Bestandsvermessung von Solarparks mit Microdrones UAVs

Die Enerparc AG, ein Solarenergieanlagenbauer aus Hamburg, realisiert derzeit über 400 Projekte in mehr als 20 Ländern weltweit. „Wir bauen fortschrittliche Solarenergiesysteme, darunter große Freiflächen-Photovoltaikkraftwerke, auch Solarparks oder Solarfarmen genannt“, berichtet Stefan Neumann, Senior Projektingenieur bei Enerparc. „Wir haben erfolgreich mehr als 3.000 Megawatt PV-Leistung an das Stromnetz angeschlossen – und wir haben im Frühjahr 2019 damit begonnen, Drohnen zur Bodenvermessung bei der Vorbereitung eines neuen Projekts einzusetzen.“

Schattenwurf minimieren – aber wie?

Die von dem Hamburger Unternehmen gebauten Photovoltaik-Großanlagen (PV) unterscheiden sich von den meisten gebäudemontierten und anderen dezentralen PV-Anwendungen dadurch, dass sie große Mengen Strom auf der Versorgungsebene und nicht an einen oder mehrere lokale Nutzer liefern. Neumann dazu: „Wir bauen Systeme mit einer Fläche von bis zu 100 Hektar. Dabei versuchen wir, sie so zu konstruieren, dass der Schattenwurf auf die Solarpaneele sowohl durch andere Objekte innerhalb der Konstruktion selbst als auch durch Objekte oder Bodenmerkmale in der Umgebung minimiert wird.“

Darstellungsbeispiel im WMS-Portal des Brandenburg-Viewer. Als Basis diente das Liegenschaftskataster Brandenburgs auf Kartengrundlage des WebATLAS Geobasis-DE. Foto: Unsplash / Red Zeppelin

Voraussetzung dafür ist eine genaue Kenntnis über das Gelände und seine Topographie. Der Standort muss also eingehend geprüft und vermessen werden, noch bevor ein Plan für die Platzierung der Paneele entwickelt werden kann. „Bei der Planung unserer Anlagen ist das Verständnis der Oberflächeneigenschaften des Baugeländes ein wesentliches Element – also etwas, das wir sehr genau betrachten müssen, bevor wir mit der eigentlichen Arbeit starten können“, erklärt der Projektingenieur. Mit herkömmlichen Methoden, führt Neumann aus, würde ein ausgebildeter Vermessungsingenieur diese Arbeiten manuell ausführen. Je nach den spezifischen Merkmalen eines möglichen Standortes könne eine solche Vermessung einer Fläche von 50 Hektar bis zu drei Wochen dauern. „Eine enorme Zeitinvestition also, die natürlich auch kostspielig ist.“

Innovative Standortvermessung

Kostspielig, für die Analyse des Schattenwurfs jedoch alternativlos. Aus diesem Grund setzt die Enerparc AG auf eine innovative Methode zur Standortvermessung: Seit Frühjahr 2019 werden zwei Microdrones-Drohnen genutzt, um eine genaue Standortanalyse durchführen zu können. Die Investitionskosten für die beiden High-End-UAV-Systeme haben sich dabei schnell amortisiert: „Wir haben errechnet, dass wir die Kosten für den Kauf der Drohnensysteme bereits wieder hereinholen konnten, wenn wir mit den Tools etwa 200 bis 250 Hektar vermessen hatten. Wir mussten also nur wenige Projekte realisieren, damit sich der Drohnenkauf für uns rentiert hat“, berichtet Neumann. „Es steht damit außer Frage, wie wertvoll die Microdrones-Systeme im Hinblick auf die Einsparung von Geld und die Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit unseres Unternehmens sind.“

Bei der Entscheidung für die Drohnenlösungen spielte zudem auch die wegfallende staatliche Subvention für die Installation von Anlagen für erneuerbare Energien eine gewichtige Rolle. „Jegliche staatliche Unterstützung, Steuergutschriften und so weiter sind heute viel weniger bedeutsam als noch vor einigen Jahren“, so Neumann. Zudem hätte es in den letzten Jahren einen Boom in der Solarenergiebranche gegeben, die Konkurrenzsituation in diesem Marktsegment hat sich merklich verschärft. „All das bedeutet für uns, dass unser Kostendruck stetig zunimmt. Uns wurde schnell klar, dass wir – wenn wir erfolgreich arbeiten wollen – jeden Teilaspekt unserer Arbeit weiter optimieren müssen. Und dazu gehört selbstredend auch die Vermessung des Standortes.“

PPK und LiDAR

Bei Enerparc sind zwei verschiedene Microdrones-UAVs im Einsatz: Ein flaches und ebenes Feld oder ein Gebiet mit sehr wenig Vegetation wird so mit dem photogrammetrischen mdMapper1000PPK aaS-System vermessen. Ein Standort, der sich durch starke Vegetation kennzeichnet, erfordert hingegen die Vermessung mit dem mdLiDAR1000 aaS. Neumann erklärt: „Mit der photogrammetrischen Vermessung mit dem mdMapper1000PPK aaS erhalten wir ein wirklich detailliertes Luftbild des Geländes mit Einstufungen und Höhenangaben. Hingegen können wir mit dem mdLiDAR-System buchstäblich durch die Vegetation hindurchsehen, sodass wir die darunter liegende Bodenoberfläche beurteilen können – ohne, dass wir zuerst das Gelände räumen müssen. Das erhöht die Effizienz und spart gleichzeitig Zeit.“

Wie schnell sich der Einsatz dieser beiden Drohnensysteme für die Enerparc AG rentiert, zeigt ein einfaches Rechenbeispiel: Im Jahr 2019 hat das Hamburger Unternehmen insgesamt 350 Hektar Landfläche mit großflächigen Solaranlagen bebaut, im Jahr 2020 sollen in Deutschland genügend PV-Anlagen errichtet werden, um 500 Hektar Land zu bestücken. „Die Investitionskosten für die Drohnensysteme haben wir also noch im Geschäftsjahr 2019 wieder hereingeholt, im Jahr 2020 fahren wir durch den UAV-Einsatz also automatisch größere Gewinne ein“, so Neumann. „Daher haben wir vor kurzem auch einen neuen Mitarbeiter eingestellt, dessen Aufgabe darin besteht, die Vermessungsflüge der Drohnen und die Datennachbearbeitung auszuführen.“

Waypoint-Modus ermöglicht automatisiertes Fliegen

Dabei funktioniert der Drohnenflug fast schon automatisch. „Der Pilot beginnt vor dem eigentlichen Flug damit, eine Google Earth KMZ-Datei abzurufen. Damit kann er alle rechtlichen Aspekte verwalten, einschließlich des Fluggenehmigungsprozesses.“ Sind alle Fragen in der KMZ-Datei beantwortet, kann sie direkt in die Microdrones-Flugsoftware mdCockpit importiert werden. „Schließlich müssen nur noch einige Einstellungen auf der Grundlage der Nutzlast vorgenommen werden. Tatsächlich dauert der gesamte Prozess vom Import der KMZ bis zur Erstellung des endgültigen Flugplans nicht mehr als fünf Minuten“, berichtet der Projektmanager. „Sobald dies erledigt ist, kann der Flugplan per Bluetooth auf die Drohne übertragen werden und wir sind startklar.“

Der Flug selbst findet im sogenannten Waypoint-Modus statt. Dabei werden bestimmte Punkte, die Waypoints, entlang der Flugstrecke definiert. Die Drohne fliegt an-schließend automatisch alle Waypoints ab. „Der Pilot muss das Drohnensystem also im Gros nur beobachten und korrigierend eingreifen. Erst bei der Endlandung übernimmt er die manuelle Steuerung“, so Neumann. In 20 Minuten kann die Enerparc AG auf diese Weise ein Gebiet von 10 bis 12 Hektar vermessen. Mit vier oder fünf Flügen kann das Unternehmen also eine Fläche von 50 Hektar mit einer Genauigkeit von zwei Zentimetern erfassen. Für dieselbe Fläche bräuchte ein Vermesser mit herkömmlichen Methoden etwa drei Wochen. (jr)

www.enerparc.de