DE19950676A1

DE19950676A1 - Verfahren zur graphischen Darstellung des zeitlichen Verlaufs der Sonneneinstrahlung an einem Ort

Info

Publication number: DE19950676A1
Application number: DE1999150676
Authority: DE
Inventors: Uwe Siedentopf
Original assignee: Individual
Current assignee: Siedentopf Uwe Ruswil Ch
Priority date: 1999-10-21
Filing date: 1999-10-21
Publication date: 2001-04-26

Abstract

Zur graphischen Darstellung des zeitlichen Verlaufs der Sonneneinstrahlung an einem bestimmten Ort und zu einer bestimmten Zeit wird bei dem Verfahren die auf der der Sonne zugewandten Seite eines bestimmten Ortes befindliche Umgebung mit Hilfe einer Kamera (1) von dem Ort aus aufgenommen und als Abbildung wiedergegeben, wobei bei der Aufnahme der vertikale Aufnahmewinkel (Av) und der horizontale Aufnahmewinkel (Ah) und der Azimut (A) der Aufnahmerichtung (2) gemessen und festgehalten wird. Die geographische Lage des Ortes wird bestimmt und für diese Ortslage wird die Sonnenbahn am Himmel für einen bestimmten Kalendertag errechnet. Die errechnete Sonnenbahn wird sodann als sichtbare Linie oder dgl. entsprechend der gemessenen Aufnahmedaten in die Abbildung eingetragen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur graphischen Dar stellung des zeitlichen Verlaufs der Sonneneinstrahlung an einem bestimmten Ort und zu einer bestimmten Zeit.

Bei der Planung des Baus, des Kaufs oder des Mietens einer Immobilie und insbesondere bei der Aufstellung und Ausrich tung von Solaranlagen besteht das Bedürfnis, eine genaue Information über die Sonneneinstrahlung zu erhalten, die an dem jeweiligen Ort der Immobilie zu unterschiedlichen Tages- und Jahreszeiten zu erwarten ist. Hierbei genügt es im allgemeinen nicht, sich über die Himmelsrichtungen zu informieren, aus der die Sonneneinstrahlung kommt, da Abschattungen durch benachbarte Bäume oder Gebäude oder in Gebirgslandschaften durch Berge die Sonneneinstrahlung erheblich beeinflussen können. Es ist daher in vielen Fäl len nicht so leicht möglich, sich ein zutreffendes Bild von der tatsächlichen Sonneneinstrahlung zu machen.

Aufgabe der Erfindung ist es, hier Abhilfe zu schaffen und ein Verfahren anzugeben, mit dem es auf einfache Weise mög lich ist, die an einem bestimmten Ort und zu bestimmten Zeiten zu erwartende Sonneneinstrahlung in Form einer gra phischen Darstellung anschaulich zu machen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, bei dem die auf der der Sonne zugewandten Seite eines bestimmten Ortes befindliche Umgebung mit Hilfe einer Kamera von dem Ort aus aufgenommen und als Abbildung wie dergegeben wird, bei der Aufnahme der vertikale und hori zontale Aufnahmewinkel und der Azimut der Aufnahmerichtung gemessen und festgehalten wird, die geographische Lage des Ortes bestimmt und für diese Ortslage die Sonnenbahn am Himmel für einen bestimmten Kalendertag errechnet wird und die errechnete Sonnenbahn als sichtbare Linie oder dergl. entsprechend der gemessenen Aufnahmedaten in die Abbildung eingetragen wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht auf einfache Weise die Herstellung einer graphischen Darstellung, aus der sehr anschaulich und leicht verständlich die Sonnenein strahlung zu unterschiedlichen Tages- und Jahreszeiten zu ersehen ist. Insbesondere können auch stundenweise Abschat tungen sowie Sonnenauf- und Sonnenuntergang in Abhängigkeit von dem Gelände oder der Bebauung in der Umgebung des Auf nahmeortes nach Tages- und Jahreszeit erkannt werden.

Um die Umgebung des Ortes möglichst weitreichend zu erfas sen, sollte das Aufnahmeobjektiv einen großen Aufnahmewin kel haben und dabei möglichst verzeichnungsfrei abbilden. Restliche Verzeichnung kann bei Bedarf mit elektronischen Verfahren zur Bildbearbeitung korrigiert werden. Reicht der Aufnahmewinkel nicht aus, so können mehrere Einzelaufnahmen zu einem Panorama verbunden werden. Da bei der Aufnahme die Horizontale in der Regel nicht die Winkelhalbierende des vertikalen Aufnahmewinkels ist, kommt es in der Abbildung zu sogenannten stürzenden Linien, die vor dem Verbinden der Abbildung mit dem errechneten Verlauf der Sonnenbahn korri giert werden müssen. Diese Korrektur kann in bekannter Weise mittels Shiftobjektiven oder durch Scheimpflug-Aus gleich erfolgen. Eine Korrektur ist auch, insbesondere wenn es sich um eine elektronisch aufgenommene, digital aufge zeichnete Aufnahme handelt, durch Bearbeiten der Aufnahme mit einem Graphikprogramm in einem Computer möglich.

Zur genauen Bestimmung der Himmelsrichtung bzw. des Azimuts der Aufnahmerichtung ist ein Kompass wegen der Möglichkeit der Mißweisung nur beschränkt einsetzbar. Erfindungsgemäß kann hierzu ein Satellitennavigationssystem, z. B. DGPS (Differential Global Position System) oder GPS verwendet werden, indem zunächst die geographische Position des Auf nahmeorts und die geographische Position einer vom Aufnah meort entfernten Peilmarke, die in der Aufnahme abgebildet wird, bestimmt wird und dann aus den beiden Positionen die genaue Aufnahmerichtung errechnet wird. Stehen Katasterkar ten und entsprechende Orientierungspunkte im Gelände zur Verfügung, so kann damit die Himmelsrichtung bzw. der Azi mut der Aufnahmerichtung bestimmt werden.

Die Aufnahme der Umgebung des Ortes kann mit jedem geeigne ten Bildaufzeichnungsverfahren, z. B. durch Fotografie oder elektronische Bildaufzeichnung erfolgen. Bei Verwendung einer Kamera zur elektronischen Bildaufzeichnung ist von Vorteil, daß die Bilddaten unmittelbar per Computer bear beitet und mit einer Darstellung der Sonnenbahn verbunden werden können. Die aufgenommene Abbildung kann mit der integrierten Sonnenbahn auch auf einem Bildschirm gezeigt werden, wobei gegebenenfalls durch Änderung der Zeitangaben für die Berechnung der Sonnenbahn nacheinander die Sonnen bahnen zu verschiedenen Jahreszeiten dargestellt werden können.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen näher erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Aufnahmesitua tion von oben,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Aufnahmesitua tion von der Seite,

Fig. 3 eine Darstellung der Sonneneinstrahlung an einem ersten Ort,

Fig. 4 eine Darstellung der Sonneneinstrahlung an einem zweiten Ort und

Fig. 5 eine Darstellung der Sonneneinstrahlung an einem dritten Ort.

In den Fig. 1 und 2 ist das Vorgehen zur Anfertigung einer für das erfindungsgemäße Verfahren geeigneten Auf nahme der Umgebung veranschaulicht, die sich auf der der Sonne zugewandten Seite des Ortes befindet, für den die Sonneneinstrahlung dargestellt werden soll. Eine Kamera 1 wird an dem in Frage kommenden Ort aufgestellt und anhand ggfs. vorliegender Informationen so gut wie möglich mit ihrer optischen Achse 2 in die Richtung ausgerichtet, aus der mit Sonneneinstrahlung zu rechnen ist. Um die gewählte Ausrichtung der Kamera später genau bestimmen zu können, wird, wenn keine anderen Orientierungsmittel zur Verfügung stehen, von der Kamera aus eine Peilmarke 3 angepeilt, die sich in dem von der Kamera abgebildeten Bereich befindet, und der Winkel W zwischen der optischen Achse und der Peil richtung gemessen und aufgezeichnet. Weiterhin wird der geographische Ort, an dem sich die Kamera 1 befindet mit tels Satellitennavigationssystem oder anderer Hilfsmittel bestimmt. Um auch in vertikaler Richtung einen ausreichend großen Bildausschnitt zu erhalten, wird die optische Achse der Kamera zur Horizontebene H soweit geneigt, daß der untere Schenkel des vertikalen Aufnahmewinkels nur etwa 10° unter der Horizontebene H liegt. Der für die Aufnahme gewählte Neigungswinkel V zwischen der optischen Achse 2 der Horizontebene H wird ebenfalls gemessen. Für die Aus wertung der Aufnahme wesentlich sind weiterhin der horizon tale Aufnahmewinkel Ah und vertikale Aufnahmewinkel Av, die durch das Objektiv der Kamera festgelegt sind.

Für die Bestimmung des Azimuts A der Aufnahmerichtung wird weiterhin die geographische Position der Peilmarke 3 ermit telt. Aus dieser Position und der Position der Kamera 1 läßt sich der Azimut Ap der Peilrichtung P und mit Hilfe des Winkels W der Azimut A der Aufnahmerichtung berechnen.

Die auf die beschriebene Weise gewonnene fotografische Abbildung wird dann in einem nächsten Schritt mit Hilfe der bei der Aufnahme gemessenen Winkel in Bezug auf Himmels richtung und Horizont vermessen und mit Maßstäben für die Himmelsrichtung, die Uhrzeit und den Sonneneinfallswinkel versehen. Danach wird die von dem Aufnahmeort aus sichtbare Sonnenbahn für einen oder mehrere aussagekräftige Kalender tage berechnet und winkelgetreu in die Abbildung übertra gen. Aus der auf diese Weise gewonnenen Darstellung ist auf einen Blick zu ersehen, in welchem räumlichen und zeitli chen Umfang der Aufnahmeort direkter Sonneneinstrahlung ausgesetzt ist.

In den Fig. 3 bis 5 sind drei unterschiedliche Beispiele von nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gewonnenen Dar stellungen gezeigt. Bei dem Beispiel gemäß Fig. 3 befindet sich der Aufnahmeort im Zimmer eines Wohnhauses. Hier sollte gezeigt werden, zu welcher Jahres- und Tageszeit der Wohnraum direkt von der Sonne angestrahlt wird. In die durch das Wohnraumfenster in Südrichtung fotografierte Abbildung sind die für den Aufnahmeort und zwei auseinan derliegende Kalendertage berechneten Sonnenbahnen als schwarze gekrümmte Linien eingetragen. Die Zahlen am linken Bildrand und die dazugehörigen horizontalen Linien bezeich nen den Einfallswinkel der Sonne. Der Maßstab am unteren Bildrand bezeichnet den Azimut der Himmelsrichtung und die Uhrzeit. Die obere Linie entspricht der Sonnenbahn am 1.05.1999. An diesem Tag ist Sonne vom Aufnahmeort aus etwa zwischen 10 Uhr und 16.30 Uhr zu sehen. Die untere Linie zeigt den Lauf der Sonne am 24.12.1999. An diesem Tag wird die Sonne so tief stehen, dag sie permanent von den gegen überliegenden Häusern verdeckt ist. In den Monaten Dezember und Januar dürfte der Wohnraum also praktisch kein direktes Sonnenlicht erhalten.

Fig. 4 zeigt eine Darstellung eines anderen Anwendungsbei spiels. Der Azimut der Aufnahmerichtung beträgt hierbei 255°, die Aufnahme zeigt also den Blick durch Fenster auf der Westseite eines Gebäudes. Die Sonnenbahn wurde hier für den 20.06.1999 (obere Linie) und den 1.02.1999 (untere Linie) errechnet. Es zeigt sich, daß bis zum 1.02. die Sonne praktisch nicht zu sehen ist und danach allmählich zunehmend nur in den späten Nachmittag- und Abendstunden.

Fig. 5 zeigt die Verhältnisse für einen Aufnahmeort in einer Straßenflucht. Die eingezeichnete Sonnenbahn wurde für den 1.05.1999 berechnet. An diesem Tag ist der Aufnah meort dieser Abbildung nur etwa eine Stunde, und zwar von 16 Uhr bis 17 Uhr, direkt von der Sonne angestrahlt. In der übrigen Zeit ist die Sonne am Aufnahmeort durch die abge bildeten Häuser verdeckt.

Claims

1. Verfahren zur graphischen Darstellung des zeitlichen Verlaufs der Sonneneinstrahlung an einem bestimmten Ort und zu einer bestimmten Zeit, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der der Sonne zugewandten Seite eines bestimmten Ortes befindliche Umgebung mit Hilfe einer Kamera (1) von dem Ort aus aufgenommen und als Abbil dung wiedergegeben wird, daß bei der Aufnahme der ver tikale Aufnahmewinkel (Av) und der horizontale Aufnahmewinkel (Ah) und der Azimut (A) der Aufnahme richtung (2) gemessen und festgehalten wird, daß die geographische Lage des Ortes bestimmt und für diese Ortslage die Sonnenbahn am Himmel für einen bestimmten Kalendertag errechnet wird und daß die errechnete Son nenbahn als sichtbare Linie oder dergl. entsprechend der gemessenen Aufnahmedaten in die Abbildung eingetra gen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe eines Satellitennavigationssystems, z. B. DGPS (Differential Global Position System) oder GPS die geo graphische Position des Aufnahmeorts und die geographi sche Position einer vom Aufnahmeort entfernten Peil marke (P), die in der Aufnahme abgebildet wird, bestimmt wird und aus den beiden Positionen die genaue Aufnahmerichtung errechnet wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme digital aufgezeichnet und mittels eines Computers zur Korrektur von Verzeich nung und stürzenden Linien bearbeitet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme digital aufge zeichnet und daß die Sonnenbahn mittels eines Computers berechnet und in die Aufnahme integriert wird.