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Berechnungsgrundlagen Solardachkataster

Die Berechnungen zur Eignung der Dachflächen resultieren aus einer Analyse der Fachhochschule Osnabrück (SUN-AREA-Methode). Grundlage der 2009 fertiggestellten und Ende 2010 fortgeführten und weiterentwickelten Solar-Potenzial-Analyse sind hochauflösende Laserscannerdaten, die von der Stadt Mülheim bereitgestellt wurden. Diese Daten stellen die Geländeoberfläche inklusive aller Elemente wie Gebäude und Bäume dar - Informationen, die es erlauben, ein Dach mit Gauben oder Schornsteinen dreidimensional abzubilden. Aus den Informationen können Faktoren wie Dachneigung, Dachexposition, Einstrahlungsenergie, Dachflächengröße und Verschattung durch benachbarte Häuser oder Bäume berechnet werden. Die Verschattung wird zusätzlich durch eine Sichtanalyse zur Sonne zu unterschiedlichen Tages- und Jahreszeiten dokumentiert.

Auf Grundlage der Laserscannerdaten aus dem Jahr 2009 und den Gebäudeumringen (Liegenschaftsinformationen, Stand Juli 2009) wurden folgende Daten für jedes Gebäude bzw. jede Dachfläche ermittelt:

Ausrichtung und Neigung des Daches
Abschattung der Dachfläche im Jahresverlauf
Solare Einstrahlung pro m²-Dachfläche (auf Grundlage von Globalstrahlung, Ausrichtung, Neigung und Abschattung eines Daches)
Belegbare homogene Dachfläche
Eignung des Daches für Solaranlagen

Für die Installation von Photovoltaikanlagen wurde zusätzlich berechnet:

Installierbare Nennleistung auf Grundlage der ermittelten geeigneten und zusammenhängenden Dachfläche
Möglicher Jahresertrag der Photovoltaikanlage bei Gesamtbelegung der geeigneten Dachfläche (bei einem Wirkungsgrad von 15 %)
Mögliche CO₂-Einsparung pro Jahr bei Gesamtbelegung der geeigneten Dachfläche mit Photovoltaik-Modulen (bei einem Wirkungsgrad von 15 %)
Investitionskosten bei Gesamtbelegung der geeigneten Dachfläche

Berechnungsparameter

Verschattung
Im Rahmen einer Ganzjahreseinstrahlungsanalyse, berechnet im Stundenrhythmus des Sonnenstandes über das gesamte Jahr, wurden die solare Einstrahlung sowie Verschattungen durch Vegetation, angrenzende Gebäude oder Dachaufbauten berücksichtigt. Stark abgeschattete Dachflächenbereiche ab einer Minderung der direkten Strahlung von 43 % werden als ungeeignete Bereiche aus der Berechnung heraus genommen. Geringere Abschattungen mindern die solare Einstrahlung und fließen in die Solarpotenzialberechnung mit ein.

Flächengröße
Auf geneigten Dächern sind für die Nutzung von Photovoltaik mindestens 10 m² Modulfläche notwendig, um eine Anlage wirtschaftlich betreiben zu können. Für die Nutzung thermischer Solaranlagen wurde eine Mindestflächengröße von 5 m² zu Grunde gelegt.
Bei Flachdächern wird grundsätzlich von einer Aufständerung der Solaranlage bei optimaler Südausrichtung ausgegangen. Um eine gegenseitige Verschattung der Anlagenteile zu vermeiden, muss zwischen den Reihen Abstand gehalten werden. Bei den oben genannten Mindestgrößen der Modulflächen muss ein Flachdach daher ca. 40 m² für eine Photovoltaik-Anlage und ca. 10 m² für solarthermische Anlagen aufweisen, um geeignet zu sein.

Globalstrahlung
Zu Grunde gelegt wird der Globalstrahlungswert im 20-jährigen Mittel, der auf eine horizontale Fläche auftrifft. Der Wert beträgt für Mülheim an der Ruhr 977,12 kWh/a. Für jede Dachfläche wird der tatsächliche Einstrahlungswert errechnet.
Für Photovoltaik geeignete Flächen werden ab einem prozentualen Einstrahlungsanteil von 75 % ausgewiesen.
Für Solarwärme geeignete Flächen werden ab einem prozentualen Einstrahlungsanteil von 70 % ausgewiesen.

PV-Modulwirkungsgrad
Für die Berechnung des potenziell zu erwirtschaftenden Stromertrags wurden mit 15 %, 12 % und 9 % drei unterschiedliche Wirkungsgrade von Photovoltaikmodulen zu Grunde gelegt. Die veröffentlichten Daten basieren auf dem Wirkungsgrad von 15 %, der von heutigen kristallinen Modulen erreicht wird.
Ein Wirkungsgrad von 9 % wird von Dünnschichtmodulen erreicht. Diese Energieerträge sind im Internet nicht abrufbar, können für einzelne Gebäude aber beim Umweltamt erfragt werden.

CO₂-Einsparung
Die Berechnung basiert auf einem durchschnittlichen CO₂-Äquivalent von 624 g/kWh. Dies entspricht dem Wert des vom Bundesumweltamt ermittelten Emissionsfaktors des deutschen Strommixes von 2007. Da regenerativ erzeugter Strom prioritär ins Netz aufgenommen werden muss, verdrängt der in Mülheim produzierte Solarstrom fossil erzeugten Strom der RWE, der aufgrund des hohen Stein- und Braunkohleanteils höhere CO₂-Emissionen verursacht.
Die mögliche CO₂-Einsparung resultiert aus der Stromertragsberechnung.

kW-Leistung
Bei der Berechnung der installierbaren Nennleistung von Photovoltaikanlagen wurden 7 m² pro 1 kWp zu Grunde gelegt.

Investitionsvolumen
Zur Berechnung des Investitionsvolumens wurden als Kostengröße 3.500 EUR pro kW Nennleistung zu Grunde gelegt. Hinzu kommen evtl. Netzanschlusskosten, Planungskosten und Kosten für die Statikprüfung. Grundsätzlich sinken die Preise je größer die Anlagen sind.