Bifaziale Solarmodule gelten als innovativ. Doch können sie gegenüber den herkömmlichen Modulen überzeugen? In diesem Artikel erfahren Sie, wie effizient bifaziale Solarmodule tatsächlich sind, wo sie eingesetzt werden, was sie kosten und welche Vor- und Nachteile sie haben.
Und das ist der Inhalt des Artikels:
- Was sind bifaziale Solarmodule?
- Wie sind bifaziale Module aufgebaut?
- Wie funktionieren bifaziale Module?
- Welche Vorteile haben bifaziale Solarmodule?
- Welche Arten von bifazialen Solarzellen gibt es?
- Wie viel Mehrertrag liefern bifaziale Module?
- Ausrichtung von bifazialen Modulen
- Einsatzgebiete von bifazialen Solarmodulen
- Was kosten bifaziale Module?
- Hersteller von bifazialen Modulen
- Sind bifaziale Solarmodule eine gute Wahl für Hausbesitzer?
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Was sind bifaziale Solarmodule?
Bifaziale (zweiseitige) Solarmodule sind eine spezielle Art von PV-Modulen, die auf beiden Seiten Solarzellen tragen und somit Strom aus direktem und reflektiertem Licht erzeugen. Sie nutzen die Umgebungsreflexion und erreichen im Vergleich zu herkömmlichen einseitigen Solarmodulen höhere Energieausbeuten und Effizienz.
Wie sind bifaziale Module aufgebaut?
Bifaziale PV-Module sind so aufgebaut, dass sie auf beiden Seiten eine Schicht aus gehärtetem Glas haben. Dazwischen liegen zwei Schichten aus Solarzellen, eine zur Vorderseite und eine zur Unterseite ausgerichtet. Die obere Schicht besteht in der Regel aus monokristallinen Solarzellen und die untere aus den günstigeren, polykristallinen Solarzellen. Damit die Module eine Transparenz zwischen den Solarzellen aufweisen, wurde auch die herkömmliche Rückseitenfolie entfernt.
Transparentes Doppelglas-Modul
Wie funktionieren bifaziale Module?
Bifaziale Module funktionieren zum einen wie herkömmliche Solarmodule, die das direkte Sonnenlicht mit den Solarzellen auf der Vorderseite einfangen. Zum anderen nutzen sie das reflektierte Sonnenlicht vom Erdboden, dem Dach oder der Umgebung mit den Solarzellen auf der Rückseite. Auch die ungenutzten Sonnenstrahlen, die durch die Transparenz des Moduls dringen, werden reflektiert und können von der Rückseite des Moduls absorbiert werden. Die Kombination aus reflektierter Strahlung auf der Rückseite und direkter Strahlung auf der Vorderseite führt zu einem höheren Photovoltaik-Ertrag im Vergleich zu monofazialen Solarmodulen.
Welche Vorteile haben bifaziale Solarmodule?
Bifaziale Solarmodule haben einige Vorteile gegenüber herkömmlichen PV-Modulen. Durch die Nutzung des reflektierten Sonnenlichts auf der Rückseite kann der Stromertrag um bis zu 25% gesteigert werden. Dadurch können Solaranlagen auf begrenztem Raum mehr Energie erzeugen und damit wirtschaftlich rentabler werden.
Bifaziale Module sind obendrein widerstandsfähiger gegenüber Verschattungen, da die Rückseite des Moduls auch Energie erzeugen kann, wenn die Vorderseite beschattet ist. Dies gilt auch bei bewölktem Himmel und diffusem Licht, da mehr des indirekten Sonnenlichts absorbiert werden kann. Zudem haben bifaziale Solarmodule eine lange Lebensdauer, da sie von zwei Seiten durch robustes Sicherheitsglas geschützt sind.
Welche Nachteile haben bifaziale Module?
Die Nachteile von bifizialen Modulen sind höheren Kosten, spezielle Installationsanforderungen, erhöhte Schattenanfälligkeit, standortabhängige Leistung, größeren Wartungsaufwand, eingeschränkte Verfügbarkeit und komplexere Leistungsbewertung im Vergleich zu monofazialen Modulen.
Nachfolgend finden Sie eine Erläuterung zu den einzelnen Punkten:
- Höhere Kosten: Bifaziale Solarmodule sind in der Regel teurer als herkömmliche monofaziale Module, da sie aufwendigere Produktionsverfahren erfordern.
- Installationsanforderungen: Bifaziale Module benötigen spezielle Montagesysteme und ausreichend Abstand zum Boden oder einer reflektierenden Oberfläche, um das volle Potenzial auszuschöpfen. Das kann die Installationskosten erhöhen und die Montage komplizierter gestalten.
- Schattenmanagement: Bifaziale Module sind anfälliger für Leistungsverluste aufgrund von Verschattung, da Schatten auf der Rückseite einen negativen Einfluss auf die Gesamtleistung haben können.
- Standortabhängigkeit: Der tatsächliche Ertragsvorteil von bifazialen Modulen hängt stark von den Standortbedingungen ab, wie Bodenreflexion, Neigung und Ausrichtung. An Standorten mit ungünstigen Bedingungen kann der zusätzliche Ertrag begrenzt sein.
- Wartung: Bifaziale Module erfordern möglicherweise mehr Wartungsaufwand, da beide Seiten des Solarpanels sauber gehalten werden müssen, um eine optimale Leistung zu gewährleisten.
- Eingeschränkte Verfügbarkeit: Da bifaziale Solarmodule noch nicht so weit verbreitet sind wie monofaziale Module, kann die Verfügbarkeit eingeschränkt und die Auswahlmöglichkeiten begrenzt sein.
- Leistungsbewertung: Die Bewertung der Leistung von bifazialen Modulen kann komplexer sein, da es schwierig ist, standardisierte Testbedingungen festzulegen, die den Ertrag auf der Vorder- und Rückseite genau widerspiegeln.
Welche Arten von bifazialen Solarzellen gibt es?
Der Begriff "bifazial" (aus dem Englischen: zweigesichtig) weist nur darauf hin, dass es sich um ein zweiseitiges Solarmodul handelt. So können die PV-Module sowohl mono- und polykristalline Solarzellen als auch Dünnschichtsolarzellen enthalten. In der Regel werden aber kristalline Zellen verwendet, da bifaziale Module auf Leistung setzen und diese Zellen einen besseren Wirkungsgrad aufweisen. Neben den einfachen PV-Modulen können sonst auch Module mit der PERC- oder der HJT-Technologie zusätzlich bifazial sein.
Bifaziale Solarmodule sind in den Ausführungen Glas-Glas oder Glas-Folie verfügbar.
Wie viel Mehrertrag liefern bifaziale Module?
Der Mehrertrag durch bifaziale Module hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie dem Photovoltaik-Standort, der Umgebung, der Ausrichtung des Moduls und der Neigung. Studien zeigen jedoch, dass bifaziale Module in bestimmten Umgebungen einen Energieertrag von bis zu 25% im Vergleich zu monofazialen Modulen erzielen können.
Standard vs. Bifazials-PV-System (Quelle: www.ise.fraunhofer.de)
Bifaziale Solarmodule liefern den besten Ertrag in Regionen mit Breitengraden von über 40°, wo die Sonne generell etwas tiefer steht.
Beispiel:
- Leistung der Vorderseite = 500 Wp
- Bifazialer Mehrertrag = 15 % (+ 75 Wp)
- Gesamtleistung des Moduls: 575 Wp
Neben dem bifazialen Mehrertrag gibt es auch den Bifazialfaktor. Dieser gibt an, wie effizient die Rückseite im Vergleich zur Vorderseite den Strom aufnehmen kann. In der Regel liegt er in europäischen Breitengraden zwischen 70 und 95%, ja nach Hersteller und verwendeter Solarzellen. Dies ist auch ein Grund, warum die Mehrerträge so unterschiedlich hoch ausfallen. Ein Faktor von 80% bedeutet zum Beispiel, dass die Rückseite maximal 80% der Leistung der Vorderseite aufnimmt.
Schauen wir und die verschiedenen Typen und Arten von Solarmodulen im Vergleich an:
| Modultyp | Wirkungsgrad | Kosten (pro Wp)* | Vorteile | Nachteile |
|---|---|---|---|---|
| Monofaziale Module | 15 - 20% | 0,25 - 0,40 € | günstig und einfach zu installieren | begrenzter Energieertrag |
| Bifaziale Module | 20 - 25% | 0,30 - 0,60 € | bis zu 25% höherer Energieertrag, widerstandsfähiger gegen Schatten, längere Lebensdauer | höhere Anschaffungskosten |
| PERC Module | 20-23% | 0,35-0,55 € | etwas höherer Wirkungsgrad durch reflektierende Rückseitenschicht | höhere Herstellungskosten |
| HJT Module | 22-25% | 0,40-0,60 € | sehr hoher Wirkungsgrad, auch bei hohen Temperaturen und schwachem Licht | höhere Anschaffungskosten, komplexere Herstellung |
| Monokristalline Solarzellen | 18 - 23% | 0,30 - 0,50 € | effizienter und haltbarer als polykristalline Solarzellen | höhere Anschaffungskosten |
| Polykristalline Solarzellen | 15 - 20% | 0,25 - 0,45 € | günstiger als monokristalline Solarzellen | weniger effizient und weniger haltbar als monokristalline Solarzellen |
| Dünnschicht-Solarzellen | 10 - 15% | 0,20 - 0,30 € | flexibel und leicht,funktionieren auch bei geringerem Lichteinfall | geringerer Wirkungsgrad und begrenzte Lebensdauer |
*Die Kosten sind Durchschnittswerte und können je nach Hersteller, Qualität, Größe und Region variieren.
Die Höhe des Mehrertrags hängt dabei nicht nur von den verwendeten Solarzellen, sondern auch stark vom Untergrund des Moduls an, da dieser die Sonnenstrahlen maßgeblich reflektiert.
Diese Reflexion des Untergrunds wird auch Albedo genannt und beschreibt das Rückstrahlvermögen diffus reflektierender (nicht spiegelnder) Oberflächen. Dabei gilt: je heller die Oberfläche, desto höher die Albedo. Schnee beispielsweise hat eine Albedo von bis zu 95%.
Die Albedo für verschiedene Flächen ist in der folgenden Tabelle aufgeführt:
| Oberfläche | Albedo |
|---|---|
| Grünes Gras | 10 - 25% |
| Beton | 20 - 40% |
| Weißer Beton | 60 - 80% |
| Weißer Kies | 27% |
| Weiße Dachoberfläche | 56% |
| Graue Dachmembrane | 62% |
| Weiße Dachmembrane | 80% |
| Sand | 20 - 40% |
| Weißer Sand | 60% |
| Schnee | 45-95% |
| Wasser | 8% |
Ausrichtung von bifazialen Modulen
Auch die Ausrichtung von bifazialen Modulen spielt eine Rolle bei der Höhe des Stromertrags. Eine optimale Ausrichtung kann durch die Lichtaufnahme der Rückseite den Energieertrag maximieren. Idealerweise sollten bifaziale Module in einem Winkel von 30 bis 35 Grad geneigt und nach Süden ausgerichtet werden, um die maximale Sonneneinstrahlung auf beiden Seiten aufnehmen zu können. Besonders eignen sich dafür Flachdächer oder Freiflächen.
Eine Ausrichtung nach Ost-West ist ebenfalls möglich, die Erträge sind jedoch etwas geringer als bei einer Südausrichtung. Für diese werden die bifazialen Solarmodule vertikal angebracht. So können sie effizienter und länger über den Tag verteilt Strom erzeugen. Es kommt dabei jedoch nicht zum Mittags-Peak. Die höheren Erträge werden morgens und am späten Nachmittag erzielt.
Eine Ost-West-Ausrichtung benötigt ansonsten mehr Platz. Damit die Solarmodule sich nämlich nicht gegenseitig verschatten, müssen größere Reihenabstände eingehalten werden. Häufig wird eine vertikale Aufstellung deshalb nur auf Wiesen oder Ackerland gewählt.
Einsatzgebiete von bifazialen Solarmodulen
Auf einem klassischen Schrägdach lohnt sich der Einsatz von bifazialen Solarmodulen nur selten, da diese in der Regel eine dunkle Oberfläche und schlechte Albedo-Werte haben. Außerdem ist der Abstand zur Dacheindeckung zu gering, um die reflektierten Sonnenstrahlen effektiv nutzen zu können. Der Mehrertrag der bifazialen Module liegt hier deshalb nur bei 1 bis 2%.
Bifaziale Solarmodule eignen sich besonders gut für den Einsatz auf Flachdächern und Freiflächenanlagen, wo die Module einfach aufgeständert werden können, aber auch für Solar-Carports und Terrassenüberdachungen sind sie gut geeignet. Hier kommt dem Ertrag die Semitransparenz der Module zum Vorteil. Der Platz sowohl unter Terrassen als auch Carports ist groß und eignet sich deshalb gut, um Sonnenlicht zu reflektieren. Auch eine Fassadeninstallation vor einer weißen Wandfläche ist denkbar.
Was kosten bifaziale Module?
Bifaziale Solarmodule sind um etwa 10 bis 20% teurer als klassische monokristalline Solarmodule. Der Preis hängt von mehreren Faktoren ab, wie der Größe des PV-Moduls, dem Hersteller und der eingesetzten Solarzellen. Zu den Kosten tragen auch die doppelseitige Zellstruktur und die spezielle Verglasung bei.
Die Kostenspanne für bifaziale Module ist groß und reicht von 180 bis 350 € pro PV-Modul. Dieser Wert ist aber aufgrund der verschiedenen Leistungsgrößen nicht vergleichbar. Pro kWp Photovoltaikleistung kann man mit 470 bis 900 € an reinen Kosten für bifaziale Module rechnen.
<cb> Nach Berechnungen des NREL-Instituts sind die Produktionskosten für bifaziale Module nicht viel höher als die für herkömmliche PV-Module. Für 1 kW bifazial produzierte Solarpaneele zahlen Sie etwa 5-6 Cent mehr. Für ein 300 W Modul sind es also etwa 15-16 € mehr. <cb>
Hersteller von bifazialen Modulen
Vor ein paar Jahren gab es nur wenige Solarmodul-Hersteller, die bifaziale Module angeboten haben. Das hat sich mittlerweile geändert. Namhafte Hersteller wie Meyer Burger, SunPower, JinkoSolar, Solarwatt, REC und Trina Solar stellen mittlerweile ebenfalls bifaziale Solarmodule her.
Unter anderem folgende Hersteller haben bifaziale Solarmodule im Produktportfolio:
| Hersteller | Herkunftsland |
|---|---|
| SunPower | USA |
| Canadian Solar | USA |
| JinkoSolar | China |
| Trina Solar | China |
| JA Solar | China |
| Risen Energy | China |
| Longi Solar | China |
| Luxor Solar | Deutschland |
| Solarwatt | Deutschland |
| Znshine | China |
| Suntech Power | China |
| Jolywood | China |
| Winaico | Taiwan |
| REC | Norwegen |
| Hyundai Energy | Südkorea |
| Maxeon Solar | USA |
| Hanwha Q CELLS | Deutschland |
| BYD | China |
| Seraphim | China |
| Astroenergy | China |
Sind bifaziale Solarmodule eine gute Wahl für Hausbesitzer?
Da bifaziale Solarmodule nur einen minimalen Mehrertrag auf klassischen Schrägdächern erzielen, die Investitionskosten aber höher sind, eignen sich die Module eher nicht für private Hausbesitzer. Traditionelle mono- oder polykristalline Solarmodule sind in diesem Fall meist die bessere Option. Wer jedoch lediglich eine begrenzte Fläche auf dem Flachdach oder im Garten zur Verfügung hat bzw. den maximalen Ertrag erzielen will, der sollte zu bifazialen PV-Modulen greifen.
Um herauszufinden, ob sich bifaziale Solarmodule für Sie lohnen, können Sie sich folgende Fragen stellen:
- Wie groß ist die Albedo des Untergrunds?
- Leben Sie in einer Region mit viel Schnee in der Umgebung, der die Sonne reflektiert?
- Haben Sie eventuell ein gut reflektierendes Metalldach oder ein helles Dach?
- Welche Ausrichtung und Neigung sind möglich?
- Kann Sonnenlicht überhaupt gut auf die Modulrückseite reflektiert werden?
- Lohnen sich die Mehrkosten für den Mehrertrag?
Fazit
Bifaziale Solarmodule sind eine vielversprechende Technologie, die eine höhere Effizienz auf kleinem Raum bietet. Sie sind jedoch teurer als klassische PV-Module und erfordern eine sorgfältige Planung und Installation, besonders bei der Aufstellung. Nur dann werden auch die höheren Energieerträge erzielt. Bei der Entscheidung für bifaziale Module sollten deshalb unbedingt die langfristigen Kosten- und Nutzfaktoren berücksichtigt werden. Ein guter Solarteur hilft Ihnen auch immer gerne bei der Wahl der richtigen Module.
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