Wer will, wer will, wer hat noch nicht?

Nur wenige Klicks trennten Alois Ebner von seiner solaren Zukunft. Auf die Internetseite der Stadt gesurft, den Online-Kartendienst angeklickt, links die Straße und Hausnummer gewählt, auf Zoom gedrückt. Auf dem Bildschirm erscheint eine Luftansicht von Bielefeld-Lämershagen, nur dass die Dachflächen statt in einheitlichem Grau in verschiedenen Farben leuchten. In Ebners Viertel überwiegt orange. Laut Legende sind diese Dächer gut für Photovoltaik geeignet. Er habe sich überzeugen lassen, „dass es auch in Bielefeld, das nicht so sehr von der Sonne gesegnet ist, sinnvoll sein kann, eine Solaranlage auf Dach zu setzen“, sagt er. Gesagt, getan – inzwischen hat der Chefarzt an der Epilepsieklinik Module mit einer Nennleistung von 4,5 Kilowatt auf dem Dach. Er kann einen Ertrag von 3.600 Kilowattstunden erwarten.

Alois Ebner hatte Glück. Bielefeld hat bereits einen Solaratlas, in dem für jedes Dach in der Kommune verzeichnet ist, ob es sich für die Installation von Photovoltaik eignet.

Brachliegendes Potenzial

„Es sind über 100.000 Gebäude erfasst worden“, sagt Björn Klaus, der das Projekt beim Umweltamt der Stadt Bielefeld betreut. Eine Handvoll Firmen kann inzwischen die notwendigen Daten liefern. Das kostet – je nach Größe der Region – bis zu 100.000 Euro. Das ist viel Geld für eine Dienstleistung, die den klammen Städten und Gemeinden keine direkten Mehreinnahmen verspricht. Doch es profitieren Eigenheimbesitzer und das lokale Handwerk. Und die Kommunen erheben damit in nie dagewesener Genauigkeit, welches Potenzial auf ihren Dächern brachliegt.

Nachdem bis zum letzten Jahr die meisten Kataster noch in Forschungsprojekten erstellt wurden, sind es jetzt kommerzielle Projekte, die den Kinderschuhen entwachsen sind. Etliche Kommunen haben etwa bereits Martina Klärle und ihre Kollegen von Sun-Area beauftragt, die an der Fachhochschule Osnabrück eine der Technologien entwickelt hat. „Es sind derzeit etwa 90 bis 100 Kommunen, und wir haben außerdem ein Vielfaches an Anfragen“, sagt sie.

Laser tasten Dächer ab

Geoinformatikern Martina Klärle hat auch die Grundlage für Ebners Anlage gelegt. Im Jahr 2006 überzeugte sie Niedersachsens Arbeitsgruppe Innovative Projekte AGIP von ihrem Vorhaben Sun-Area. Sie wollte Dachflächen mit einem Lasermessverfahren aus der Luft vermessen und katalogisieren. Die Methode war schon bekannt, um etwa Geländehöhen zu erfassen. „Nur galten die Daten von Dächern bis dahin als uninteressant – sie wurden nicht weiter ausgewertet“, sagt Dorothea Ludwig, Klärles Mitarbeiterin der ersten Stunde. Inzwischen ist das Routine.

Bei Befliegungen tastet ein Laser, der im Rumpf eines Flugzeugs eingebaut ist, die gesamte Oberfläche des Stadtgebiets Punkt für Punkt ab. Ein eingebauter Sensor im Rumpf des Flugzeugs schwenkt dabei hin und her. Felder, Wiesen, Bäume und eben Dächer oder was sich sonst an der Erdoberfläche befindet, reflektieren den Laserstrahl und werfen ihn zum Sensor im Flugzeug zurück. Je länger das Licht für den Weg zum Boden und zurück benötigt, umso größer ist die Entfernung. Daraus berechnet der Computer den Höhenwert. Über GPS misst das System die Position des Flugzeugs, also die x-y-Koordinaten. Computerprogramme errechnen aus den gesammelten Punktwolken dann ein Oberflächenmodell.

Die Geoinformatiker bringen diese Daten mit den Gebäudeumrissen aus der Liegenschaftskarte zusammen und bekommen so Lage, Größe und Neigung der Dachflächen heraus. Bäume, Häuser und andere Schattenspender sind ebenfalls im dreidimensionalen Modell zu erkennen. Ein Programm simuliert dann, wann und in welchem Winkel Sonne auf ein Dach fällt. Es berücksichtigt also, wenn andere Objekte Schatten werfen. Der mögliche Ertrag einer Photovoltaikanlage auf dem Dach ergibt sich dann aus den Einstrahlungswerten des Deutschen Wetterdienstes im Mittel der letzten 20 Jahre. Die Punktdichte der Laserscannerdaten bestimmt die Genauigkeit der Solardachkataster. Mit mindestens vier Punkten pro Quadratmeter können auch Dachaufbauten und Gauben erkannt werden, wenn sie Flächen von etwa fünf bis zehn Quadratmeter bilden.

„Die Einstrahlungsprognose ist sehr genau“, sagt Dorothea Ludwig, die heute Sun-Area an der Fachhochschule Osnabrück leitet, das Projekt, das die Arbeiten aus Klärles Arbeitsgruppe fortführt. Im Vergleich zu solchen Prognosen, die vom Boden aus erstellt werden, können zum Beispiel die Verschattungen mit den Daten aus der Luft genauer berechnet werden. Ein unabhängiger Energieberater habe vor Ort nachgeprüft, um wie viel Prozent die von Sun-Area für das Solarkataster in Osnabrück abgeschätzten Erträge von den direkt vor Ort ermittelten Erträgen abweichen. Er kam auf sieben Prozent.

Obwohl das relativ gut ist, kann man auf die Einschätzung durch den Installateur vor Ort nicht verzichten. Das Verfahren erkennt Dachfenster nicht und kann nur die Einstrahlung feststellen. „Das Fachwissen eines Monteurs, der für ein bestimmtes Dach die Statik und Dachqualität beurteilt und die Anlagenzusammensetzung aus Modulfabrikat und Wechselrichter bestimmt, können wir nicht ersetzen“, sagt Ludwig.

Auch auf Nachbars Heim schielen

Wie nötig das Fachwissen des Installateurs ist, zeigte sich auch bei dem Haus von Alois Ebner. Im Solaratlas leuchten zwar viele Dächer seiner Nachbarn orange, was bedeutet, dass diese Dächer 80 bis 95 Prozent der in Bielefeld maximal möglichen Solarstrahlung abbekommen. Nur sein eigenes Dach ist grau. Das kann daran liegen, dass das Dach zu dem einen Prozent Dächer gehört, die beim Bielefelder Atlas nicht erfasst wurden, weil sie zu dunkel oder zu feucht waren und den Laserstrahl nicht reflektiert haben. „Möglich ist auch, dass die Mindestgröße des Daches nicht erreicht wird, ab der wir denken, dass eine Anlage wirtschaftlich sinnvoll betrieben werden kann“, erklärt Ludwig. Bei Flachdächern wie dem von Alois Ebner setzt sie die Grenze bei 40 Quadratmetern. Das ist relativ viel, aber sie berechnet die Aufständerung mit ein, die Platz kostet.

Sun-Area hat mit seinem Verfahren nicht nur viele Aufträge bekommen, sondern auch einen Preis. Am 17. Oktober 2009 verlieh Eurosolar dem Sun-Area-Team den Deutschen Solarpreis.

Etwa zeitgleich wie Klärle arbeiteten Vermessungsingenieure an den Technischen Universitäten Karlsruhe und Innsbruck und an der Universität Osnabrück an ähnlichen Entwicklungen. Daraus entstanden die Anbieter Laserdata in Innsbruck, Smart Geomatics in Karlsruhe und Geoplex in Osnabrück als Ausgründungen, die die Verfahren zur Marktreife gebracht haben. Die Unterschiede der Produkte liegen im Detail. So braucht die Firma Geoplex, die mit dem Geobusiness-Award 2009 auch einen Preis gewonnen hat, beispielsweise keine Stadtgrundkarte, um Dachflächen zuverlässig zu identifizieren. Eigens programmierte Algorithmen erkennen die Gebäudestrukturen innerhalb der vom Laserscanner produzierten Punktwolken.

Per 3D-Fotografie zum Ziel

Für eine Technologie, die anders arbeitet, aber mit der man Ähnliches erreichen kann, gewann die Firma Aerowest sogar den Intersolar Award 2009. Es ist eine Erfolgsgeschichte wie aus dem Bilderbuch.

Gestartet ist die Firma 1998. Damals war wieder einmal ein Handwerker von einem Dach gefallen, als er es vermessen wollte. Um die Unfälle im Dachhandwerk zu reduzieren, wollte ihnen Geschäftsführer Hans Joachim Benfer einen Teil der Vermessungsarbeit abnehmen. „Wir haben eine Methode entwickelt, mit der man das über Luftbilder machen kann“, sagt er. Aerowest tastet dazu den Boden nicht mit Lasern ab, sondern schießt mit hochauflösenden Kameras aus Flugzeugen Fotos. Da sich die Flugzeuge bewegen, entstehen Fotos in unterschiedlichen Perspektiven, wie es für dreidimensionale Auflösungen notwendig ist. Mit diesem System erkennt man nach Angaben von Aerowest Objekte auf dem Boden, die nur drei bis fünf Zentimeter groß sind. Die Firma hat nach eigenen Angaben unter anderem die Luftbilder von Ballungsräumen für Google Earth geliefert.

Vom Erfolg überrascht

Im Sommer 2008 bekam Benfer mit, dass Kommunen nach Informationen suchten, wie viel Solarenergiepotenzial auf ihren Dächern brach liege. Er entwickelte ab Oktober 2008 zusammen mit der Firma Simuplan in Dorsten die nötige Software, um dazu seine Luftbilder nutzen zu können. Bereits ein halbes Jahr später wagte er sich auf die Intersolar 2009, „mit dem vermutlich kleinsten Messestand, den es dort gab“ – und gewann den Preis. „Wir waren natürlich der Meinung, dass wir ein gutes Produkt haben“, sagt er. „Aber ich war doch überrascht, dass das auch so schnell bestätigt wurde.“

Anders als bei den anderen Systemen überlässt Aerowest die Auswertung nicht ganz dem Computer. Mitarbeiter betrachten die Fotos auf dem Bildschirm und klicken die Ecken der Dachflächen an. Aus diesen Informationen berechnet der Computer ein dreidimensionales Stadtmodell. Das ist laut Benfer ein „100-Prozent-Verfahren“, es wird ihm zufolge kein Dach ausgelassen. Für die Einstrahlungssimulation teilt die Software diese Flächen in kleine Einheiten von 50 auf 50 Zentimeter auf. Für jede Einheit berechnet sie Sonneneinstrahlung und Verschattung durch Gebäude und Vegetation über den gesamten Jahresverlauf in Fünf-Minuten-Schritten.

Großer Schritt vorwärts

„Zur Potenzialbestimmung ist ein Solardachkataster eine schlaue Sache“, sagt auch Christian Reise vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) in Freiburg. „Auch als Planungshilfe für Kommunen ist es sinnvoll und nützlich.“ Denn bis vor kurzem konnten Städte und Kommunen ihr solares Potenzial allenfalls schätzen lassen. Mit dem Solardachkataster steht ihnen heute eine preisgünstige Möglichkeit zur Verfügung, alle für die Solarstromproduktion geeigneten Flächen ihres Gebäudebestands detailliert erfassen zu lassen.

Oft lassen sich auch Daten nutzen, die es schon gibt. Seit etwa 1999 erheben Vermessungsämter in Deutschland Laserscannerdaten ihrer Stadtgebiete und kommunalen Flächen. Sie liegen etwa für 70 Prozent der deutschen Kommunen bereits vor. Bisher nutzen die Vermessungsämter Laserscannerdaten hauptsächlich in Form von Geländemodellen für den Hochwasserschutz. Seit die Daten auch für Solardachkataster genutzt werden, hat sich die Qualität der Laserscannerdaten erheblich verbessert. Die Vermessungstechniker achten nun darauf, bei passendem Wetter zu fliegen, sodass auch Dächer, die dunkel und unter Umständen nass sind, erkannt werden. Dadurch konnten sie den Anteil der nicht erkannten Dachflächen auf ein Prozent reduzieren.

Auch hochauflösende Fotos gibt es schon oft. Welche Methode sich für welche Kommune am besten eignet, hängt davon ab, ob Daten in ausreichender Qualität bereits vorliegen und welche Leistungen die Kommune sich zusätzlich wünscht.

Erstaunlich genau

Aber wie genau sind die Informationen, die der Gebäudeeigentümer im Internet über die Sonnenenergie auf seinem Dach bekommt? In den Solardachkatastern erhält der Nutzer konkrete Quadratmeterzahlen und Erträge einer möglichen Photovoltaikanlage. Trotzdem kann es sich dabei lediglich um Richtwerte handeln, die erreicht werden können. Je nach Format und Wirkungsgrad der Module wird der Ertrag in der Praxis von den Richtwerten abweichen. „In Bezug auf die Einzeldachflächen kann es Abweichungen geben“, sagt auch Uwe Behrend vom Umweltamt in Gelsenkirchen. „Aber für das Gesamtstadtgebiet ist die Aussagekraft sehr gut.“

Wenn der Kunde über das Kataster einen ersten Hinweis über die Eignung der Dachfläche bekommt, muss er in einem zweiten Schritt genauer hinschauen beziehungsweise hinschauen lassen. Denn wie das Dach beschaffen ist und wie es unterhalb der Dachdeckung aussieht, ob die Dachkonstruktion zusätzlich eine Photovoltaikanlage tragen kann, ob Sanierungsmaßnahmen durchgeführt werden sollten und wie die Stromverteilung angeordnet ist – all das kann die Software nicht erkennen. Der Solaratlas ist ein Anhaltspunkt, eine Grobeinschätzung. Er erspart nicht den Besuch des Handwerkers beim Kunden und die genaue Vermessung des Daches.

An dieser Stelle setzt Aerowest mit einem zusätzlichen Service an: der detaillierten Einzeldachanalyse. Für 150 Euro vermisst die Firma das Dach aus vorhandenen Daten in einer räumlichen Auflösung von 20 mal 20 Zentimeter und den Strahlungsverlauf mit einer zeitlichen Auflösung von zwei Minuten. Dabei berücksichtigt die Firma dann auch Gauben, Schornsteine und Dachfenster.

Für die Kommunen scheint sich der Aufwand, ein Kataster erstellen zu lassen, zu lohnen. „Es geht darum, etwas Neues in den Köpfen zu verankern“, sagt Uwe Behrend.

Lohnende Investition

Je nach Größe des Stadtgebiets legen die Kommunen zwischen 20.000 und 100.000 Euro für den interaktiven Solarstadtplan auf den Tisch. Wenn sie dieses Instrument geschickt einsetzen und sich Partner für Kampagnen und Informationsveranstaltungen mit ins Boot holen, können sie damit Investitionen in Millionenhöhe auslösen. Davon profitieren sowohl der Klimaschutz als auch das örtliche Handwerk – es entsteht eine klassische Win-Win-Situation.

Auf den Internetseiten der Städte Wiesbaden, Bielefeld und Freiburg ist das Solardachkataster ein Renner, was die virtuellen Besucherzahlen anbelangt. „Das ist die am meisten angeklickte Seite auf Bielefeld.de“, sagt Björn Klaus vom Bielefelder Umweltamt. „2.000 bis 4.000 Klicks landen im Monat auf der Zielseite.“ Viele andere Städte und Gemeinden sind bereits ebenfalls solar online. Oft kann man nicht nur sehen, ob eine Dachfläche geeignet ist oder nicht. Die Programme geben auch gleich an, wie viel Kohlendioxidausstoß man vermeiden kann.

Ob die Gestaltung des Internetauftritts inklusive Solarstadtplan mitgeliefert werden soll, entscheidet jede Kommune selbst. Die Informationen, die in den Rohdaten stecken, sind jedenfalls noch viel reichhaltiger, als das im Internet veröffentlichte solare Stadtbild.

Über zusätzliche Suchfunktionen können beispielsweise Listen der 100 besten oder größten Dächer erstellt werden. Oder man lässt sich alle Flachdächer über 1.000 Quadratmeter im Stadtgebiet anzeigen. Besonders wichtig für die weitere Kommunikation: Der Kommune stehen die Kontaktdaten der Gebäudeeigentümer zur Verfügung. Damit kann sie Besitzer sehr gut geeigneter Dächer gezielt ansprechen.

Kampagnen nötig

Dass es mit dem Online-Kataster noch nicht getan ist, zeigt auch die Erfahrung von Alois Ebner. Er wurde nicht durch das Surfen im Internet zum Bau seiner Dachanlage gebracht. „Den letzten Anstoß gab eine Aktion, die hier von der Stadt Bielefeld ins Leben gerufen wurde, die sich ‚Solardächer für Bielefeld‘ nennt“, sagt er. „Ich habe mir Informationen besorgt und Informationsveranstaltungen besucht.“

Kampagnen bieten auch für Installationsbetriebe eine Chance. Das Bielefelder Umweltamt begleitet das Internetangebot mit stadtteilbezogenen Informationsveranstaltungen. Die Handwerkskammer und die Sparkassen unterstützen die Kampagne. So bekommt der Interessent alle wichtigen Informationen zu Finanzierung, Förderung und Technik an einem Abend. Dachdeckermeister Ingo Dedermann engagierte sich als Referent bei drei Infoveranstaltungen, die im Lokalteil der Tageszeitung angekündigt wurden – und traf so auch auf Alois Ebner, dem er dann die Anlage installiert hat. Dedermann hält den Solaratlas für eine „rattenscharfe“ Idee. „Denn wenn diese Informationen von der Stadt kommen, schafft das Vertrauen beim Bürger“, sagt er. Allerdings blieb es bisher bei dem einen Kunden. Dedermann ist der Meinung, dass Bielefeld noch am Anfang steht und – wenn mehr Kampagnen kommen – noch viel mehr Aufträge winken.

Wie gut es laufen kann, zeigen die Erfahrungen in Osnabrück. Als Pilotregion im Forschungsprojekt Sun-Area nutzt die Stadt das Solardachkataster seit gut zwei Jahren. Anfang 2009 rief Detlef Gerdts als Leiter des Umweltamts das Projekt „Sun-Power“ ins Leben. Finanziert durch Sponsorengelder der Stadtwerke, der Elektro-Innung und einiger größerer Solarfirmen hat das Osnabrücker Umweltamt 200 Eigentümer von sehr gut geeigneten Dachflächen persönlich angeschrieben und ihnen eine ausführliche und kostenlose Solarberatung vor Ort angeboten. „Wir haben einen möglichst repräsentativen Querschnitt angeschrieben aus Industrie, Wohnungsbaugesellschaften und Privatleuten“, sagt Gerdts. Das Resultat

kann sich sehen lassen: 76 Eigentümer haben das Angebot einer mehrstündigen Beratung angenommen, über die Hälfte davon hat sich schließlich für eine Photovoltaikanlage entschieden.

Insgesamt wurden elf Millionen Euro investiert. Innerhalb eines Jahres wuchs die photovoltaische Leistung in Osnabrück um 70 Prozent, die Anzahl solarthermischer Anlagen um 40 Prozent. Mit 4,1 Megawatt installierter Leistung hat sich Osnabrück auf Platz zehn unter den Großstädten vorgearbeitet.

Um die Marketingmaßnahmen besser bewerten und vergleichen zu können, ist in diesem Jahr eine Anwenderkonferenz geplant, auf der Vertreter der Kommunen ihre Erfahrungen austauschen und Vermarktungsideen entwickeln können.

Richtiger Modultyp

Auch die technische Entwicklung ist noch nicht am Ende. So möchte Martina Klärle mit Sun-Area in Zukunft Empfehlungen geben für die Wahl des geeigneten Modultyps. Je nach Anteil diffuser und direkter Sonneneinstrahlung soll das Kataster kristalline oder Dünnschichtmodule vorschlagen. Und Hans Joachim Benfer von Aerowest arbeitet an der Verknüpfung von Laserdaten und Luftbildanalyse, um den Detaillierungsgrad der Dachlandschaft zu verbessern.

Doch schon die bisherigen Kataster zeigen: Das Potenzial ist riesig. Über eine Million Dächer hat das Team von Sun-Area in Deutschland bereits untersucht. Dabei haben die Geoinformatiker um Martina Klärle herausgefunden, dass sich rund 20 Prozent der Dachflächen für die Solarstromgewinnung eignen.

Würden all diese Flächen tatsächlich mit Photovoltaik belegt, könnten die Anlagen etwa ein Viertel unseres Strombedarfs dezentral produzieren. Das entspricht nahezu dem kompletten privaten Strombedarf.

Nach eigenen Angaben haben die aufgelisteten Firmen einen Solaratlas für diese Kommungen bereits erstellt oder in Arbeit.