Bifaziale Module - die effektivere Photovoltaik

Durch Solarmodule wird Photovoltaik noch effizienter. Die bifazialen Module können auf beiden Seiten die Sonnenenergie einfangen und zu Solarstrom umwandeln. Durch diese Fähigkeit wird der Wirkungsgrad enorm erhöht und die Photovoltaikanlage noch effektiver.

Was bedeutet bifaziale Module und so können sie eingesetzt werden? Wie werden sie hergestellt und haben bifaziale Module Nachteile? Diese und weitere Fragen werden für Sie hier beantwortet.

Wörtlich übersetzt bedeutet „Bifazial“ zwei Gesichter. Das Wort ist ein zusammengesetztes Wort, stammt aus dem Lateinischen und wird auch „bifacial“ geschrieben. „Bi“ bedeutet übersetzt „Zwei“ und „Facies“ bedeutet Gesicht. Dieser lateinische Begriff wird seit vielen Jahren bereits in der Botanik bei der Bestimmung der Eigenschaften von Laubblättern eingesetzt.

Im Jahr 1960 wurde bereits das Konzept der bifaziale Module zum ersten Mal vorgestellt. Ein japanischer Forscher entwickelte damals eine Zweifach-Solarzelle, wodurch das Konzept der neuen Module nicht als neu bezeichnet werden kann. In den darauffolgenden Jahren wurden die ersten bifazialen Einfach-Solarzellen, die das Prinzip der rückseitigen Passivierung nutzen, vorgeschlagen. Die heute verwendeten PERC-Zellen nutzen diesen Effekt bereits.

In den 1970ern wurde die bifaziale Solarzellentechnologie für die Versorgung mit Energie auf internationalen Weltraumstationen eingesetzt. Auf der Erde fanden bifaziale Module zur Jahrtausendwende ihren ersten Einsatz. Bifaziale Module wurden zu dieser Zeit als Teil der Schallschutzwände verwendet. Japanische Hersteller haben dadurch zu Beginn der Jahre 2000 und danach begonnen, Photovoltaikmodule in Massenfertigung herzustellen.

Der Unterschied zwischen Standardmodulen und bifazialen Module ist nur sehr gering. Die Solarmodule werden in unterschiedlichen Ausführungen, zum Beispiel als bifaziale Heterojunktion-Module oder als PERC-Module angeboten. Durch eine Modifizierung der rückseitigen Kontakte der Standardzellen wird erreicht, dass die Rückseite Photonen zur Zelle dringen können.

Diese Photonen können zwar nicht so effektiv genutzt werden, erhöhen jedoch trotzdem den Wirkungsgrad des PV-Moduls. Der Bifazial-Faktor gibt das Verhältnis des vorder- und rückseitig auftreffenden Lichteinfalles an. In der Regel beträgt dieser zwischen circa 70 Prozent und circa 95 Prozent.

Info: „Bificial gain“

Das „bificial gain“ bezeichnet eine mögliche Mehrleistung eines PV-Moduls, das durch eine photoaktive Rückseite erzielt wird. Die Leistung der Rückseite wird hier auf die Vorderseite-Leistung bezogen. In jedem Fall ist die Leistung der Rückseite immer abhängig von der Art der Installation.

Ein Beispiel hierzu:

Bei der Herstellung der bifazialen Module gegenüber Standardmodulen ist kein großer Unterschied zu finden. Der einzige Unterschied ist der Untergrund bifazialer Module. Durch den veränderten Untergrund ist jedoch ein weiterer Schritt in der Produktion notwendig.

In diesem zusätzlichen Schritt wird die Rückseite der Solarzellen poliert und passiviert. Danach erfolgt die Öffnung der Kontaktierung. Der Vorteil dieser Vorgehensweise: Erweiterungen können einfach in bereits bestehende Fertigungen kostengünstig integriert werden.

Eine weitere Neuerung, die durch bifaziale Module aufgetreten ist, ist die Herstellung und Einführung von Solar-Halbzellen. Durch die Teilung einer quadratischen Zelle in deren Mitte entstehen zwei rechteckige Solarzellen, die in Modulen eingesetzt werden können. Die Halbzellen tragen ebenfalls zu einer Erhöhung der Leistung bei.

Werden bifaziale Module in der Glas Glas Modul Technik hergestellt, so sind sie nicht nur langlebiger und robuster als Glas Folie Module. Durch das Glas auf der Rückseite wird der Lichteinfall besser und kann einfacher in Strom umgewandelt werden.

Glas Glas Module bestehen in der Regel aus hochwertigem Solarglas und sind dadurch besonders widerstandsfähig. Durch die gläserne Rückwand steigen ebenfalls die Kosten in der Herstellung gegenüber anderen monofazialen Modulen.

Jedes PV-Modul weist durch den Abstand der Solarzellen zum Rand eine Transparenz auf. Das Licht, das bei diesen Abständen einfällt, kann vom Untergrund reflektiert werden. Dies funktioniert jedoch nur dann, wenn keine dunkle rückseitige Folie vorhanden ist.

Dringt das Licht wieder in das bifaziale Modul ein, so werden die Elektronen durch die Photonen nochmals angeregt. Dadurch ist die Voraussetzung für den Stromfluss geschaffen. Aus diesem Grund ist leicht ersichtlich, dass eine Standard-Aufdachanlage für bifaziale Module weniger geeignet ist. In der Regel sind Schrägdächer mit wenig reflektierendem Dachbelag ausgestattet. Dies ist ein zu beachtender bifaziale Module Nachteil.

Des Weiteren ist der Abstand zwischen dem Montagesystem und der Dachfläche sehr gering. Dadurch kann kein Licht reflektiert werden und auf die Unterseite der bifazialen Module gelangen. Werden trotzdem bifaziale Module installiert, ist der zu erwartende Energieertrag nicht viel höher als maximal circa 2 Prozent. So wären dies bei einer PV-Anlage mit 10 kWp statt circa 10.000 kWh/Jahr maximal circa 10.200 kWh/Jahr.

Werden bifaziale Module bei der Montage aufgeständert, so kann das Sonnenlicht nicht nur auf die Rückseite fallen, sondern von hellem Untergrund reflektiert werden. Besonders gut eignen sich hier Solarcarports oder Solartrassen für bifaziale Module in aufgeständerter Montage.

Hier kann der Winkel perfekt optimiert werden, um ausreichend reflektierendes Sonnenlicht zu erhalten. Helle bzw. weiße Fassaden eignen sich ebenfalls hervorragend für bifaziale Module. Der Einsatz bei einer senkrechten Montage und West-Ost-Ausrichtung wird in letzter Zeit ebenfalls intensiv diskutiert. Auf diese Weise könnten bifaziale Module erst so richtig ihr vollständiges Potenzial zeigen.

Bifaziale Module bieten nur dann ihre volle Leistungsfähigkeit, wenn sie optimal ausgerichtet wurden. Hierbei ist darauf zu achten, dass das Sonnenlicht von oben Einstrahlen und das reflektierende Sonnenlicht von unten genutzt werden kann. Wichtig ist in jedem Fall der rückstrahlende Untergrund für bifaziale Module.

Bei vertikaler Anwendung eignen sich bifaziale Module besonders gut. Zum Beispiel bei der Montage an einer Balkontrennwand oder an einem Zaun. Die Module können dadurch das direkte und indirekte Licht nutzen und nachhaltig Strom erzeugen.

Bei der Montage der bifazialen Module an einer Fassade muss darauf geachtet werden, dass die direkte Sonnenstrahlung auch von der Seite aufgenommen wird. Die Fassade sollte in jedem Fall sehr hell und/oder reflektierend sein. Dadurch wird das reflektierende Sonnenlicht maximiert.

Bestehen reflektierende Oberflächen, so ist die Ausrichtung so zu wählen, dass die direkte und indirekte Sonneneinstrahlung vollständig genutzt werden kann.

Wird die Montage der bifaziale Module auf der Flächen Grundfläche durchgeführt, ist ein flacher Winkel von Vorteil. So können sie das Sonnenlicht direkt einfangen. Ist die Grundfläche bei der Montage hell, funktioniert die Reflektion des Sonnenlichts einwandfrei.

Es besteht jedoch die Möglichkeit, bifaziale Module auch auf Rasenflächen zu installieren. Durch die Module erhält die Rasenfläche eine Beschattung, eine Reflektion des Sonnenlichts ist jedoch ebenfalls möglich.

Eine optimale Ausrichtung der bifazialen Module ist immer abhängig von den Gegebenheiten vor Ort. Der wichtigste Faktor, der zu beachten ist, ist, dass direktes Sonnenlicht ungehindert auf die Module treffen kann. Des Weiteren ist eine ungehinderte Reflektion des Sonnenlichts unabdingbar, um die volle Leistung der bifaziale Module erzielen zu können.

Bifaziale Module können auf derselben Fläche installiert werden, wie monofaziale Module, werden jedoch unter guten Voraussetzungen einen höheren Ertrag erzielen. Der Einsatz dieser Module ist nur dann sinnvoll, wenn der Untergrund für die bifazialen Module ausreichend reflektiert wird.

Besonders für begrenzte Flächen, wenn der Untergrund allen Anforderungen entspricht, eignen sich bifaziale Module besonders gut. Sie ermöglichen einen hohen Ertrag selbst in Verbindung mit zum Beispiel Balkonkraftwerken oder auf Carports.

Die höheren Kosten sollten beim bifaziale Module kaufen auf keinen Fall abschrecken. Diese Kosten lohnen sich in jedem Fall, da durch das Nutzen von direktem und indirektem Sonnenlicht mehr Energie geliefert wird.