Simulation der Sonneneinstrahlung mit 3D Umgebungsmodell zur Optimierung Position BKW und Amortisationszeit-Abschätzung

Liebe Leute, 

Ich bin frisch hier, auch wenn ich schon ca. 1 Jahr lang immer wieder die Videos im Youtube Kanal ansehe.

Wir haben das Glück eine kleine Wohnung mit Garten ergattert zu haben. Ich wollte schon immer ein BKW auch für uns nachdem ich letztes Jahr eines für meine Mutter am Hausdach installiert habe. Allerdings ist unsere neue Wohnung in der Innenstadt gelegen - das heißt es ist nicht ganz trivial Sonneneinstrahlung abzuschätzen - da sowohl Bäume als auch Nachbargebäude rundum stehen. Der Garten ist aber grundsätzlich südlich ausgerichtet. Da die Kosten für BKWs weiters erheblich gesunken sind, denke ich dass sogar bei grob 50% Verschattung die Amortisationszeit der Anlage noch ziemlich ok ist. 

Hierzu habe ich mir nun in den Kopf gesetzt eine 3D Simulation aufzubauen, die Sonneneinstrahlung für verschiedene mögliche Positionen zu errechnen und dann den Stromertrag daraus abzuschätzen. Ich denke ich bin da quasi schon fast durch - aber würde den groben Workflow gerne mit euch teilen und würde mich freuen wenn mir jemand Feedback zur Plausibilität geben könnte - da ich einfach noch nicht wahnsinnig viel Erfahrung habe, und mir alle Infos von etwaigen Websiten sauge. 

Also hier mein Workflow: 

A) 3D Modell der Umgebung

Ich starte mit einem photogrammetrischen 3D Modell der Umgebung. Nachdem ich es in Blender kurz aufräume exportiere ich es zu Rhino3D. Dort skaliere ich es in die richtige Größe und richte es nach Norden aus. Das Modell ist natürlich nur ein grobes Mesh der tatsächlichen Umgebung. Aber zumindest sind Bäume etc vorhanden. (Bild 1)

B) Solar Radiation Data Input

Als Simulationsbasis nehme ich ein IWEC Wetterdaten File im EPW Format von hier: ladybug.tools/epwmap/

Darin sind "typische" Sonneneinstrahlungen über das Jahr an meinem Standort enthalten. (Bild 2)

C) Solar Radiation Simulation 

Ich starte ein Solar-Radiation Skript via Ladybug (Plugin für Grasshopper in Rhino3D) basierend auf dieser Vorlage. 

Inputs sind das Umgebungsmodell (A) und die Wetterdaten für den Standort (B). Aus der Simulation erhalte ich dann die jährliche Sonneneinstrahlung in kWh/m² für die gesamte in Frage kommende Gartenfläche (Bild 3). Wie man sieht in diesem Beispiel direkt unter dem Baum - magere 300-350 kWh/m² aber nordöstlich bis zu ca. 800-900kWh/m² - trotz der Gebäude die rundherum stehen.

(Zum Vergleich habe ich am Dach des Hauses eine Referenzfläche (Slope 30°, Azimuth 0°, keine Verschattung) getestet wo mir die Simulation eine Einstrahlung von 1200kWh / m² yr ausspuckt. Diese Position (ohne Verschattung) kann ich dann mit den Daten aus dem PVGIS Tool der EU ( re.jrc.ec.europa.eu/pvg_tools/en/ ) vergleichen. Dieses kommt für den gleichen Standort und Ausrichtung auf 1400 kWh / m²-yr. Da hier unterschiedliche Wetterdatensets eingezogen sind (Department of Energy für die Daten meiner Simulation, bzw PVGIS SARAH 2 für die Simulation in PVGIS) gehe ich davon aus dass diese Differenz aus dem Datenset kommt. Eine andere Möglichkeit ist, dass die diffuse Einstrahlung aus Umgebungsreflexion in meiner Simulation nicht eingerechnet ist (da würde ich allerdings eine kleinere Differenz erwarten).)

 D) Optimierung BKW Positionen

Man will jetzt natürlich das BKW nicht in die Mitte des Gartens stellen, daher modelliere ich anschließend die Paneele im Maßstab. In Grasshopper hat man dann die Möglichkeit parametrisch verschieden Positionen, Ausrichtungen und Neigungen zu vergleichen. Schlussendlich finde ich eine mögliche Position direkt vorne an der Gartenmauer am besten - ein recht guten Kompromiss zwischen Ertrag und Störpotenzial im Garten (Bild 4).

Folgende Werte erhalte ich aus der Simulation: 

Mittlere Einstrahlung auf die Positionierte PV Fläche: 624 kWh / m² yr - also ca. nur 50% einer optimal ausgerichteten und unverschatteten Fläche. 

E) Kosten Nutzen Rechnung

Bei einer geplanten PV Fläche von 3,71m² (770Wp PV) rechne ich dann also 2320 kWh/yr Einstrahlung. Bei 20% Moduleffizienz und 14% Systemverlust komme ich dann auf 400 kWh / yr Stromerzeugung. Mit 30ct / kWh Strompreis dann auf 120€/yr Einsparungspotenzial. Also immernoch relativ OK dafür dass die Anlage aus dem Beispiel zurzeit ca. 700€ kostet. (Auch wenn wir nicht den gesamten Anteil des produzierten Stroms verbrauchen würde sich die Anlage immernoch innerhalb 10 Jahre abbezahlen). 

Was denkt ihr, klingt das plausibel? 

VG
Jakob