Solarpotenzial ermitteln: Neue Tools für Architekten und Planer

Solarpotenzial: Zum Ausbau der Solarenergie haben Bund und Länder erst kürzlich Gesetze zum Ausbau auf den Weg gebracht, die nun auch direkt die Architektur und Bauwirtschaft betreffen. Um die nachhaltige Energieerzeugung zu fördern, werden Photovoltaikanlagen für neue Gewerbebauten wie Büros, Supermärkte oder Einkaufszentren verpflichtend vorgeschrieben – auch Lagerhallen und Parkplätze sind teilweise betroffen.

Solarpotenzial: Langlebig, leistungsstark

Doch nicht nur aus ökologischen und politischen Gründen bewegt sich die Bauwirtschaft auf solarzentrierte Konzepte zu. Bereits jetzt ist die Sonne als Energieressource aufgrund ihrer Effizienz beliebt bei Bauherren, Planern und Architekten. Je nach Typ liegt der Erntefaktor dieser Anlagen, also der Energieertrag im Vergleich zu der für die Produktion benötigten Energie, bei vier bis 20. Vor allem für den Eigenbedarf bergen Photovoltaikanlagen und Solarkollektoren enormes Potenzial, da sie langlebig sind und ihre Produktionskosten in den letzten zehn Jahren insgesamt deutlich sanken. Gleichzeitig verbessert sich ihre Leistung stetig durch weiterentwickelte Technologien. Höchste Zeit also, Solarenergie möglichst früh mitzudenken und die Gebäudeplanung entsprechend auszurichten, damit die gebaute Umwelt eine Schlüsselrolle bei der Energiewende spielen kann.

Als wichtiger Aspekt von nachhaltiger Städte- und Gebäudeplanung fügt sich die Integration von Solarenergie in ein komplexes Konstrukt ein: Zukunftsfähige Quartiere fußen sowohl auf ökonomischen und ökologischen als auch auf sozialen Säulen, die maßgeblich beeinflussen, wie gut sie auch in den kommenden Generationen ihren Zweck erfüllen. Sozial nachhaltig sind Nachbarschaften besonders dann, wenn die Gemeinschaft sowie der Mensch als Bewohner und Besucher im Mittelpunkt stehen. Dazu tragen unter anderem ausreichend Grünflächen und ein angenehmes Mikroklima bei. Ökonomische Faktoren umfassen unter anderem kosteneffiziente Prozesse und Strukturen. Von einem ökologischen Standpunkt aus betrachtet, trägt nachhaltige Architektur und Planung zu einem verantwortungsvollen Umgang mit Ressourcen bei sowie zu Designs, die mit den natürlichen Bedingungen im Einklang stehen.

Aber auch eine möglichst dichte Bebauung zur optimierten Nutzung der knappen freien Flächen, sinnvolle Sanierungen ebenso wie Neubauten und grüne Energieformen wie Solarenergie gehören dazu. Letztere können Architekten und Planer nun frühzeitig mitdenken: Die richtigen Werkzeuge helfen dabei, das Solarpotenzial auf Grundstücken und Gebäuden schon in den frühesten Planungsphasen zu berücksichtigen und auszuschöpfen.

Solarmodulanalyse

In der sich durch neue digitale Technologien und Künstliche Intelligenz stetig erweiternden Toolbox fehlte Architekten bislang noch ein geeignetes Werkzeug für den frühen Einbezug von Solarenergie. Die bestehende Software zur Berechnung des Solarenergiepotenzials war bislang meist zu technisch, nur für erfahrene Nutzer zugänglich oder visualisierte die Daten nicht auf verständliche Weise.

Mit der so genannten Solarmodulanalyse der Cloud-basierten Software Spacemaker (Autodesk) lässt sich nun austesten, in welchen Entwürfen der antizipierte Energieertrag maximiert werden kann. Das hilft dabei, Grundstücke, Gebäude und ganze Quartiere mit Blick auf ihre Energieeffizienz zu optimieren. Der Vorteil besteht nicht nur in der risikofreien, digitalen Umgebung, in der Architekten mit verschiedenen Szenarien experimentieren können, sondern auch in der datengestützten Informationsbasis. Die Analysen befähigen sie damit nämlich auch zu zuverlässigen und fundierten Entscheidungen, die wiederum das Risiko ressourcenintensiver Nachrüstungen minimieren.

Für die Solarmodulanalyse berechnet Spacemaker Sonnenkarten für alle Dächer auf der jeweiligen Fläche und für jede Stunde des Jahres. Die Sonnenstrahlungsdaten kommen aus der Copernicus-Datenbank und skalieren die direkte Sonneneinstrahlung für den Einfallswinkel, der sich anhand des eingegebenen Panelwinkels und des stündlichen Sonnenwinkels berechnen lässt.

Solarpotenzial: Alle Faktoren berücksichtigen

Anhand des so genannten Sandia-Simple-Sky-Diffuse-Modells wird außerdem die diffuse Sonneneinstrahlung mit einkalkuliert. Also jene, die durch Wolken, Nebel oder Dunst gestreut wird. Dabei wird die direkte Sonneneinstrahlung für die Stunden, in denen das Dach im Schatten liegt, nicht berücksichtigt, wohl aber die diffuse Sonneneinstrahlung für alle Stunden. Anschließend werden alle übrigen Benutzereingaben mit einbezogen, um dann die Gesamtleistung der Anlage zu ermitteln.

Es lassen sich aber nicht nur Potenziale von Solarmodulen und Photovoltaikanlagen zu Beginn der Entwurfsphase analysieren, sondern auch das Wohlbefinden der Bevölkerung direkt beeinflussen. So sind Parameter wie Tageslicht, Wärme, Wind und Lärm auf einem Grundstück direkt einsehbar und die Software ist auch experimentell zu nutzen, um zu vermeiden, dass Kosten für teure Nachrüstungen entstehen.

Von Christoph Becker.

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