belegbar. Störelemente werden dabei ausfindig gemacht und separiert. Über das angewendete Verfahren werden auch Schornsteine, Gauben und andere Dachstrukturen berücksichtigt. Dies ermöglicht die differenzierte Berechnung der Einstrahlung pro homogener Teilfläche.

Einstrahlungsanalysen

Im Zuge der Einstrahlungsanalysen werden die direkte und diffuse 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, die vom DWD zur Verfügung gestellt werden, an lokale Verhältnisse angepasst. 

Eignungsklassifikation 

Das Ergebnis weist die Flächen aus, die einen spezifischen Wärmeertrag von 350 kWh/m² pro Jahr und mehr aufweisen und weniger als 20 % verschattet sind. Für die Solarthermienutzung geeignete Dachflächenbereiche sind in ihrer Grundfläche mindestens 5 m² groß. Bei Flachdächern wird angenommen, dass bei einer Aufständerung von 30° nach Süden 40 % der Fläche genutzt werden können. Flachdächer müssen daher mindestens eine Grundfläche von 12,5 m² aufweisen, um als geeignet eingestuft zu werden.

Potenzialermittlung auf Dachflächen

Kollektorwirkungsgrad

Für die Berechnung des potenziell erzeugbaren Wärmeertrags wurde ein zum Zeitpunkt der Analyse gängiger Wirkungsgrad von Flachkollektoren zu Grunde gelegt. Dies sind 50 % Wirkungsgrad. Die Berechnung des potenziellen Wärmeertrags fußt auf der Annahme, dass bei Flachdächern von einer Aufständerung der Module auf 30° Süd ausgegangen.

Wärmeertrag

Basierend auf den errechneten Parametern ‚geeignete Dachfläche‘, ‚Wirkungsgrad‘ und ‚Einstrahlungsenergie‘ wird der potenzielle Wärmeertrag für die ausgewählte Fläche/n ermittelt. Die Berechnung des Wärmeertrags basiert auf folgender Berechnungsformel: 

Y = η ·H·F3D
Y= zu erwartender Jahresenergieertrag für die Dachteilfläche [kWh / a] 
η = Wirkungsgrad der Anlage 
H= mittlere jährliche solare Einstrahlung auf die geeignete Kollektorfläche [kWh/(m² ·a)]
F3D = geeignete Dachfläche [m²]    

CO₂-Einsparung 

Die Berechnung basiert auf einem CO₂-Äquivalent Wert von 0,25 kg/kWh, bezogen auf die CO₂-Emissionen von Gas als Energieträger. Berücksichtigt wurde ebenso die produktionsbedingte CO₂-Emission, die nach GEMIS 4.95 für Solarthermieanlagen bei 0,0218 kg/kWh liegt. Deshalb wurde die CO₂-Einsparung für eine Anlage mit 50 % Wirkungsgrad mit 0,228 kg/kWh berechnet. Die Ergebnisse der Wärmeertragsberechnung bilden die Grundlage für die mögliche CO₂-Einsparung.

Solar-Fachbetriebe

Die Liste der dargestellten Solar-Fachbetriebe ist möglicherweise nicht vollständig. Sie beruht auf einer Google-Recherche sowie einem Datensatz der Handwerkskammer.
Hinweis: Sollte ihr Betrieb nicht aufgeführt sein, melden Sie sich bitte beim Landkreis Stade (Kontakt: klima@landkreis-stade.de), damit wir Sie in die Liste mit aufnehmen können.

Weitere Hinweise

Im Solarkataster sind nur Dachflächen ausgewiesen, die für eine Solarthermienutzung grundsätzlich geeignet sind. Auf eine weitere Klassifizierung innerhalb der geeigneten Flächen wird verzichtet, da die Eignung einer Dachfläche stark vom Verbrauchsverhalten der Bewohnerinnen und Bewohner des Gebäudes abhängig ist. Bitte nutzen Sie daher den Ertragsrechner Solarthermie, um einen Eindruck von der Wirtschaftlichkeit einer Solarthermieanlage auf Ihrem Dach zu bekommen.
Die dieser Berechnung zugrunde liegenden Größen für die Ermittlung der einzelnen Kennwerte zur Nutzung von Solarthermieanlagen stellen eine Momentaufnahme der Marktsituation dar. Wirkungsgrade und CO₂-Äquivalente können sich durch Faktoren, wie technische Neuerungen während der Projektphase, verändern. 
Die geodatenbasierte Analyse der Solarpotenziale bietet eine erste Einschätzung der Eignung eines Daches für die Installation von Solarthermie. Sie ersetzt nicht die Vor-Ort-Prüfung der Machbarkeit durch ein Fachunternehmen. Ob die Statik des Daches für die Installation von Solarthermiekollektoren geeignet ist, wird im Rahmen der geodatenbasierten Analyse nicht geprüft.