title: Location of solar potential on rooftops by application of different methodologies
Creators: name: Konopiski, Markus
Publisher: name: TU Wien
Year: 2015
Subjects: subject: Stadtmodell
subject: Sonnenenergie
subject: Potenzial für Sonnenenergienutzung
subject: City model
subject: solar energy
subject: Potential for Utilizing solar energy

description: Im Zuge dieser Diplomarbeit werden drei verschiedene Methoden zur Abschätzung der Solaren Einstrahlungswerte auf Dachflächen für bestimmte Tage in einem Testgebiet implementiert und deren Resultate miteinander verglichen. Die Einstrahlungswerte werden in einer Rasterkarte visualisiert. Für die Abschätzung der Solaren Einstrahlung im großen Maßstab gibt es bereits eine Reihe verschiedener Herangehensweisen, die mit unterschiedlichen Programmen realisiert werden können. Die Testregion für diese Arbeit liegt im neunten Bezirk der Stadt Wien und besteht mehrheitlich aus Wohnhäusern und vereinzelten Vegetationsflächen. Bäume werden generell als signifikanter Einflussfaktor für die solare Einstrahlungsleistung auf Dächern angenommen. Die Grundlage der Berechnungen stellt eine drei-dimensionale Punktwolke dar, die mittels airborne laser scanning aufgenommen wurde. Diese Punktwolke muss in ein Höhenmodell umgewandelt werden, um weitere Prozessierungsschritte in allen drei Programmen zu ermöglichen. Neben ArcMap und QGIS, welche äußerst genaue Tools für verschiedene Anwendungen anbieten, wird ein neues Programm, namens VOSTOK, das noch in der Entwicklungsphase ist, in der Diplomarbeit mit einbezogen. Vegetation hat in dem beobachteten Testgebiet einen signifikanten Einfluss auf die jährlichen Sonneneinstrahlungswerte. Deshalb dient ein Digitales Oberflächen Modell (DOM, englisch: Digital Surface Model - DSM) als grundlegendes Höhenmodell. Da VOSOTK nicht in der Lage war Einstrahlungswerte für die gesamte Testregion zu berechnen, wurde ein Ausschnitt der ursprünglichen Fläche gewählt, um einen sinnvollen Vergleich zwischen den Programmen zu ermöglichen. Diese Fläche liefert Solare Einstrahlungswerte für jeden Pixel in allen Programmen. ArcMap und QGIS bieten die Möglichkeit Parameter, die den Zustand der Atmosphäre und die Reflexionseigenschften der Erdoberfläche beschreiben, zu editieren. Die Programme verwenden unterschiedliche Algorithmen zur Berechnung der Einstrahlung. Im ersten Berechnungsschritt wurden die Default-Werte in ArcMap und QGIS für die veränderbaren Parameter verwendet. Die Ergebnisse von QGIS und VOSTOK weisen eine hohe Ähnlichkeit auf. Danach werden der atmosphärische Einfluss und die Bodenreflexionen durch Anpassung der entsprechenden Parameter von der Berechnung ausgeschlossen. Nun korrelieren die Einstrahlungskarten von ArcMap und QGIS stark. Es kann angenommen werden, dass durch die große Ähnlichkeit der Resultate für einzelne Tage in QGIS und VOSTOK, die Default-Werte und die implementierten Algorithmen vergleichbar sind. Alle durch die Berechnungen entstandenen Rasterkarten wurden mittels statistischer Berechnungen auf ihre Korrelation geprüft.
description: In this thesis three different methodologies to assess solar irradiation values of rooftops for specific days throughout a test area are implemented, and the resulting outputs are compared with each other. The irradiation values are visualized in a raster map. A high number of different approaches in the estimation of solar irradiation in large scale applications is available for several software programs. The test area in this thesis is located in the 9th district of Vienna, has primarily residential character and a rather sparse distribution of vegetation. Trees are assumed to be an important factor in influencing the solar irradiation performance on roofs in general. The basis of the computations constitutes a dense three-dimensional point cloud which was recorded by an airborne laser scanner. The point cloud has to be transformed into an elevation model to enable further processing steps in all three software programs. Besides ArcMap and QGIS that offer highly accurate tools for various applications of solar radiation calculations, a new program that is still in its development phase, namely VOSTOK, is included in this thesis. Vegetation has a significant influence on the annual solar irradiation in the observed test area. Therefore a Digital Surface Model (DSM), that includes vegetation, serves as the basic elevation model. Since VOSTOK is not able to compute solar irradiation values for the whole test area, a subset area is selected to enable a meaningful comparison. This area yield solar irradiation values for all pixels in every program. Unlike VOSTOK, ArcMap and QGIS provide editable parameters which describe the state of the atmosphere and the reflection properties of the Earth surface. The programs use different algorithms to yield solar irradiation. In the first calculation step the calculation is performed with the default values for ArcMap and QGIS. The results for QGIS and VOSTOK show a high similarity. After that the atmospheric influence and the ground reflection are excluded from the computations. The irradiation maps have a high correlation for the analysed days. The assumption is made that the similarity between default parameters and the implemented algorithm in QGIS and VOSTOK is high, due to their similar results. All resulting maps are analysed by means of statistical calculations to yield their degrees of correlation.