Bestimmung von Solarpotential mittels Drohnen und AI

Problemstellung

Aufgrund der steigenden Energiepreise gewinnt die Erzeugung von Energie aus erneuerbaren Quellen wie Wind, Wasser oder Sonneneinstrahlung zunehmend an Bedeutung. Vor allem Infrastruktureigentümer sind den steigenden Strompreisen ausgeliefert. Die Installation einer Solar- oder Photovoltaikanlage (PV) bietet eine willkommene Alternative, da diese nicht nur langfristig Strom- und Heizkosten einspart, sondern unter günstigen Bedingungen auch einen Mehrwert (durch Einspeisung von überschüssigem Strom ins Netz) schaffen kann.

Allerdings gibt es immer wieder Probleme bei der Bestimmung der Eignung und der Planung für die Installation dieser Anlagen durch Unternehmen. Da Solar- wie auch PV-Anlagen in der Regel auf Dächern installiert werden müssen, ist es für die Arbeiter schwierig, die vorhandene Dachfläche einzusehen. Zudem muss viel Aufwand betrieben werden, um einen guten Überblick zu bekommen. Die notwendigen Gerüste und Hubsteiger sind teuer und unflexibel, um die Dächer zu erreichen. Große und sehr verwinkelte Dachflächen lassen sich nur schwer mit manuell aufgenommenen Bildern und analogen Zeichnungen, vor allem älteren aus Archiven, planen. Dächer haben Luftauslässe, Blitzableiter sowie Schornsteine und es ist oft schwierig, sich genau zu erinnern, wo sich diese befanden und manuelle Messungen sind nur bedingt glaubwürdig.

Die manuelle Arbeit auf Dächern ist gefährlich und es müssen Gesundheits- und Sicherheitsmaßnahmen getroffen werden, um Unfälle wie Stürze zu vermeiden. Zur Erstellung des Geländemodells ist ein dünnes Punktraster notwendig, welches meist durch zeitaufwändige, ineffiziente Vermessung von Feldern durch Vermessungsingenieure erfasst werden muss. Den Vermesserung fehlt in der Regel oft ein ausreichender Überblick in der Solarthematik. Neben den Risiken, denen sich die Arbeiter aussetzen müssen, um die notwendigen Informationen für die Anlagenplanung zu sammeln, besteht also auch das Risiko einer kostspieligen Fehlplanung aufgrund von falschen Daten oder Fehleinschätzungen.

Lösungsansatz

Die AIRXBIG Projektentwicklungs GmbH hat es sich zur Aufgabe gemacht, die selbst entwickelte Drohnenplattform, bestehend aus den 6 Komponenten Drohne, Hardware, Software, Sensorik, Analyse und Personal, als "One-Stop-Shop" in Form eines Drones-as-a-Service (DaaS) für Kunden anzubieten und den Einsatz von Drohnen in allen Bereichen zu ermöglichen. Dazu gehört auch die Verwendung der Drohnenplattform zur Analyse von Dachflächen auf ihr Potential für die Installation von Solar- und Photovoltaikanlagen. Die aufgenommenen Drohnenbilder werden zunächst mit einem hausintern entwickelten Analyseverfahren photogrammetrisch modelliert und anschließend einer räumlichen Analyse unterzogen, um das Solarpotential der einzelnen Gebäudedachflächen zu ermitteln.

Der Analyseprozess wird in den folgenden 4 Bildern dargestellt: Das 1. Bild links zeigt das Orthofoto des Ortskerns der Gemeinde Hornstein. Im Prozess werden in weiterer Folge Gebäudeflächen gefiltert (2. Bild von links) und Dachflächen identifiziert (3. Bild von links). Das momentane Endresultat ist im letzten Bild rechts zu sehen, das Solarpotential der Dachflächen.

Das berechnete Potential der Dachflächen und damit verbundene Daten wie die verfügbare Dachfläche, Ausrichtung, Neigung, Anzahl der möglichen Paneele, CO2-Einsparungen und finanzbezogene Daten wie geschätzte System- und Installationskosten, durchschnittliche monatliche Zahlungen und die Amortisationszeit des Systems sind künftig im AXB-Dashboard verfügbar. Auf der Grundlage dieser Informationen können Kunden oder Bewohner einer Gemeinde die Installation einer Solar- oder PV-Anlage auf ihrem Dach in Zusammenarbeit mit lokalen Energieversorgern oder einem in diesem Bereich tätigen Installationsunternehmen planen.

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Vorteile von Drohnen

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Flexibler Einsatz

Die hierfür genutzten Multirotor Drohnen sind flexibel einsatzbar. Sie können von praktisch jeder Position aus gestartet werden und ohne großes Risiko auch für Menschen unzugängliche oder sehr schwer zugängliche Stellen erreichen und vermessen. So müssen sich die Arbeiter bei der Vermessung von Dachflächen, insbesondere von sehr verwinkelten oder sehr steilen Flächen, keiner Gefahr aussetzen. Arbeiter müssen jedoch nicht um ihre Arbeitsstelle fürchten, da man bei der Installation von Paneelen ohne dies auf ihre manuelle Arbeitskraft angewiesen ist.

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Wirtschaftlicher Aspekt

Der Betrieb von Drohnen hat auch einen wirtschaftlichen Vorteil, da sie aufgrund ihrer Flexibilität und ihres schnellen Einsatzes eine kostengünstigere Alternative zu anderen luftgestützten Methoden darstellen. Aufgrund des industriell günstigen Anschaffungspreises können auf Drohnen basierende Dienstleistungen auch von Unternehmen zu einem entsprechend niedrigeren Preis angeboten werden, was sie für einen großen Teil der Öffentlichkeit, aber auch für andere Unternehmen und staatliche Einrichtungen erschwinglicher macht.

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Detaillierte Daten

Des Weiteren erreichen Luftbilder von Drohnen eine wesentlich höhere Auflösung (im einstelligen cm-Bereich) als andere Vermessungsmethoden wie Flugzeug- oder Satellitenbilder und ermöglichen so auch die detaillierte Identifizierung von Dachmerkmalen wie Antennen, Schornsteinen, Lüftungsausgängen. Dies ist für eine solche Analyse von großer Bedeutung, da an diesen Stellen keine Paneele installiert werden können und diese Bereiche daher nicht für das Solar Potential in Frage kommen.

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Einsatz bei schlechten Sichtverhältnissen

Nicht zuletzt ist der Einsatz von Drohnen auch bei schlechten Sichtverhältnissen möglich. Sie können unter anderem bei Hochnebel oder einer durchgehenden Wolkendecke eingesetzt werden. Diese Wetterbedingungen sind für Drohnen im Vergleich zu Flugzeugen oder Satelliten, die unter diesen Bedingungen keine Bodensicht haben, sogar von Vorteil, da diese für gleichmäßige Belichtungsbedingungen für die Drohnenkamera bieten, was sich positiv auf die digitale Rekonstruktion der Geländeoberflächen auswirkt.

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Klimafreundlichkeit

Ein weiterer, gerade in der heutigen Zeit, sehr relevanter Faktor ist die Klimafreundlichkeit von Drohnen. Durch ihren elektrischen Betrieb mittels wiederaufladbarer Energiespeicher ist ihr Einsatz CO2-neutral und klimafreundlich. Das spart auch Geld, da kein Treibstoff für die Flugeinsätze gekauft werden muss.