EP2751783A2 - Verfahren zur ermittlung des solarenergiepotentials - Google Patents

Verfahren zur ermittlung des solarenergiepotentials

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EP2751783A2
EP2751783A2 EP12755961.5A EP12755961A EP2751783A2 EP 2751783 A2 EP2751783 A2 EP 2751783A2 EP 12755961 A EP12755961 A EP 12755961A EP 2751783 A2 EP2751783 A2 EP 2751783A2
Authority
EP
European Patent Office
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roof
building
terrain model
height
data
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP12755961.5A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Matthias Hensel
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Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
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Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Publication of EP2751783A2 publication Critical patent/EP2751783A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01W1/10—Devices for predicting weather conditions
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T17/00—Three-dimensional [3D] modelling for computer graphics
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    • G—PHYSICS
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    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
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    • G—PHYSICS
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    • G06T2207/10028—Range image; Depth image; 3D point clouds
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    • G06T2207/30—Subject of image; Context of image processing
    • G06T2207/30181—Earth observation
    • G06T2207/30184—Infrastructure
    • G—PHYSICS
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    • G06T2207/30—Subject of image; Context of image processing
    • G06T2207/30181—Earth observation
    • G06T2207/30192—Weather; Meteorology
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
    • Y02A90/10—Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation

Definitions

  • the invention relates to a method for determining the solar energy potential. Such methods are used to estimate the potential yield of several solar plants or to select the most suitable locations from a plurality of possible locations in a predeterminable area.
  • the present invention is therefore based on the object to provide a method for determining the solar energy potential, which is not dependent on measured height data with good resolution.
  • the object is achieved by a method according to claim 1 and a computer program according to claim 10.
  • the terrain model which shows the topography of the terrain to be examined.
  • the terrain model may include a map with contour lines and / or vegetation information.
  • the terrain model may include a map with contour lines and / or vegetation information.
  • the terrain model can be present as a digital data set or digitized, whereby the method is particularly easy to carry out.
  • the terrain model may include data of the
  • Shuttle Radar Topography Mission SRTM 3 included. These data have a horizontal resolution of 30 m and a height accuracy of about 6 m. Altitude values can be extrapolated between the measured interpolation points so that a digital terrain model of high accuracy is available.
  • the inventive method contains the
  • Step to insert building floor plans into the terrain model For example, building footprints can be taken from a digital real estate map or from orthogonal photos in the terrain model. Unless the terrain model and the Real estate map have the same scale and at least two reference points are known, the superimposition of the building footprints can be done automatically with the terrain model.
  • known structures present in both the terrain model and the real estate map may be identified by pattern recognition so that the real estate map and the terrain model may be aligned by scaling and / or shifting.
  • Such prominent structures may be, for example, roads, river courses, coastlines or prominent buildings.
  • firing directions and ridge heights are determined on the building footprints.
  • this data may be obtained from orthogonal photos, an inspection of the corresponding streets or satellite data.
  • the direction of the fire and the shape of the roof can either be determined automatically by digital image processing or entered manually by the user.
  • the firstrights, the ridge heights and the building footprints can be used
  • Roof pitches are calculated. At the same time, the exposure of each roof surface is determined.
  • the incoming solar radiation or the radiation power can be calculated in a predeterminable spectral range and / or time period for at least one roof area. If the incoming solar radiation is calculated for all roof surfaces in the considered area, an estimate of the maximum possible solar energy potential can be made. If only a portion of the total available roof area is to be used for solar energy production, can be determined by the inventive method, which roof areas promise the highest possible yield.
  • the computer program proposed according to the invention comprises program code which performs at least one of the method steps of the proposed method when the computer program is executed on a computer.
  • the program code may be on a machine-readable carrier
  • the program code may be in the form of a data representative signal sequence that is transferable over a computer network.
  • the ridge height is set between 3m and 5m above the floor.
  • a constant value may be set for all ridge heights of the considered area. According to the invention, it has been recognized that most roof surfaces have an inclination of about 30 ° to about 60 °. This results in a typical ridge height in said value range, so that when setting the ridge height to a constant value only a small error with respect to the actual roof pitches comes to light. In addition, the yield of solar energy changes between 30 ° and 60 ° roof pitch by less than 5%. The error induced by the constant determination of the ridge heights is therefore small, but the simplification is enormous, since not all ridge heights of all buildings in the considered area need to be determined exactly.
  • the method can contain, as an additional step, the assignment of a building height to at least one building floor plan. In this way, not only the shadowing of the
  • the building heights can also become simpler from a real estate cadastre, aerial photographs or by inspection of the area to be considered Be determined manner. The accuracy of the process is thereby increased.
  • a raster image may be calculated from the acquired data, in which each pixel is assigned a height value.
  • the raster image may have a horizontal resolution of about 5 cm to about
  • Such a raster image has sufficient accuracy to enable a prediction with a sufficiently low error.
  • such a raster image has an amount of data that remains manageable with currently available data processing systems.
  • Figure 1 is a digital terrain model.
  • FIG. 2 shows a first example of a roof shape.
  • FIG. 3 shows a second example of a roof mold.
  • FIG. 4 shows a three-dimensional roof surface model
  • Figure 5 shows a flow chart of the proposed
  • FIG. 1 shows a digital terrain model 1.
  • the terrain model 1 describes the surface 10 of an area to be viewed.
  • the surface 10 of the area may be subdivided into sub-areas 102 which represent roads or streams and are undeveloped.
  • the surface 10 may have partial surfaces 103 on which buildings are arranged.
  • the exact location of the buildings 3 can be determined from a digital map or a real estate map. These data may be present in the local government in the form of a geographic information system or may be generated by digitizing common maps or cadastral maps.
  • the surface 10 of the considered area can in
  • Elevations or ridge 101 have.
  • the exact altitude of the surface 10 may be encoded, for example, in the form of contour lines or determined from SRTM 3 data.
  • the building height of the building 103 can be determined uniformly in the simplest case. To increase the accuracy of each building 103 or a building group or a building type can be assigned a certain amount. This assigned height does not necessarily have to match the actual building height. In some embodiments of the invention, it may be sufficient to properly represent the relative heights of adjacent buildings, or to assign a height only to some particularly high or particularly low buildings.
  • FIGS. 2 and 3 show the next method step, therefore, a roof shape is assigned to each building, as shown in FIGS. 2 and 3 in more detail is explained.
  • Figure 3 shows the simplest case, each building is assigned a pitched roof. In this case, at least the direction of the fire must be recorded. This can for example be done automatically from a digital real estate map, if in this the
  • the buildings can be grouped, with each group being assigned the same firing direction.
  • the image directions from aerial images can be determined by digital image processing and incorporated into the digital terrain model on the basis of the coordinates and by pattern recognition.
  • the correct ridge height can be taken over into the digital terrain model, or else a uniform ridge height can be determined as the approximate value for all buildings in the considered area.
  • the Grundrundrisse 21 are already known from the previous process step. With the assumption that a roof surface always extends from the ridge to the eaves, which coincides approximately with the outer contour of the base, the exposure and
  • FIG. 2 shows a barrel-shaped roof which likewise has a firing direction 20 and a base area 21.
  • the shape itself is not interpolated as a straight surface but as a curved surface.
  • the actual ridge height can be taken over into the model or a constant approximation can be used for all buildings in the considered area.
  • roof shapes may also be obtained by aerial photography or digital image processing
  • the roof shapes can be classified, for example, into two, three, four, five or six different ones
  • three-dimensional roof surface model can be calculated. Since the north-south orientation of the roof surface model and its latitude is known, the respective solar irradiation on each face of the
  • Roof surface model can be calculated. So that can
  • a digital terrain model is provided, for example in the form of a map or in the form of SRTM 3 data.
  • the considered area covered by the digital terrain model may have a horizontal extent of 5m to 500m in each direction. In other embodiments of the invention, the considered area can also be made larger, but the amount of data increases.
  • the height resolution of the terrain model may be between about 1 m and about 10 m in some embodiments of the invention.
  • building footprints are taken over into the terrain model.
  • the floor plans can be made from a digital real estate map or by surveying be determined.
  • the building footprints can be taken over particularly easily in the terrain model if both datasets have identical structures, for example rivers, lakes or characteristic road intersections. These can be used to scale and / or move the property map and / or the terrain model until they are perfectly aligned.
  • firing directions and ridge heights are determined on the building footprints. This can either be automated or done by hand.
  • the ridge heights may be set to measured values in some embodiments of the invention. In other embodiments of the invention, the ridge height of all
  • the ridge heights may be estimated and selected, for example, from two, three, four, five, or six different values. To increase the accuracy of the location and / or the year and / or the type of building in the assignment of
  • the directions can be either by inspection of the area, by aerial photographs or satellite photographs either
  • the roof inclinations are calculated from the ridge heights and the building floor plans.
  • only one roof shape is taken into account, for example a saddle roof.
  • the roof shapes may also be determined by digital image processing from aerial images or satellite images.
  • the roof shapes can be classified, for example, in two, three, four, five or six different roof shapes. to Increasing the accuracy, the location and / or the year of construction and / or the type of building in the allocation of the roof area to a type are taken into account.
  • a building height is also assigned to each building.
  • shading of the buildings with one another can be taken into account when determining the solar energy potential.
  • the building height can also be determined from aerial photographs or by inspecting or surveying the area.
  • Embodiments of the invention only a few, particularly high or low buildings with their actual height in the model are taken over, whereas other buildings are provided with an average or unit height.
  • each pixel is assigned a height value and not a color. This results in a particularly compact data set representing a three-dimensional roof model of the considered area.
  • the raster image may have a resolution of about 5 cm to about 100 cm.
  • each square meter of area of interest may be digitized from about 20 pixels to about 200 pixels.
  • step 57 finally becomes

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung des Solarenergiepotentials mit folgenden Schritten: Bereitstellen eines Geländemodells, Übernehmen von Gebäudegrundrissen in das Geländemodell, Festlegen der Firstrichtungen und der Firsthöhen auf den Gebäudegrundrissen, Berechnen der Dachneigungen und Berechnen der eintreffenden Solarstrahlung zumindest auf die Dachflächen.

Description

Verfahren zur Ermittlung des Solarenergiepotentials
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung des Solarenergiepotentials. Solche Verfahren werden dazu eingesetzt, den möglichen Ertrag mehrerer Solaranlagen abzuschätzen oder unter mehreren möglichen Standorten in einem vorgebbaren Flächenbereich die am besten geeigneten Standorte zu selektieren.
Aus der Praxis ist bekannt, Solarenergie entweder mittels photovoltaischer Zellen zur Stromerzeugung oder durch thermische Absorber zur Erwärmung von Brauch- oder Heiz- wasser zu nutzen. In der nachfolgenden Beschreibung werden beide Anlagen zusammenfassend als Solaranlagen bezeichnet. Der mögliche Energieertrag einer solchen dachmontierten Solaranlage hängt von der Größe der Dachfläche, der Dachneigung, der Dachexposition und der Abschattung durch
Nachbargebäude oder die Geländetopographie ab.
Um das mögliche Solarenergiepotential eines Dorfes, einer Gemeinde oder eines Stadtteils zu bestimmen, ist weiterhin bekannt, ein digitales Oberflächenmodell zu verwenden.
Hierzu können Höhendaten mit einer Genauigkeit von vier Messpunkten pro Quadratmeter und einer Höhengenauigkeit von 10 cm verwendet werden. Ein solches bekanntes Oberflächenmodell kann beim Überfliegen der relevanten Flächen durch LIDAR-Messungen oder aus Luftbildaufnahmen erzeugt werden. Dieses Vorgehen weist jedoch den Nachteil auf, dass LIDAR- Messungen oder Stereoskopie-Aufnahmen nicht flächendeckend zur Verfügung stehen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ermittlung des Solarenergiepotentials anzugeben, welches nicht auf gemessene Höhendaten mit guter Auflösung angewiesen ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und ein Computerprogramm gemäß Anspruch 10 gelöst .
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, ein Geländemodell bereitzustellen, welches die Topographie des zu untersuchenden Geländes zeigt. Beispielsweise kann das Geländemodell eine Landkarte mit Höhenlinien und/oder Angaben zur Vegetation enthalten. In einigen Ausführungsformen der
Erfindung kann das Geländemodell als digitaler Datensatz vorliegen oder digitalisiert werden, wodurch das Verfahren besonders einfach durchführbar ist. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Geländemodell Daten der
Shuttle Radar Topography Mission SRTM 3 enthalten. Diese Daten weisen eine horizontale Auflösung von 30 m und eine Höhengenauigkeit von etwa 6 m auf. Zwischen den gemessenen Stützpunkten können Höhenwerte extrapoliert werden, so dass ein digitales Geländemodell hoher Genauigkeit zur Verfügung steht .
Weiterhin enthält das erfindungsgemäße Verfahren den
Schritt, Gebäudegrundrisse in das Geländemodell einzufügen. Beispielsweise können Gebäudegrundrisse aus einer digitalen Liegenschaftskarte oder aus Orthogonalfotos in das Geländemodell übernommen werden. Sofern das Geländemodell und die Liegenschaftskarte denselben Maßstab aufweisen und zumindest zwei Referenzpunkte bekannt sind, kann die Überlagerung der Gebäudegrundrisse mit dem Geländemodell automatisiert erfolgen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung können bekannte Strukturen, welche sowohl im Geländemodell als auch in der Liegenschaftskarte vorhanden sind, durch Mustererkennung identifiziert werden, so dass die Liegenschaftskarte und das Geländemodell durch Skalieren und/oder Verschieben zur Deckung gebracht werden können. Solche markanten Strukturen können beispielsweise Straßen, Flussläufe, Küstenlinien oder markante Gebäude sein.
Im nachfolgenden Verfahrensschritt werden Firstrichtungen und Firsthöhen auf den Gebäudegrundrissen festgelegt. Diese Daten können in einigen Ausführungsformen der Erfindung aus Orthogonalfotos, einer Begehung der entsprechenden Straßenzüge oder Satellitendaten erhalten werden. Die Firstrichtung und die Dachform kann entweder durch digitale Bildbearbeitung automatisiert ermittelt werden oder vom Benutzer manuell eingetragen werden.
Im nächsten Verfahrensschritt können aus den Firstrichtungen, den Firsthöhen und den Gebäudegrundrissen die
Dachneigungen berechnet werden. Damit ist gleichzeitig die Exposition jeder Dachfläche festgelegt.
Im letzten Verfahrensschritt kann die eintreffende Solarstrahlung bzw. die Strahlungsleistung in einem vorgebbaren Spektralbereich und/oder Zeitabschnitt für zumindest eine Dachfläche berechnet werden. Sofern die eintreffende Solarstrahlung für alle Dachflächen im betrachteten Gebiet berechnet wird, kann eine Abschätzung des maximal möglichen Solarenergiepotentials erfolgen. Wenn nur ein Teil der gesamten verfügbaren Dachfläche zur Solarenergiegewinnung herangezogen werden soll, kann durch das erfindungsgemäße Verfahren ermittelt werden, welche Dachflächen den höchstmöglichen Ertrag versprechen. Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Computerprogramm weist Programmcode auf, welcher zumindest einen der Verfahrens- schritte des vorgeschlagenen Verfahrens ausführt, wenn das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird. Der Programmcode kann auf einem maschinenlesbaren Träger
gespeichert sein, beispielsweise einer Festplatte, einem Flash-Speicher, einer CD-ROM oder einer DVD-ROM. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der Programmcode als datenrepräsentierende Signalfolge vorliegen, welche über ein Computernetzwerk übertragbar ist.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung wird die Firsthöhe zwischen 3 m und 5 m über Geschossdecke festgelegt. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann ein konstanter Wert für alle Firsthöhen des betrachteten Gebietes festgelegt werden. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die meisten Dachflächen eine Neigung von etwa 30° bis etwa 60° aufweisen. Dies ergibt eine typische Firsthöhe im genannten Wertebereich, so dass bei der Festlegung der Firsthöhe auf einen konstanten Wert nur ein geringer Fehler in Bezug auf die tatsächlichen Dachneigungen zu Tage tritt. Darüber hinaus ändert sich der Ertrag solarer Energie zwischen 30° und 60° Dachneigung um weniger als 5 %. Der durch die konstante Festlegung der Firsthöhen induzierte Fehler ist daher gering, die Vereinfachung jedoch enorm, da nicht alle Firsthöhen aller Gebäude im betrachteten Gebiet exakt bestimmt werden müssen.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Verfahren als zusätzlichen Schritt die Zuordnung einer Gebäudehöhe zu mindestens einem Gebäudegrundriss enthalten. Auf diese Weise können nicht nur die Abschattungen der
Geländetopographie und die Abschattungen der Dachflächen untereinander berücksichtigt werden, sondern auch die
Abschattung durch benachbarte Gebäude. Auch die Gebäudehöhen können aus einem Liegenschaftskataster, Luftbildern oder durch Begehung des zu betrachtenden Gebietes in einfacher Weise ermittelt werden. Die Genauigkeit des Verfahrens wird dadurch erhöht .
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann weiterhin aus den aufgenommenen Daten ein Rasterbild berechnet werden, bei welchem jedem Pixel ein Höhenwert zugeordnet wird. Durch Interpolation zwischen zwei Pixeln kann dadurch eine Dachneigung, eine Dachexposition und damit letztlich ein solarer Energieertrag bestimmt werden.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Rasterbild eine horizontale Auflösung von etwa 5 cm bis etwa
100 cm aufweisen. Ein solches Rasterbild weist einerseits eine hinreichende Genauigkeit auf, um eine Vorhersage mit hinreichend geringem Fehler zu ermöglichen. Andererseits weist ein solches Rasterbild eine Datenmenge auf, welche mit derzeit verfügbaren Datenverarbeitungsanlagen handhabbar bleibt .
Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Figuren ohne
Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden. Dabei zeigt:
Figur 1 ein digitales Geländemodell.
Figur 2 zeigt ein erstes Beispiel einer Dachform.
Figur 3 zeigt ein zweites Beispiel einer Dachform.
Figur 4 zeigt ein dreidimensionales Dachflächenmodell
einer Stadt.
Figur 5 zeigt ein Ablaufdiagramm des vorgeschlagenen
Verfahrens . Figur 1 zeigt ein digitales Geländemodell 1. Das Geländemodell 1 beschreibt die Oberfläche 10 eines zu betrachtenden Gebietes. Die Oberfläche 10 des Gebietes kann in Teilflächen 102 untergliedert sein, welche Straßen oder Bachläufe repräsentieren und unbebaut sind. Weiterhin kann die Oberfläche 10 Teilflächen 103 aufweisen, auf welchen Gebäude angeordnet sind. Die exakte Lage der Gebäude 3 kann aus einer digitalen Flurkarte bzw. einer Liegenschaftskarte ermittelt werden. Diese Daten können in der Gemeindeverwaltung in Form eines Geoinformationssystemes vorhanden sein oder durch digitalisieren gängiger Landkarten oder Katasterpläne erzeugt werden.
Die Oberfläche 10 des betrachteten Gebietes kann in
Abhängigkeit ihrer geographischen Lage eben sein oder
Anhöhen bzw. Bergrücken 101 aufweisen. Die exakte Höhenlage der Oberfläche 10 kann beispielsweise in Form von Höhenlinien codiert sein oder aus SRTM 3 -Daten ermittelt werden.
Die Gebäudehöhe der Gebäude 103 kann im einfachsten Fall einheitlich festgelegt werden. Zur Erhöhung der Genauigkeit kann jedem Gebäude 103 oder einer Gebäudegruppe bzw. einem Gebäudetyp eine bestimmte Höhe zugewiesen werden. Diese zugewiesene Höhe muss nicht zwingend mit der tatsächlichen Gebäudehöhe übereinstimmen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann es ausreichend sein, die relativen Höhen benachbarter Gebäude richtig darzustellen oder nur einigen besonders hohen oder besonders niedrigen Gebäuden eine Höhe zuzuweisen .
Nach der Kombination einer digitalen Liegenschaftskarte mit der Geländetopographie ist ein Grundmodell des betrachteten Gebietes entstanden. Die Gebäude dieses Grundmodells weisen jedoch noch keine Dächer bzw. keine unterschiedlichen
Dachformen auf, sondern ausschließlich Flachdächer. Im nächsten Verfahrensschritt wird daher jedem Gebäude eine Dachform zugewiesen, wie anhand der Figuren 2 und 3 näher erläutert wird. Figur 3 zeigt dabei den einfachsten Fall, wobei jedem Gebäude ein Satteldach zugewiesen wird. In diesem Fall muss zumindest die Firstrichtung erfasst werden. Dies kann beispielsweise automatisiert aus einer digitalen Liegenschaftskarte erfolgen, sofern in dieser die
Firstrichtungen erfasst sind. In anderen Ausführungsformen der Erfindung können die Firstrichtungen durch einen
Benutzer in die jeweiligen Gebäudegrundrisse eingetragen werden. Zur Vereinfachung dieses Verfahrensschrittes können die Gebäude gruppiert werden, wobei jeder Gruppe dieselbe Firstrichtung zugeordnet wird. In wiederum einer anderen Ausführungsform der Erfindung können die Firstrichtungen aus Luftbildern durch digitale Bildverarbeitung ermittelt werden und anhand der Koordinaten und durch Mustererkennung in das digitale Geländemodell eingearbeitet werden.
Nachdem die Richtung des Firstes 20 festgelegt ist, kann entweder die korrekte Firsthöhe in das digitale Geländemodell übernommen werden oder aber eine einheitliche Firsthöhe als Näherungswert für alle Gebäude des betrachteten Gebietes festgelegt werden. Die Gebäudegrundrisse 21 sind bereits aus dem vorherigen Verfahrensschritt bekannt. Mit der Annahme, dass sich eine Dachfläche stets vom First zur Traufe erstreckt, welche näherungsweise mit der Außenkontur der Grundfläche zusammenfällt, kann die Exposition und
Neigung der Dachflächen unmittelbar berechnet werden.
Eine weitere Erhöhung der Genauigkeit des Verfahrens ergibt sich, indem die Dachformen variiert werden. Beispielsweise zeigt Figur 2 ein tonnenförmiges Dach, welches ebenfalls eine Firstrichtung 20 und eine Grundfläche 21 aufweist. Die Form selbst wird jedoch nicht als gerade Fläche, sondern als gekrümmte Fläche interpoliert. Auch in diesem Fall kann die tatsächliche Firsthöhe in das Modell übernommen oder ein konstanter Näherungswert für alle Gebäude des betrachteten Gebietes verwendet werden. In einigen Ausführungsformen können auch die Dachformen durch digitale Bildverarbeitung aus Luftbildern oder
Satellitenaufnahmen ermittelt werden. Zur Vereinfachung können die Dachformen klassifiziert werden, beispielsweise in zwei, drei, vier, fünf oder sechs unterschiedliche
Dachformen. Zur Erhöhung der Genauigkeit kann der Standort und/oder das Baujahr und/oder der Typ des Gebäudes bei der Zuordnung der Dachfläche zu einem Typ mit berücksichtigt werden .
Aus den Topographiedaten, der Lage der Gebäude und den
Firstrichtungen kann schließlich das in Figur 4
dargestellte, dreidimensionale Dachflächenmodell berechnet werden. Da die Nord-Süd-Ausrichtung des Dachflächenmodells und dessen geographische Breite bekannt ist, kann die jeweilige solare Einstrahlung auf jede Teilfläche des
Dachflächenmodells berechnet werden. Damit können die
Teilflächen mit dem höchsten solaren Energiegewinn und/oder das gesamte verfügbare Solarenergiepotential des
betrachteten Gebietes ermittelt werden.
Anhand von Figur 5 wird nochmals der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert. Im ersten Verfahrensschritt 51 wird ein digitales Geländemodell bereitgestellt, beispielsweise in Form einer Landkarte oder in Form von SRTM 3 -Daten. Das betrachtete Gebiet, welches von dem digitalen Geländemodell abgedeckt wird, kann eine Horizontalausdehnung von 5 m bis 500 m in jeder Richtung aufweisen. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann das betrachtete Gebiet auch größer gewählt werden, wobei jedoch die Datenmenge ansteigt. Die Höhenauflösung des Geländemodells kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung zwischen etwa 1 m und etwa 10 m liegen.
Im zweiten Verfahrensschritt 52 werden Gebäudegrundrisse in das Geländemodell übernommen. Die Gebäudegrundrisse können aus einer digitalen Liegenschaftskarte oder durch Vermessung ermittelt werden. Besonders einfach können die Gebäudegrundrisse in das Geländemodell übernommen werden, wenn beide Datensätze identische Strukturen aufweisen, beispielsweise Flüsse, Seen oder charakteristische Straßenkreuzungen. Diese können zum Skalieren und/oder verschieben der Liegenschaftskarte und/oder des Geländemodells verwendet werden, bis diese passgenau übereinander liegen.
Im dritten Verfahrensschritt 53 werden Firstrichtungen und Firsthöhen auf den Gebäudegrundrissen festgelegt. Dies kann entweder automatisiert oder durch Handarbeit erfolgen. Die Firsthöhen können in einigen Ausführungsformen der Erfindung auf gemessene Werte festgelegt werden. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Firsthöhe aller
Gebäude auf einen konstanten Wert festgelegt werden,
beispielsweise aus dem Bereich von etwa 3 m bis etwa 6 m. In einigen Ausführungsformen können die Firsthöhen geschätzt werden und beispielsweise aus zwei, drei, vier, fünf oder sechs unterschiedlichen Werten ausgewählt sein. Zur Erhöhung der Genauigkeit kann der Standort und/oder das Baujahr und/oder der Typ des Gebäudes bei der Zuordnung der
Firsthöhe zu einem Wert mit berücksichtigt werden.
Die Firstrichtungen können durch Begehung des Gebietes, durch Luftbilder oder Satellitenaufnahmen entweder
automatisiert oder durch manuelle Auswertung ermittelt werden .
Im vierten Verfahrensschritt 54 werden die Dachneigungen aus den Firsthöhen und den Gebäudegrundrissen berechnet. Im einfachsten Ausführungsbeispiel wird dabei lediglich eine Dachform berücksichtigt, beispielsweise ein Satteldach. In einigen Ausführungsformen können auch die Dachformen durch digitale Bildverarbeitung aus Luftbildern oder Satellitenaufnahmen ermittelt werden. Zur Vereinfachung können die Dachformen klassifiziert werden, beispielsweise in zwei, drei, vier, fünf oder sechs unterschiedliche Dachformen. Zur Erhöhung der Genauigkeit kann der Standort und/oder das Baujahr und/oder der Typ des Gebäudes bei der Zuordnung der Dachfläche zu einem Typ mit berücksichtigt werden.
Im optionalen Verfahrensschritt 55 wird darüber hinaus jedem Gebäude eine Gebäudehöhe zugeordnet . Dadurch können auch Verschattungen der Gebäude untereinander bei der Bestimmung des Solarenergiepotentials berücksichtigt werden. Auch die Gebäudehöhe kann aus Luftbildern oder durch Begehung bzw. Befahrung des Gebietes ermittelt werden. In einigen
Ausführungsformen der Erfindung werden nur wenige, besonders hohe oder niedrige Gebäude mit ihrer tatsächlichen Höhe in das Modell übernommen, wohingegen andere Gebäude mit einer Durchschnitts- bzw. Einheitshöhe versehen werden.
Im sechsten Verfahrensschritt 56 wird schließlich ein
Rasterbild berechnet, ähnlich einem an sich bekannten digitalen Foto. Allerdings wird erfindungsgemäß jedem Pixel ein Höhenwert zugeordnet und nicht eine Farbe. Auf diese Weise entsteht ein besonders kompakter Datensatz, welcher ein dreidimensionales Dachmodell des betrachteten Gebietes repräsentiert. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Rasterbild eine Auflösung von etwa 5 cm bis etwa 100 cm aufweisen. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann jeder Quadratmeter des betrachteten Gebietes mit etwa 20 Pixeln bis etwa 200 Pixeln digitalisiert werden.
Im letzten Verfahrensschritt 57 wird schließlich aus
Sonnenstandsdaten, welche sich aus der geographischen Breite des betrachteten Gebietes ergeben, die eintreffende
Solarstrahlung pro Flächenelement zu vorgebbaren Zeitpunkten bestimmt. Aufgrund der in den vorherigen Verfahrensschritten bestimmten Dachhöhe, Dachneigung und Dachexposition können dabei sich ergebende Verschattungen, welche den solaren Energieertrag mindern, mit berücksichtigt werden. Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Ansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Ermittlung des Solarenergiepotentials mit folgenden Schritten:
- Bereitstellen eines Geländemodells (51) ,
- Übernehmen von Gebäudegrundrissen in das Geländemodell (52) ,
- Festlegen von Firstrichtungen und Firsthöhen auf den Gebäudegrundrissen (53) ,
- Berechnen der Dachneigungen aus den Firsthöhen und
Gebäudegrundrissen (54) ,
- Berechnen der eintreffenden Solarstrahlung zumindest auf die Dachflächen (57) .
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Firsthöhe zwischen 3 m und 5 m über Geschoßdecke festgelegt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Geländemodell Daten der Shuttle Radar Topography Mission enthält.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 3,
gekennzeichnet, dass die Gebäudegrundrisse aus einer digitalen Liegenschaftskarte entnommen werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, dass die Firstrichtungen mit zumindest einem Orthogonalfoto ermittelt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Firstrichtungen und/oder die Dachtypen mit digitaler Bildanalyse bestimmt werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, weiterhin enthaltend den folgenden Schritt: Zuordnen einer
Gebäudehöhe zu mindestens einem Gebäudegrundriss (55) .
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, weiterhin enthaltend den folgenden Schritt: Berechnen (56) eines Rasterbildes, wobei jedem Pixel ein Höhenwert zugeordnet wird .
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Rasterbild eine Auflösung von etwa 5 cm bis etwa
100 cm aufweist.
10. Datenträger mit darauf gespeicherten Daten oder für die Übersendung über ein Computernetzwerk geeignete, Daten repräsentierende Signalfolge, wobei die Daten ein
Computerprogramm zur Ausführung auf einem Mikroprozessor darstellen, welches dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Mikroprozessor ausgeführt wird.
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