Standortkataster für Lärmschutzanlagen mit Ertragsprognose für potenzielle Photovoltaik-Anwendungen

Etwa 4.800 Kilometer des deutschen Bundesfernstraßennetzes sind mit Lärmschutzeinrichtungen versehen. In Kombination mit Solarmodulen könnten diese Einrichtungen einen wichtigen Beitrag zur Energiegewinnung leisten. Die Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) erstellte ein bundesweites Kataster bestehender Lärmschutzanlagen und entwickelte Berechnungsgrundlagen, welche Anlagen für eine Nutzung durch Photovoltaik-Anlagen geeignet sind. Durch die Überführung der Ergebnisse in ein Geografisches Informationssystem (GIS) besteht künftig die Möglichkeit, an jedem Punkt des Straßenraums Potenzialanalysen des Photovoltaikertrages durchzuführen.

Senkrecht angebrachte PV-Module an der BAB 31 bei Emden (Bild: BASt)

Aufgabenstellung

Lärmschutzwände an bundesdeutschen Fernstraßen bieten ein beachtliches Energiepotenzial. Bisher fehlten jedoch Untersuchungen darüber, welcher Anteil dieser Anlagen für eine Photovoltaik-Nutzung geeignet ist. Benötigt wurden zudem geeignete Werkzeuge und Datengrundlagen, um die Eignung im Einzelfall und in der statistischen Übersicht zu bewerten. Im Auftrag der BASt erstellte die geomer GmbH in Heidelberg ein flächendeckendes Kataster der Lärmschutzanlagen an deutschen Bundesfernstraßen, die für eine multifunktionale Nutzung durch Photovoltaik-Anlagen geeignet sind.

Untersuchungsmethode

Der Aufbau eines Katasters von bestehenden Lärmschutzeinrichtungen stützte sich auf das Bundesinformationssystem Straße (BISStra) sowie die Bauwerksdatenbank. Weiterhin flossen Bauwerksdaten und Lärmschutzkartierungen der Länder ein. Stichprobenartig wurden Lärmschutzeinrichtungen durch eigene Befahrung erfasst. Zur bedarfsgerechten Modellierung des Ertragspotenzials wurden drei Teilmodule entwickelt. Damit sollte ermöglicht werden, sowohl eine großflächige Betrachtung relevanter Einflussgrößen wie die Atmosphäre und das vorherrschende Klima im Jahresgang anzustellen, als auch auf regionaler Ebene Wetter- und Atmosphärenbesonderheiten, die Exposition des Bauwerks und vor allem die Verschattung des Horizonts durch das Relief in beliebiger Genauigkeit zu modellieren. Mit der Schaffung eines weiteren Moduls sollten Nahverschattungseffekte durch Bäume, Häuser oder Masten erfasst werden.

Ergebnisse

Mit diesem Forschungsvorhaben wurde erstmalig ein ganz Deutschland abdeckendes Kataster der Lärmschutzeinrichtungen erstellt. Auf der Grundlage des Katasters wurden zudem Verfahren entwickelt, die die Standorteignung von Lärmschutzanlagen für Photovoltaikanlagen ermittelt. Die erfassten Informationen wurden in einem Geografischen Informationssystem (GIS) zusammengeführt. Die enthaltenen Berechnungswerkzeuge gestatten es, Potenzialanalysen des Photovoltaikertrags an jedem Punkt des Straßenraums für Bundesfernstraßen durchzuführen. Für den Straßenraum erlaubt das Verfahren, das Ertragspotenzial für bestehende Bauwerke großflächig abzufragen. Ein weiteres Modul ermöglicht die Betrachtung von Solarpotenzialen an einzelnen Abschnitten der Lärmschutzeinrichtungen in Abhängigkeit von regionalen Wetter- und Atmosphärenbesonderheiten. Bei entsprechender Datenverfügbarkeit ist zudem eine Beachtung der Nahverschattung an Bauwerken möglich. Das dritte Modul berechnet auf Basis von LIDAR-Punktwolken (Light Detection and Ranging), sowie einem 3D-Modell einer Lärmschutzeinrichtung ein genaues Solarpotenzial einer virtuellen Anlage. Ermöglicht werden Ertragsberechnungen sowohl für bestehende Lärmschutzeinrichtungen als auch für neue Standorte. Die Ergebnisse wurden so aufbereitet, dass eine Verwendung für das BISStra realisierbar ist.

Folgerungen

Die entwickelten Werkzeuge eignen sich zur Erkennung photovoltaisch nutzbarer Gunsträume, als auch von geeigneten Straßenabschnitten und zur Projektierung neuer Einzelbauvorhaben. Somit liefert das Forschungsvorhaben entscheidende Grundlagen zur Beurteilung der multifunktionalen Nutzung von Lärmschutzanlagen.