1. 3D-Solarpotenzialanalyse – ein neuartiger Ansatz

VC Solar nutzt die erweiterten Möglichkeiten der 3D-Solarpotenzialanalyse, um die globale, direkte und diffuse Sonneneinstrahlung für verschiedene Dach- und Wandflächen zu berechnen. Diese Berechnungen gehen weit über einfache Oberflächenanalysen hinaus und berücksichtigen verschattende Objekte wie Vegetation. Ziel ist es, optimale Standorte für Photovoltaikanlagen (PV) zu identifizieren und die Effizienz der Energieerzeugung zu maximieren.

Die Berechnungen basieren auf einem fortschrittlichen Ray-Tracing-Verfahren. Hierbei steht die Direktstrahlung für den Anteil der solaren Einstrahlung, der direkt auf eine Fläche trifft, während die diffuse Strahlung die in der Atmosphäre gestreute Sonnenstrahlung zeigt. Die Summe dieser beiden Komponenten – die Globalstrahlung – bildet die Grundlage für die Analyse der PV-Nutzung.

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2. Differenzierte Ergebnisse aufgrund von vielfältigen Parametern

VC Solar kombiniert für die detaillierte Analyse zwei sich ergänzende Komponenten, um eine größtmögliche Genauigkeit hinsichtlich Effizienz und Wirtschaftlichkeit von PV-Planungen zu prognostizieren.

Solare Einstrahlung als Basis

Im ersten Schritt ermöglicht das VC Solar Backend die präzise Bestimmung der monatlichen direkten, diffusen und globalen Sonneneinstrahlung auf sämtlichen Dach- und Wandflächen des ausgewählten Gebäudebestands. Die Software berücksichtigt dabei die Verschattung durch Vegetation und Stadtmodellobjekte. Die Sonneneinstrahlungsdaten werden mit einem einfachen Klick auf die jeweiligen Oberflächen sofort in intuitiven Diagrammen dargestellt. Zudem erlaubt die Software den Nutzern eigenständige Aktualisierungen des flächendeckenden Solarkatasters nach Bedarf.

Detaillierte Ergebnisse für individuelle Szenarien

Im zweiten Schritt wird mit der interaktiven VC Solar App das Photovoltaikpotenzial auf Basis von semantischen Flächen oder gezeichneten Freiflächen ermittelt. Die App kann direkt in der webbasierten Kartenanwendung VC Map genutzt werden. Für diese Live-Anwendung der solaren Einstrahlung ist also keine rechenintensive Neuberechnung des gesamten flächendeckenden Modells notwendig.

Das wichtigste Merkmal der VC Solar App ist die Möglichkeit, individuell bestimmbare Flächen direkt in der 3D-Umgebung der VC Map zu zeichnen. Dies ermöglicht eine präzise Berücksichtigung baulicher Besonderheiten wie Fenster, Türen oder Bäume. Neben großflächigen Analysen erlaubt das Plugin auch gezielte Untersuchungen einzelner Fassaden und Dächer.

Anschließend können Nutzer zusätzlich ihre individuellen Haushaltsparameter wie Energieverbrauch, Eigennutzung sowie Investitions- und Wartungskosten der PV eingeben. Die Berechnung der App bezieht alle diese Faktoren ein und liefert eine Analyse des CO2-Einsparpotenzials sowie der Wirtschaftlichkeit der geplanten Anlage. Dabei wird auch die Degradation für eine langfristige Kosten-Nutzen-Analyse berücksichtigt.

3. Open-Source-Plugin für vorausschauendes Planen von Bauvorhaben

Die VC Solar App steht als Open-Source-Plugin zu Verfügung. Zusätzlich zu den Gebäudemodellen ist die Anwendung auch auf 3D-Meshmodelle sowie auf Planungsmodelle und Szenarien aus dem VC Planner anwendbar. Neben der Analyse bestehender Gebäude können also auch Planungen und noch nicht realisierte Bauprojekte auf ihr solarenergetisches Potenzial hin untersucht werden. Dies erlaubt sowohl eine vorausschauende Bewertung des Solarpotenzials zukünftiger Bauvorhaben als auch die Analyse der Auswirkungen neuer Gebäude auf bereits installierte Solaranlagen.

Wirtschaftlichkeits- und Umweltbewertung

Basierend auf der präzisen Solarpotenzialanalyse und unter Einbeziehung individueller Investitionsfaktoren erstellt VC Solar umfassende Wirtschaftlichkeitsberechnungen für die Photovoltaikanlage. Über eine Eingabemaske werden Daten wie der persönliche Strombedarf, der Eigenverbrauchsanteil sowie die Energiekosten erfasst und durch Angaben zur Finanzierung der Anlage ergänzt. Diese personalisierten Daten, kombiniert mit den solaren Energieertragsmengen, liefern detaillierte Ergebnisse in Form von Tabellen und Grafiken, die in der Anwendung bereitgestellt werden.

Die Ergebnisse zeigen die Amortisationszeit der Investitionskosten, einen Finanzierungsplan, mögliche Einsparungen durch Eigenverbrauch sowie die zu erwartende Einspeisung ins Stromnetz. Darüber hinaus berechnet das Plugin das CO2-Einsparpotenzial durch die Nutzung von Solarenergie. Insbesondere dieser Punkt kann bei Neubauten oder Modernisierungen helfen, die Umweltfreundlichkeit von Solarprojekten zu unterstreichen und die Akzeptanz entsprechender Bauvorhaben zu stärken.

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Praktische Anwendungen und Vorteile für viele Nutzergruppen

Durch die Bereitstellung von VC Solar in öffentlichen oder kommunal genutzten 3D-Stadtmodellen ergeben sich vielfältige Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile für verschiedene Nutzergruppen im Privaten, in der Wirtschaft sowie in städtischen und kommunalen Verwaltungen.

Privatpersonen und Planer können mithilfe von VC Solar fundierte Entscheidungen über die Installation von Solarmodulen auf bestehenden oder geplanten Gebäuden treffen. Der Zugang zu öffentlichen 3D-Stadtmodellen ermöglicht die unkomplizierte Bewertung der Machbarkeit und der potenziellen Erträge von Investitionen in Solarenergie.

Für Firmen, die sich auf nachhaltige Energielösungen spezialisiert haben, bietet sich eine einfach zu nutzende Möglichkeit, Angebote effektiver auf die Bedürfnisse ihrer Kunden abzustimmen. Die detaillierten Ergebnisse, die mit VC Solar gewonnen werden können, unterstützen Unternehmen dabei, maßgeschneiderte Lösungen für ihre Kunden zu entwickeln.

Zudem können alle Wirtschaftsunternehmen ihre Ausrichtung auf einen klimafreundlicheren Betrieb prüfen und verbessern. Die übersichtlichen Investitionsauswertungen, die VC Solar bietet, können Unternehmen dabei helfen, sowohl gesetzliche Vorgaben als auch selbst gesteckte Klimaziele unter Berücksichtigung der Wirtschaftlichkeit zu erfüllen.

Von städtischen und kommunalen Verwaltungen können 3D-Solarpotenzialanalysen als Grundlage für strategische Planungsinitiativen genutzt werden. Durch die schnelle, interaktive und unkomplizierte Integration dieser Analysen in Stadtentwicklungsprozesse gewinnen Verwaltungen wertvolle Erkenntnisse über Energiepotenziale – und das bereits in frühen Planungsphasen und für verschiedene Planungsvarianten. Ergänzend dazu können Bürger einfacher über die Auswirkungen der Entwicklungsvorhaben auf eine klimafreundliche Energiegewinnung informiert werden, da die Analyseergebnisse übersichtlich in der VC Solar App bereitgestellt werden. Dies hilft, weitere wichtige Schritte gemeinsam auf dem Weg zu klimaneutralen Städten zu gehen.

4. Fazit

Mit VC Solar hat Virtual City Systems ein leistungsstarkes Werkzeug entwickelt, das für die Bewertung und Nutzung von Solarenergie ganz neue Möglichkeiten schafft. Durch die Integration präziser 3D-Analysen, umfassender Wirtschaftlichkeitsberechnungen und Umweltbewertungen bietet VC Solar eine wertvolle Unterstützung für die nachhaltige und effiziente Energiezukunft von Städten und Gemeinden. Die Vielseitigkeit und Präzision dieser Anwendung machen sie zu einer unverzichtbaren Ressource für Fachleute und interessierte Bürger, die sich für die Nutzung von Solarenergie und den Übergang zu erneuerbaren Energien engagieren.

5. Einladung zum Online-Austausch

Kontakt

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virtualcitysystems GmbH
Tauentzienstr. 7 b/c
10789 Berlin

+49 (0)30 8904 8710

www.vc.systems

Literatur

• Sindram, M., Balschmiter, T. (2024): Open-Source-Plugin für präzise 3D- Solarpotential-analyse und Wirtschaftlichkeitsbewertung in der 3D-Umgebung VC Map. GeoForum MV des Vereins Geoinformationswirtschaft Mecklenburg-Vorpommern (GEOMV e.V.), Rostock-Warnemünde, September 2024
• Willenborg, B., Sindram, M., Kolbe, T. H. (2017): Applications of 3D City Models for a better understanding of the Built Environment. In: Behnisch, M., Meinel, G. (Hrsg.): Trends in Spatial Analysis and Modelling. Springer International Publishing, 167-191
• Willenborg, B., Pültz, M., Kolbe, T. H. (2018): Integration of Semantic 3D City Models and 3D Mesh Models for Accuracy Improvements of Solar Potential Analyses. Proceedings of the 13th International 3D GeoInfo Conference 2018 (ISPRS Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences), ISPRS, 223-230