Auf Sonne programmiert

Effizient? Kostengerecht? Richtig platziert? Software hilft bei der richtigen Planung von Solaranlagen.

Text: Marian Behanek

Wie viele Solarmodule passen auf unser Dach? Welchen Ertrag liefert die Anlage und wann rechnet sie sich für mich? Und welche gestalterischen Lösungen gibt es? Software zur Solaranlagenplanung unterstützt Architekten nicht nur bei der technischen, sondern auch bei der geometrisch und formal optimierten Auslegung von Solarmodulen auf Dachflächen oder Fassaden und deren anschaulicher Darstellung.

Welche Solarplaner gibt es?

Auch wenn einige Anbieter behaupten, ihre Software sei für alles geeignet, so hat doch jede ihren Schwerpunkt. Die einfachste Kategorie bilden die meist kostenlos online aufrufbaren Ertragsrechner (wie zum Beispiel PV*SOL online oder T*SOL online, www.valentin.de), die sich allerdings nur für die überschlägige Dimensionierung und als Argumentationshilfe gegenüber dem Bauherrn eignen. Individuelle Moduldaten werden nicht berücksichtigt, oder nur die eines einzigen Herstellers. Letzteres gilt auch bei speziell für Solarteure konzipierten Montagehilfen (z. B. S-Plan, www.green-factory.eu), 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 zu treffen. 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 der Anwender einzelne Komponenten und Einflussgrößen im Jahresverlauf variieren kann und teilweise Wechselwirkungen unterschiedlicher Konzepte zur Energiegewinnung (Photovoltaik, Solarthermie, Geothermie etc.) auf das Gesamtsystem sowie den Ertrag berücksichtigt werden. So kann er auch im frühen Planungsstadium prüfen, welche anlagentechnischen Kombinationen sinnvoll sind (zum Beispiel Photovoltaik mit Wärmepumpe).

Präzise kalkulieren: Dynamische Simulationsrechnungen ermöglichen genaue Voraussagen zum Ertrag oder zur Emissions-Einsparung.

Je nach Programmkonzept und -umfang generieren Berechnungsprogramme aus den Eingabedaten Anlagenübersichtspläne, Elektro-Schemapläne, Montage- und Schaltpläne sowie Stücklisten für Angebote. Sind diese Listen mit Preisen verknüpft, kann der Planer auch die Anlagenkosten relativ präzise berechnen. Finanziellen Vorteile und Wirtschaftlichkeit der Anlage werden in Form von Grafiken, Schaubildern und Tabellen anschaulich aufbereitet und dargestellt, was die Bauherrenberatung vereinfacht.
Eine weitere Gruppe bilden CAD-basierende Planungsprogramme. Das sind meist um ein Solaranlagen-Modul ergänzte CAD-Konstruktionsprogramme, die der geometrisch optimierten Modulauslegung, 3D-Visualisierung, 3D-Verschattungssimulation, Ertragsermittlung und teilweise auch der statischen Berechnung (Windsog, Schneelast nach DIN 1055) sowie der Ausführungsplanung und Ausschreibung dienen. Dabei kann der Anwender das mit dem CAD-Programm definierte oder per Datenschnittstelle (3D-DXF, IFC) importierte Gebäudetail automatisch mit Solarmodulen belegen. CAD-orientierte Solarplaner eignen sich insbesondere auch für die Konzeption gebäudeintegrierter Anlagen.
Eine Sonderform bilden fotobasierende Planungsprogramme. Sie verwenden Digitalfotos als Planungsgrundlage, um Solarmodule optimal auf einer Dach- oder Fassadenfläche zu verteilen und zu visualisieren.

CAD-basierte Solarplaner beschleunigen die geometrische Modulauslegung, 3-D-Visualisierung und Verschattungssimulation, Ertragsberechnung, Ausführungsplanung und Ausschreibung.

Was die Solarplaner können sollten

Parallel zum Solarboom hat sich ein beachtliches Softwareangebot für Solaranlagenplaner entwickelt. Die Auswahl fällt angesichts der Vielzahl an Lösungen leichter, wenn der Planer seine Aufgabenstellung im Fokus behält. Für Architekten zählen eine schnelle Definition der Gebäudehülle und Dachfläche, eine automatisierte Modulverlegung, eine ansprechende Visualisierung sowie eine überschlägige Kosten-, Ertrags- und Wirtschaftlichkeitsberechnung für Variantenvergleiche.
Zunächst legt der Planer das Dachmodell, dessen Lage und dessen Ausrichtung per Parametereingabe fest. Um die Modulverteilung zu vereinfachen, definiert er anschließend Grenzabstände zu Dachkanten und -gauben, Schornsteinen und sonstigen Aufbauten. Hilfreich ist ein Modulverlegungs-Assistent 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 und beurteilen. Die Basis bilden dabei ein aus einer Bauteildatenbank entnommenes PV-Modul, der 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. Die Visualisierungsmöglichkeiten reichen von farbigen und texturierten 2D-Ansichten bis hin zu fotorealistischen 3D-Darstellungen, inklusive des gewählten Dachmaterials. Teilweise sind auch animierte „Rundflüge“ um das Gebäudemodell oder interaktive „Dachbegehungen“ möglich.
Aus den regionalen Daten für die Globalstrahlung, den Wetter- und Klimadaten, der Neigung und Ausrichtung der Solarmodule sowie der individuellen Verschattungssituation wird der zu erwartende Ertrag der Anlage berechnet. Teilweise werden auch ertragsmindernde Faktoren wie Windanteil, Hinterlüftung, Verschmutzung oder Alterung berücksichtigt. So kann der Planer die Leistungsfähigkeit einer PV-Anlage unter realistischen Bedingungen prüfen und die Dimensionierung von Solarthermiemodulen mit dem Warmwasser- respektive Heizenergiebedarf abgleichen. Zusätzlich kann er bei Bedarf auch die Förderungshöhe nach BAFA oder KfW ermitteln.
Ertrags- und Wirtschaftlichkeitsberechnungen sind besonders für Variantenvergleiche wichtig. Die Programme erfragen Einflussgrößen wie Investitions- und Betriebskosten, Steuerersparnis, Standort, Modulqualität, Anlagenwirkungsgrad sowie Höhe der Einspeisevergütung. Werden den Solarbauteilen LV-Positionen zugewiesen, lassen sich automatisch Leistungsverzeichnisse erstellen und per GAEB-Schnittstelle an AVA-Programme übergeben.

Licht und Schatten

Ein Solarplanungsprogramm ist kein Garant dafür, dass Architektur und Solartechnik besser harmonieren. Eine wichtige Voraussetzung für eine beidseitig gute Lösung sind die frühzeitige Einbindung in die Entwurfsplanung und der Einsatz gebäudeintegrierter Solartechnik. Dabei übernehmen Solarmodule neben der Stromerzeugung auch Funktionen der Gebäudehülle wie Wetterschutz, Verschattung, Lichtdurchlässigkeit, Wärme- und Schallschutz. Aufgrund individueller Rahmenbedingungen wie Modultechnik, -größe, -farbe, Einbausituation und bautechnische Funktion lässt sich mit Standardsoftware aber nicht immer technisch dimensionieren und der Ertrag berechnen. Ihre Grenzen haben die Programme auch in technischen Details: Nicht oder nur überschlägig werden Aspekte wie Modulverhalten und -trägheit, Temperaturverhalten von Wechselrichtern, Leitungs- und Transformationsverluste berücksichtigt. Das gilt auch für die Verschattung, die nur von wenigen Programmen in Form von 3D-Verschattungsstudien präzise ermittelt wird. Teilweise lassen sich auch keine Verbraucher- oder individuellen Verbrauchsprofile definieren und damit Änderungen im Nutzerverhalten berücksichtigen. Sollen zudem mehrere regenerative Energiequellen gleichzeitig zum Einsatz kommen und ist zugleich eine besondere Gebäudearchitektur oder -nutzung zu berücksichtigen, sind dynamische Gebäude-/Anlagensimulationsprogramme (z. B. Alware, DK-Integral, SMILE oder TRNSYS) sinnvoller. Sie betrachten Solaranlagen als einen Baustein im Gesamtsystem „Gebäude“ und können auch ausgefallene Anlagenkombinationen simulieren. Viele andere Programme müssen passen, wenn mehrere Dachflächen mit unterschiedlichen Modulausrichtungen, -neigungen und -verschattungen, bestimmte Anlagenparameter oder die neueste Modultechnik zu berücksichtigen sind. Dennoch kommen Architekten nicht an Auslegungs- und Simulationssoftware vorbei, wollen sie Solaranlagen rationell planen, Komponenten aufeinander abstimmen, Verschattungseinflüsse berücksichtigen und Erträge prognostizieren. Doch jede Berechnung ist nur so gut wie die Eingabedaten.

Marian Behaneck ist freier Fachjournalist in Jockgrim (Pfalz).

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