Solaranlagen-Planung

So funktionieren Solaranlagen-Planer

Die Funktionsweise von Solaranlagen-Planungsprogrammen ist ähnlich: Zunächst werden das Dachmodell, dessen Lage und Ausrichtung per Parametereingabe festgelegt. Um die wahlweise manuelle oder automatische Modulverteilung zu vereinfachen, werden anschließend Grenzabstände zu Dachkanten, Dachgauben, Schornsteinen und sonstigen Dachaufbauten definiert. Hilfreich ist ein Modulverlegungsassistent vor allem dann, wenn Solarmodule auf polygonalen Dachflächen unter Berücksichtigung unterschiedlicher Vorgaben wie Modulausrichtung, Leistung, Modulanzahl und Verschattung verlegt werden sollen. Varianten lassen sich damit schneller und einfacher generieren sowie beurteilen. Die Basis bildet dabei ein aus einer Bauteildatenbank entnommenes PV-Modul, ein Flach- oder Röhrenkollektor eines Herstellers mit bestimmten technischen Kenndaten und einer bestimmten Befestigungsart (aufdach, indach, auf Flachdach aufgeständert, Fassadenmontage etc.). Wichtig ist, dass sich alle Solarmodule der veränderten geometrischen Situation selbstständig anpassen, sobald die Dachform verändert wird. Ist die Modulverteilung auf dem Dach festgelegt, kann der Ertrag berechnet werden. Berücksichtig werden dabei regionale Daten für die Globalstrahlung, Wetter- und Klimadaten des jeweiligen Standorts, die Ausrichtung und Neigung der Solar­module sowie die individuelle Verschattungssituation. Teilweise werden auch weitere, den Ertrag mindernde Faktoren wie Windanteil, Hinterlüftung, Verschmutzung oder Degradation (Alterung) berücksichtigt. So lassen sich die Leistungsfähigkeit einer PV-Anlage unter realistischen Bedingungen prüfen und die Dimensionierung von Solarthermiemodulen mit dem individuellen Warmwasser-, respektive Heizenergiebedarf abgleichen.

Zusätzlich kann bei Bedarf auch die Förderungshöhe ermittelt werden. Ertrags- und Wirtschaftlichkeitsberechnungen sind insbesondere für Variantenvergleiche wichtig. Bei der Berechnung werden Einflussgrößen wie Investitions- und Betriebskos­ten, die Steuerersparnis, der Standort, die Modulqualität, der Anlagen­wir­kungsgrad sowie die Höhe der Einspeisevergütung abgefragt. Werden den Solarbauteilen LV-Positionen zugewiesen, lassen sich automatisch Leitungsverzeichnisse erstellen und per GAEB-Schnittstelle an Ausschreibungsprogramme übergeben. Software zur Solaranlagenplanung unterstützt nicht nur die technische, sondern auch geometrisch und architektonisch optimierte Auslegung von Solarmodulen. Durch Schornsteine, Dachgauben oder die Vegetation bedingte Verschattungen – und damit einhergehende Ertragseinbußen – lassen sich ebenso vermeiden wie gestalterische Missgriffe bei der Modulauslegung. Die Visualisierungsmöglichkeiten reichen von eher schematischen, farbigen 2D-Ansichten bis hin zu fotorealistischen 3D-Darstellungen, inklusive des gewählten Dachmaterials, der umgebenden Vegetation etc. Teilweise sind auch animierte „Rundflüge“ um das Gebäudemodell oder interaktive „Dachbegehungen“ möglich.

Welche Solarplaner gibt es?

Parallel zum Solarboom der vergangenen Jahre hat sich ein beacht­liches Softwareangebot für die Solaranlagenplanung entwickelt (siehe Produkt-/Anbieterübersicht), was die Auswahl nicht einfacher macht. Leichter fällt die Auswahl, wenn man die jeweilige Aufgabenstellung im Fokus behält. Für Planer sind vor allem eine schnelle ­Definition der Gebäudehülle/Dachfläche, eine automatisierte „virtuelle“ Modulverlegung, eine ansprechende Visua­lisierung sowie eine überschlägige Kosten-, Ertrags- und Wirtschaftlichkeitsberechnung für Variantenvergleiche wichtig. Handwerker und Solarteure sind eher an umfangreichen und aktuellen Bauteildatenbanken, an der Auslegung der Unterkon­struktion, an Stücklisten, Elektro- bzw. Hydraulik-Schemaplänen oder Montageplänen interessiert. Auch wenn Anbieter manchmal behaupten, ihre Software sei für alles und jeden geeignet, so hat doch jede ihren Schwerpunkt und ihre primäre Zielgruppe. Die einfachste Kategorie bilden die meist online aufrufbaren, respektive kostenlos downloadbaren Ertragsrechner (wie z.B. „PV*SOL online“ oder „T*SOL online“, www.valentin.de), die eine erste Ertrags­abschätzung ermöglichen.

Werden Standort, Ausrichtung, Leistung und Anlagentechnik in ein Dialogfenster eingetragen, erhält man per Mausklick eine über den Daumen gepeilte Ertragsprognose. Individuelle Moduldaten werden nicht oder nur die eines oder weniger Hersteller berücksichtigt. Letzteres gilt auch speziell für Solarteure konzipierte Mon­tage­hilfen (wie z. B. mp-tec „PV-Planner“), die Installations- und Montagepläne sowie Stücklisten für die Ausführung liefern. Die größte Gruppe bilden berechnungsorientierte Planungsprogramme, mit denen vor allem Fachplaner Anlagen im Vorfeld exakt kalkulieren und technisch optimieren können. Sie dienen primär der Ertragsberechnung, um möglichst präzise Voraus­sa­gen zur Wirtschaftlichkeit, För­derungs­höhe oder zur Emis­sions­einsparung treffen zu können. Dabei wird die Anlage stationär oder dynamisch berechnet.

Bei der dynamischen Simu­lationsrechnung werden solare Einstrahlungsdaten und Temperaturen des jeweiligen Standorts, Leitungsverluste, die Verschattungssituation etc. rechnerintern abgebildet und in Zeitschritten mit einer hohen zeitlichen Auflösung (monatlich bis stündlich) berechnet. Dies hat den Vorteil, dass einzelne Komponenten und Einflussgrößen im Jahresverlauf variiert und teilweise auch Wechselwirkungen unterschiedlicher Konzepte zur Energiegewinnung (Photovoltaik, Solarthermie, Geothermie etc.) auf das Gesamtsystem sowie den Ertrag berücksichtigt werden können.

So kann man schon im frühen Planungsstadium prüfen, welche anlagentechnischen Kombinationen sinnvoll sind (z.B. Photovoltaik mit Wärmepumpe oder Solarthermie mit Pelletsheizung). Je nach Programmkonzept und ‑umfang generieren Be­rechnungsprogramme aus den Eingabedaten Anlagenüber­sichtspläne, Elektro- bzw. Hydraulik-Schemapläne, Montage- und Stringpläne, Stücklisten für An­gebote, respektive Mengen für die Ausschreibung. Sind die Stücklisten mit Preisen verknüpft, lassen sich auch die Anlagenkosten berechnen. Die finanziellen Vorteile und die Wirtschaftlichkeit werden etwa für die Kundenberatung in Form von Grafiken, Schaubildern und Tabellen aufbereitet. Eine weitere Gruppe bilden CAD-basierende Planungsprogramme. Das sind meist um ein Solaranlagen-Planungsmodul ergänzte CAD-Programme, die der geometrisch optimierten Modulauslegung, 3D-Visualisierung, 3D-Verschattungssimulation, Ertrags- und teilweise auch statischen Berechnung (Windsog, Schneelast), ferner der Ausführungsplanung und Ausschreibung dienen. Dabei kann das mit dem jeweiligen CAD-Programm definierte oder per Datenschnittstelle (DXF, DWG, IFC) importierte Dach oder eine Gebäudefassade mit Solarmodulen automatisch belegt werden. Eine eigene Kategorie bilden fotobasierende Planungsprogramme, wie etwa Curamess (www.maxmess.de) oder Foto-Aufmaß Professional (www.hottgenroth.de). Sie dienen nicht der Berechnung, sondern dazu, Solarmodule optimal auf einer Dachfläche zu verteilen und zu visualisieren.

Worauf sollte man achten?

Folgende Programm-Merkmale sollten bei der Auswahl beachtet werden: Über das Softwarekonzept kann man die jeweilige Lösung am besten einordnen: Dient sie der Grob­aus­legung, der stationären Berechnung oder handelt es sich um ein Simula­tions­programm? Welche Anlagen können berechnet werden? Können z. B. bei der Solarthermie zur Warmwasserbereitung zusätzlich eine Heizungsunterstützung, das solare Kühlen, Nah-/Fernwärme-Systeme, Schwimmbäder etc. berücksichtigt werden?

In Verbindung mit regenerativen Heizungssystemen oder auch einer Wärmepumpe ergeben sich andere Dimensionie­rungsanforderungen. Deshalb sollte die Solaranlage kombinier­bar mit Öl-, Gas-, Pellets-, Holz-Kessel, einer Wärmepumpe oder einer BHKW-Heizung sein. Bei der Anlagendefinition sollte eine Eingabe mehrerer Dächer oder Modulfelder ebenso möglich sein wie unterschiedliche Dachneigungen und Modulausrichtungen. In der Kollektoren-Datenbank sollten gängige und spezielle Flach-, Vakuumröhren-, Luft-, PVT-Kollek­toren, Freibadabsorber etc. verfügbar sein. Diese sollten modifiziert und über Parameter auch individuell definiert werden können. Das gilt ebenso für Schicht-, Kombi-, Puffer-, saisonale und andere Speicher. Zu den sonstigen Komponenten sollten Pumpen, Wärmeerzeuger, Wärmetauscher, das Rohrnetz und andere gehören. Auch in der Frage, welche Klima-/Solardaten für welche Länder im Lieferumfang enthalten, respektive optional zur Verfügung stehen, wie viele Standorte enthalten sind, ob der Import von Daten oder einer Horizontdatei zur Berücksichtigung umgebenden Verschattung möglich ist, unterscheiden sich die Programme.

Teilweise müssen die Klimadaten für jedes Land außerhalb Deutschlands separat erworben werden. Zu den Eingabedaten gehören der Warmwasser-/Heizwärmebedarf, respektive Strombedarf. Alternativ sollte auch eine Eingabe von Gebäudedaten oder die Definition von Lastprofilen möglich sein. Welche Kenngrößen wer­den berechnet/simuliert: Einstrahlung, Verschattung, Solarertrag, Hilfsstrombedarf, Speicherverluste, solarer Deckungsanteil und Nutzungsgrad, Energiebilanz und Emissionseinsparung? Zu den Ausgabedaten sollten Hydraulik-Schemata und Reports gehören. Stücklisten für ein Angebot sind eher für ausführende Betriebe wichtig, wohingegen Wirtschaftlichkeits- und Variantenvergleiche oder Visualisierungen auch Planer bei der Kundenberatung unterstützen. Zusätzlich zur Druckausgabe sollten die Ergebnisdaten in ein DOC-, PDF-, XLS- oder HTML-Format exportiert werden können. Zum Softwareservice sollten ein Telefon- und E-Mail-Support, ein Update-Download sowie ein in der Regel kostenpflichtiger Wartungsvertrag gehören, der auch alle jährlichen Upgrades beinhaltet. Über den Software- und Updatepreis kann man die einmaligen und laufenden Kosten der Software abschätzen.

Licht und Schatten

Ihre Grenzen haben Solarplanungsprogramme in technischen Details: So werden Aspekte wie Modulverhalten, Modulträgheit, Leitungsverluste, das Temperaturverhalten von Wechselrichtern, Leitungsverluste, Transformationsverluste etc. nicht oder nur überschlägig berücksichtigt. Das gilt auch für die Verschattung, die häufig über einen Verschattungsfaktor einbezogen und nur von wenigen Programmen über 3D-Verschattungsstudien präzise ermittelt wird.

Teilweise lassen sich auch keine Verbraucher- oder individuelle Verbrauchsprofile definieren und damit Änderungen im Nutzungsverhalten der Bewohner/Nutzer berücksichtigen. Passen müssen viele Lösungen auch, wenn mehrere Dachflächen mit unterschiedlichen Modulausrichtungen, ‑neigungen und ‑verschattungen, bestimmte Anlagenparameter oder die neueste Modultechnik zu berücksichtigen sind. Dennoch kommt man an Auslegungs- und Simulationssoftware nicht vorbei, wenn Solaranlagen präzise geplant, Komponenten aufeinander abgestimmt, Verschattungseinflüsse sowie gestalterische Aspekte berücksichtigt und Erträge prognostiziert werden sollen. Ob die Ergebnisse hinterher der Realität entsprechen, hängt u. a. vom Input ab. Ist dieser falsch oder ungenau, können Simulationsprogramme erhebliche Fehlvorhersagen liefern, ohne dass man es merkt. Deshalb sollte man das Ergebnis stets kritisch hinterfragen und anhand überschlägiger Rechnungen auf Plausibilität prüfen.