Mit VC Solar hat Virtual City Systems eine neue Lösung entwickelt, die mit 3D-Solarpotenzialanalyse oder Digitale Zwillingen die digitale Stadtplanung verbessert.
Die 3D-Solarpotenzialanalyse ist eine mittlerweile etablierte Methode für die Bewertung möglicher solarer Energiegewinnung in urbanen Umgebungen. Sie kann sowohl auf ein vorhandenes Stadtmodell als auch interaktiv auf Planungsmodelle und Planungsvarianten angewandt werden. In der VC Solar-Lösung von Virtual City Systems kommt eine innovative Technologie zum Einsatz, mit der die Sonneneinstrahlung noch präziser auf individuellen Objekten und Flächen in einer 3D-Szene simuliert werden kann. Die Lösung verbindet moderne Geoinformatik-Methoden mit digitaler Stadtplanung und bietet damit Mehrwerte – insbesondere für Smart Cities und eine nachhaltige Stadtentwicklung.
3D-Solarkataster der Stadt Bremen: Mit dem innovativen Verfahren von VC Solar werden alle Flächen, auch vertikale, berechnet. Grafik: Landesamt für Geoinformationen Bremen
Raytracing: Technologie hinter der 3D-Solarpotenzialanalyse
Technologisches Herzstück von VC Solar ist das Raytracing-Verfahren, das die Sonneneinstrahlung in dreidimensionalen Stadtmodellen präzise berechnet. Im Gegensatz zu 2,5D-Modellen, die nur Dachflächen berücksichtigen, arbeitet VC Solar auf Basis von 3D-Stadtmodellen und ermöglicht so die Analyse aller Flächen, also auch der vertikalen. Raytracing berechnet die Globalstrahlung, indem es direkte und diffuse Strahlung kombiniert. „In städtischen Gebieten ist diese Methode besonders wichtig, um komplexe Verschattungen durch Gebäude und Vegetation zu erfassen“, sagt Dr. Stefan Trometer, Geschäftsführer der VCS GmbH. Die Direktstrahlung wird durch Sonnenpunkte und die diffuse Strahlung durch eine virtuelle Halbkugel dargestellt. Ein Punktgitter prüft Strahlen auf Schnittfreiheit mit Objekten und die ungeschnittenen Strahlen ergeben die jeweiligen Einstrahlungswerte (siehe Bild). Diese werden durch NASA-Daten zur lokalen Klimaanpassung kalibriert.
Schema für das Raytracing-Verfahren: Damit können auch Verschattungen sehr präzise abgebildet werden. Grafik: Virtual City Systems
Die VC Solar-Lösung von Virtual City Systems kann das Raytracing technologisch so nutzen, dass die Verschattungseffekte exakt abgebildet und entsprechend die Berechnungen deutlich akkurater werden, als sie in 2,5D-Modellen möglich wären. „So entsteht ein realistisches Bild der Solarpotenziale, was für städtische Verwaltungen und Planungsbehörden von erheblichem Nutzen ist“, so Trometer.
Komponenten der VC Solar-Lösung
VC Solar besteht aus zwei Hauptkomponenten für unterschiedliche Anwendungsszenarien. Das VC Solar Backend dient großflächigen Analysen und berechnet monatliche Sonneneinstrahlungen für ganze Stadtmodelle. Diese Komponente verarbeitet als Teil des VC Publishers meteorologische und geographische Daten und erlaubt eine einfache und individuelle Aktualisierung des Solarkatasters.
Die VC Solar App hingegen ist für interaktive Analysen direkt in der webbasierten Kartenanwendung VC Map konzipiert. Neben den Stadtmodellobjekten können 3D-Mesh- modelle, Planungen und Vegetationsobjekte einbezogen werden. Über den integrierten Ertragsrechner können Nutzer die solare Eignung ihrer Flächen berechnen, indem sie spezifische Parameter wie Eigenverbrauch und Wartungskosten eingeben. „Die App liefert umfassende Wirtschaftlichkeitsanalysen, die auch die Degradation der Module für eine langfristige Kosten-Nutzen-Analyse berücksichtigen“, beschreibt Trometer.
Mehrwerte in der Geoinformatik und Stadtplanung
VC Solar erfüllt zentrale Anforderungen der Geoinformatik, indem es präzise räumliche Daten für Solarpotenzialanalysen mit individuellen Analysemöglichkeiten kombiniert. Städte und Kommunen können die Software in digitale Stadtmodelle integrieren und so fundierte Entscheidungen zur Förderung erneuerbarer Energien treffen. Diese Transparenz ermöglicht es Bürger:innen, die Analysen nachzuvollziehen und unterstützt die Entwicklung klimafreundlicher Städte.
Auch für die strategische Planung städtischer Klimaziele kann die Anwendung einen wichtigen Beitrag leisten, denn die exakte Darstellung der Solarpotenziale in VC Solar basiert auf echten Daten. „Dank der Kompatibilität zu CityGML- und 3D-Mesh-Modellen kann VC Solar optimal in die Stadtplanung und Klimastrategie eingebunden werden“, so Trometer.
Privatpersonen und Planer:innen 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.
Fazit
VC Solar kombiniert aktuelle Entwicklungen der Geoinformatik mit fortschrittlichen Methoden der 3D-Solarpotenzialanalyse. Die Software nutzt Raytracing, um den Einfluss der Sonneneinstrahlung realitätsnah zu simulieren und liefert wertvolle Daten für die nachhaltige Stadtplanung und Klimaziele. Durch die Integration in Digitale Zwillinge schafft VC Solar eine ganzheitliche Lösung für Solarpotenzialanalysen und unterstützt Städte auf ihrem Weg zur digitalen und klimaneutralen Transformation.