Solarstrahlungsanalyse
Die Solarstrahlungsanalyse modelliert die Menge der eintreffenden Sonnenenergie an jedem Punkt einer Geländeoberfläche unter Berücksichtigung von geografischer Breite, Hangneigung und Exposition, Verschattung durch die umgebende Topografie sowie atmosphärischer Bedingungen. Sie unterstützt die Standortwahl für erneuerbare Energien, die Landwirtschaft und die energetische Gebäudemodellierung.
Überblick
Die Solarstrahlungsanalyse (auch Solar-Insolationsmodellierung oder Sonneneinstrahlungskartierung genannt) berechnet die gesamte Sonnenenergie, die über einen festgelegten Zeitraum an jedem Punkt einer Geländeoberfläche eintrifft. Die Analyse berücksichtigt direkte Strahlung (Sonnenlicht, das die Oberfläche ohne Streuung erreicht), diffuse Strahlung (durch die Atmosphäre gestreut) und reflektierte Strahlung und bildet dabei das komplexe Zusammenspiel zwischen Sonnenstand, Geländeform und atmosphärischen Bedingungen ab.
Eingangsdaten und Methodik
Solarstrahlungsmodelle benötigen ein digitales Geländemodell (DEM), die geografische Breite, den interessierenden Zeitraum sowie atmosphärische Parameter (Transmissivität und diffuser Anteil). Der Algorithmus berechnet die Position der Sonne (Azimut und Höhenwinkel) in regelmäßigen Zeitintervallen über den festgelegten Zeitraum und bestimmt anschließend für jede Rasterzelle des DEM, ob sie zu jedem Zeitschritt direktes Sonnenlicht erhält oder im Schatten des umgebenden Geländes liegt. Hangneigung und Exposition jeder Zelle bestimmen den Einfallswinkel zwischen den Sonnenstrahlen und der Oberfläche, was die Intensität der empfangenen Strahlung beeinflusst. Die Verschattung durch angrenzendes Gelände wird mittels sichtfeldähnlicher Raytracing-Verfahren berechnet.
Anwendungen
Planer im Bereich erneuerbare Energien nutzen Solarstrahlungskarten, um optimale Standorte für Solaranlagen zu identifizieren und das jährliche Energieerzeugungspotenzial abzuschätzen. Architekten und Stadtplaner modellieren die Sonneneinstrahlung auf Gebäudehüllen, um Tageslichtnutzung und passive Solararchitektur zu optimieren. Agrarwissenschaftler kartieren Wachstumsgradtage (Growing Degree Days) und photosynthetisch aktive Strahlung, um die Anbauplanung zu optimieren. Ökologen modellieren Gradienten der Sonneneinstrahlung, die Mikroklima und Vegetationsmuster prägen. Fachleute für Gebäudeenergiemodellierung berechnen solare Wärmegewinne für die Auslegung von HLK-Anlagen (Heizung, Lüftung, Klimatechnik).
Ergebnisse und Visualisierung
Die Solarstrahlungsanalyse erzeugt Rasteroberflächen, die Gesamtstrahlung, direkte und diffuse Strahlung sowie die Dauer der Sonneneinstrahlung für den festgelegten Zeitraum darstellen. Die Werte werden üblicherweise in Wattstunden pro Quadratmeter (Wh/m2) oder Kilowattstunden pro Quadratmeter (kWh/m2) angegeben. Zeitreihenausgaben zeigen, wie die Strahlung im Verlauf von Monaten oder Jahreszeiten variiert.
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