Die Bifazialität von Solarmodulen: Ein umfassender Leitfaden von Grundlagen bis zur Anwendung

Inhaltsverzeichnis

1. Einführung
2. Was versteht man unter der Bifazialität von Solarmodulen?
3. Vergleich von bifazialen und monofazialen Modulen
4. Typen bifazialer Solarmodule auf dem Markt
5. Welche Faktoren beeinflussen den Stromertrag von bifazialen Modulen?
6. Anwendungsgebiete für bifaziale Solarmodule
7. Szenarien, in denen bifaziale Solarmodule nicht empfohlen werden
8. Fazit

Einführung

Mit der rasanten Entwicklung der erneuerbaren Energien schreitet die Photovoltaiktechnologie kontinuierlich voran, um den steigenden Energiebedarf zu decken. Bifaziale Solarmodule, eine innovative Lösung im Solarsektor, gewinnen auf dem Markt zunehmend an Beliebtheit, da sie gleichzeitig von beiden Seiten Strom erzeugen können. Im Vergleich zu herkömmlichen monofazialen Modulen können bifaziale Module das Umgebungslicht effizienter nutzen und die Energieerzeugung signifikant steigern, was sie zu einem wichtigen Element der globalen Energiewende macht. Dieser Artikel befasst sich eingehend mit dem Konzept der bifazialen Solarmodule, den verschiedenen auf dem Markt erhältlichen Typen, den Faktoren, die den Stromertrag beeinflussen, einer Kosten-Nutzen-Analyse und den vielfältigen Einsatzmöglichkeiten. Ziel ist es, den Lesern ein umfassendes Verständnis für diese fortschrittliche Technologie zu vermitteln und das Bewusstsein für nachhaltige Energielösungen zu stärken. Durch eine gründliche Erkundung der bifazialen Photovoltaik-Technologie hoffen wir, mehr Interesse an grüner Energie zu wecken und die Entwicklung erneuerbarer Energien zu fördern.

Was versteht man unter der Bifazialität von Solarmodulen?

Bifaziale Solarmodule sind Module, die sowohl von der Vorder- als auch von der Rückseite Strom erzeugen können. Sie nutzen bifaziale Solarzellen, deren Rückseite meist in transparente Materialien (wie Glas oder transparente Rückfolien) eingebettet ist. Neben der Stromerzeugung an der Vorderseite kann auch die Rückseite Umgebungslicht sowie reflektiertes Licht für zusätzliche Stromproduktion erfassen.

Aufgrund der Fähigkeit bifazialer Solarmodule, Strom aus zwei Richtungen zu erzeugen, hat sich die Bifazialität zu einem wichtigen Leistungsindikator für deren Effizienz entwickelt. Die Bifazialität, auch bekannt als Bifazialfaktor oder Bifazialverhältnis, misst das Verhältnis der Stromerzeugungskapazität von Vorder- und Rückseite bifazialer Module unter Standardtestbedingungen und spielt eine entscheidende Rolle bei der Leistungsbewertung bifazialer Solarmodule.

Zum Beispiel: Unter Standardtestbedingungen (STC) beträgt die Testleistung der Rückseite eines bifazialen Photovoltaikmoduls 350 Watt und die der Vorderseite 500 Watt. Die Berechnung der Bifazialität ergibt somit 350/500 = 70 %. Dies bedeutet, dass die Rückseite im Vergleich zur Vorderseite 70 % zur Stromerzeugungskapazität beiträgt.

Vergleich von bifazialen und monofazialen Modulen

Beim Vergleich der Leistung und Eigenschaften von bifazialen Solarmodulen mit monofazialen Modulen lassen sich in mehreren Aspekten deutliche Unterschiede feststellen. Die folgende Tabelle bietet einen umfassenden Vergleich der beiden Solarmodul-Typen und verdeutlicht die Vor- und Nachteile bifazialer Module im Vergleich zu monofazialen Modulen in Bezug auf Energieumwandlung, Installationsumgebung, Stromerzeugung, Kosten, Haltbarkeit, Erscheinungsbild und Flächennutzungseffizienz.

Bifaziale Solarmodule zeigen klare Vorteile in der Stromerzeugung, der Anpassungsfähigkeit an unterschiedliche Installationsumgebungen und der Flächennutzungseffizienz, insbesondere in hochreflektierenden Umgebungen, in denen sie die Energieerzeugung deutlich steigern können. Allerdings sollten auch der anfängliche Investitionsaufwand und die strukturelle Komplexität berücksichtigt werden. Daher sollten Nutzer bei der Auswahl der geeigneten Photovoltaiklösung die Stärken und Schwächen beider Modultypen im Hinblick auf ihre Installationsumgebung, ihr Budget und ihren Energiebedarf abwägen, um die beste Entscheidung für ihre individuellen Anforderungen zu treffen.

Arten bifazialer Solarmodule auf dem Markt

Derzeit sind verschiedene Typen bifazialer Solarmodule auf dem Markt erhältlich, darunter Passivated Emitter Rear Cell (PERC), Passivated Emitter Rear Localized Diffusion (PERL), Passivated Emitter Rear Full Diffusion (PERT), Heterojunction Intrinsic Thin Layer (HIT), Interdigitated Back Contact (IBC) und Tunnel Oxide Passivated Contact (TOPCon) Module.

• PERC
• Effizienz: Vorderseite 19,4–21,2 %; Rückseite 16,7–18,1 %
• Bifazialität: 70–80 %
• Hauptanwendung: Gewerblich; wird schrittweise eingestellt, typischerweise auf p-Typ monokristallinen Siliziumzellen basierend.
• IBC
• Effizienz: Vorderseite 22,0–23,2 %; Rückseite 16,1–18,2 %
• Bifazialität: 70–80 %
• Hauptmerkmal: Basierend auf n-Typ monokristallinen Siliziumzellen, ohne Metallgitterlinien auf der Vorderseite.
• Hauptanwendung: Gewerblich; Marktanteil ca. 15 %.
• HJT 
• Effizienz: Vorderseite 22,1–23,7 %; Rückseite 21,4–23,3 %
• Bifazialität: 95–100 %
• Hauptanwendung: Gewerblich; Marktanteil ca. 10 %, typischerweise basierend auf n-Typ monokristallinen Siliziumzellen.
• TOPCon
• Effizienz: Vorderseite 22,0–23,3 %; Rückseite 18,4–20,3 %
• Bifazialität: 70–90 %
• Merkmal: Basierend auf n-Typ monokristallinen Siliziumzellen, ausgezeichnete photoelektrische Konversionseffizienz und geringer Temperaturkoeffizient.
• Kommerzialisierung: Marktanteil ca. 70 %.

Faktoren, die den Stromgewinn bifazialer Module beeinflussen

Mindesthöhe über dem Boden: Generell gilt, je höher die bifazialen Solarmodule über dem Boden installiert werden, desto stärker wird der Rückseiteneffekt. Wenn die Höhe jedoch 1,3 Meter überschreitet, beginnt der Zugewinn durch die Rückseite abzunehmen. Daher wird eine Installationshöhe von 0,7 bis 1,2 Metern empfohlen, um Faktoren wie Tragfähigkeit der Halterung, Kosten und Wartung zu berücksichtigen.

Bodenreflexion: Die Rückseite bifazialer Solarmodule kann reflektiertes Licht vom Boden zur Stromerzeugung nutzen. Je höher die Bodenreflexion, desto mehr Licht trifft auf die Rückseite, was die Leistung steigert. Im Vergleich zu herkömmlichen Modulsystemen erzielen bifaziale Module den höchsten Ertrag bei Schneeflächen. Die Reflexionseigenschaften in abnehmender Reihenfolge sind: Schnee > sandiger/Zementboden > Erde > Gras > Wasser.

Aus einer strengen Perspektive betrachtet weisen verschiedene Technologien (wie PERC, HJT, IBC, TOPCon usw.) signifikante Unterschiede im Rückseitenertrag für bifaziale Module auf. Die folgende Tabelle zeigt die Rückseitenertragseffekte und die zugehörigen Reflexionsdaten für bifaziale Module bei unterschiedlichen Bodenbeschaffenheiten:

Basierend auf den Daten in der Tabelle lässt sich erkennen, dass die HJT-Technologie in Umgebungen mit hoher Reflexion (z. B. Schnee) am besten abschneidet, während die PERC-Technologie in allen Umgebungen eine relativ durchschnittliche Leistung zeigt, jedoch in stark reflektierenden Bedingungen leicht zurückbleibt. Die IBC- und TOPCon-Technologien zeigen eine stabile Leistung in verschiedenen Reflexionsszenarien, insbesondere in mittleren Reflexionsumgebungen (z. B. sandiger/Zementboden und landwirtschaftliche Nutzflächen). Bei der Auswahl von Installationsstandorten sollte daher die Bodenreflexion vollständig berücksichtigt werden, um die Stromerzeugungseffizienz bifazialer Module zu optimieren. Die Auswahl geeigneter reflektierender Umgebungen in Verbindung mit dem entsprechenden Technologietyp trägt dazu bei, höhere Stromerträge zu erzielen.

Modulneigungswinkel: Bei der Installation sollte darauf geachtet werden, die Modulausrichtung zu korrigieren, um die Sonneneinstrahlung maximal auszunutzen.

In Deutschland, wo die Breitengrade höher sind und von 47°N bis 55°N reichen, ist der Einfluss des Neigungswinkels ausgeprägter. Nach der Regel, 10 Grad vom örtlichen Breitengrad abzuziehen, beträgt der optimale Neigungswinkel im Süden, wie in München (ca. 48° Breitengrad), etwa 38°, während er im Norden, wie in Hamburg (ca. 53° Breitengrad), auf 43° ansteigt. In Deutschland werden Module typischerweise exakt nach Süden ausgerichtet installiert, jedoch kann eine leichte Neigung in Richtung Südwesten helfen, mehr Sonnenstrahlung am Nachmittag einzufangen.

Modulabstand: Ein ausreichender Abstand zwischen den Modulen hilft, die Verschattung zu reduzieren und sicherzustellen, dass sowohl die Vorder- als auch die Rückseite jedes Moduls genügend Licht erhält. Je größer der Abstand zwischen den Modulreihen, desto stärker ist der Rückseitenertrag. Bei der tatsächlichen Installation muss der Reihenabstand jedoch entsprechend den spezifischen Projektanforderungen festgelegt werden, um ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Stromerträgen und Baukosten zu gewährleisten.

Gestellstruktur-Design: Beim Installieren von bifazialen Modulen sollten die Tragprofile an den Rändern der Module positioniert werden, um Verschattungen auf der Rückseite zu vermeiden und die Abschattung durch andere Komponenten (wie Wechselrichter) auf der Rückseite der Module zu minimieren. Da die Rückseite und die Umgebung erheblichen Einfluss auf den Rückseitenertrag haben können, ist eine sorgfältige Berücksichtigung des Lichtflusses auf die Rückseite bereits in der frühen Planungsphase der Anlage entscheidend.

Anwendungen von bifazialen Solarmodulen

Dank der bifazialen Stromerzeugungseigenschaften der bifazialen Module, die auf der Vorderseite direktes Sonnenlicht aufnehmen und auf der Rückseite reflektiertes Licht vom Boden sowie gestreutes Licht aus der Luft erhalten, können beide Seiten Strom erzeugen. Dies ermöglicht eine flexible Installation hinsichtlich Ausrichtung und Winkel und macht bifaziale Module für verschiedene Einsatzszenarien geeignet.

Freiflächenanlagen

• Großflächiger Einsatz: Freiflächenanlagen erstrecken sich normalerweise über große Flächen, wodurch das duale Stromerzeugungspotenzial bifazialer Module optimal genutzt und die Flächeneffizienz gesteigert wird.
• Flexible Anordnung: Die Anordnung der Freiflächenanlagen ist flexibel und kann anhand von Faktoren wie Gelände, Sonneneinstrahlung und Windgeschwindigkeit optimiert werden, um die Nutzung der Solarressourcen zu maximieren.
• Integration mit Energiespeichern: Freiflächenanlagen lassen sich mit Energiespeichersystemen kombinieren, um eine gleichmäßige Stromabgabe zu erreichen und die Netzstabilität zu verbessern.

Agrar-Photovoltaik

• Kombination von Landwirtschaft und Solarenergie: Bifaziale Module können in die landwirtschaftliche Produktion integriert werden, um eine Ergänzung zwischen Landwirtschaft und Solarenergie zu schaffen und die Landnutzung zu optimieren.
• Verbesserte Anbaubedingungen: Der Schatten von bifazialen Modulen kann die Oberflächentemperaturen senken, was das Wachstumsumfeld für Pflanzen verbessert und deren Ertrag und Qualität steigert.
• Zusätzliche Einkommensquelle für Landwirte: Landwirte können zusätzliches Einkommen generieren, indem sie Dächer oder Flächen für Solarinstallationen vermieten.

Gewerbe- und Industriegebäude-Dächer

• Winkelvorteil: Bei Dächern mit einem Neigungswinkel von mehr als 20 Grad kann die Rückseite der bifazialen Module mehr diffuses reflektiertes Licht empfangen und somit die Stromerträge weiter steigern.
• Nutzung der Dachfläche: Bifaziale Module können die gesamte Dachfläche nutzen, was die Stromproduktion erhöht und gleichzeitig Schatten und Wärmedämmung bietet.
• Eigenverbrauch: Gewerbebetriebe können durch die Installation bifazialer Module ihren Eigenverbrauch decken und Energiekosten senken.

Carports und Parkplätze

• Schattenschutz und Regenschutz: Bifaziale Module können Fahrzeugen Schutz vor Sonne und Regen bieten und gleichzeitig saubere Energie nutzen.
• Ästhetisch und praktisch: Bifaziale Module lassen sich gut in Gebäude integrieren und steigern so die Attraktivität und Qualität von Parkplätzen.
• Wertsteigerung: Parkplatzbetreiber können durch Mehrwertdienste wie Ladestationen zusätzliche Einnahmen generieren.

Gebäudeintegrierte Photovoltaik (BIPV)

• Ästhetisch und funktional: Bifaziale Module können in Fassaden, Dächer usw. integriert werden, um eine architektonische Einheit zu schaffen und das visuelle Erscheinungsbild zu verbessern.
• Energieeinsparend und umweltfreundlich: BIPV-Systeme können den Energieverbrauch in Gebäuden reduzieren und den CO₂-Ausstoß senken.

Einsatzbereiche, in denen bifaziale Solarmodule nicht empfohlen werden

Doppelseitige Doppelglas-Solarmodule eignen sich nicht für PV-Systeme auf Wohnhausdächern sowie flache Industrie- und Gewerbedächer, da diese Szenarien die Leistung und Sicherheit der Module beeinträchtigen und deren technische Vorteile nicht voll ausschöpfen.

• Gewichtsproblematik: Doppelglasmodule bestehen meist aus 2.0*2.0 mm halbgehärtetem Glas und sind erheblich schwerer als gleich große Einfachglasmodule, wodurch der Druck auf die Dachlast erhöht wird. Ist die Tragfähigkeit des Dachs begrenzt, sind Doppelglasmodule möglicherweise ungeeignet.
• Kein Rückseitenertrag: Da die Module bündig auf dem Dach installiert werden, entfällt die Möglichkeit, Lichtreflexionen zu nutzen, was den zusätzlichen Stromertrag auf der Rückseite verhindert.
• Risiko der Selbstzerstörung: Wohn-PV-Systeme erfordern in der Regel eine komplizierte Transport- und Installationsumgebung. Im Vergleich zu Einfachglasmodulen (3,2 mm vollgehärtetes Glas) sind Doppelglasmodule anfälliger für Brüche, was die Bauarbeiten erschwert.
• Geringere Hagelbeständigkeit: Das Frontglas von Doppelglasmodulen besteht aus 2,0 mm halbgehärtetem Glas, was eine geringere Hagelbeständigkeit aufweist als Einfachglasmodule mit 3,2 mm vollgehärtetem Glas und sie in rauen Wetterbedingungen anfälliger für Schäden macht.
• Schwächere Wärmeableitung: Schrägdächer bei Wohngebäuden verwenden oft eine bündige Montage, und das Rückseitenglas der Doppelglasmodule leitet die Wärme nicht so effektiv ab wie die Rückseite eines Einfachglasmoduls. Dies führt zu schlechteren thermischen Eigenschaften, höheren Betriebstemperaturen und reduzierter Leistung aufgrund des Temperaturkoeffizienten.

Fazit

Bifaziale Solarmodule stellen eine bedeutende Entwicklung in der modernen Solartechnologie dar und bieten enormes Marktpotenzial und Anwendungsperspektiven aufgrund ihrer beidseitigen Stromerzeugung. Durch die Bewertung der bifazialen Rate kann ihre Leistungsfähigkeit, insbesondere unter verschiedenen Umweltbedingungen, besser verstanden werden.

Auf dem Markt sind verschiedene Typen von bifazialen Modulen wie PERC, IBC und HJT erhältlich, die jeweils über eigene Merkmale verfügen, um unterschiedlichen Anforderungen gerecht zu werden. Dank ihrer effizienten Photovoltaik-Umwandlung und vielseitigen Anwendungsoptionen in Freiflächenanlagen, der Agrar-Photovoltaik und auf Gewerbedächern werden diese Module zunehmend zu einer wichtigen Wahl im Bereich der erneuerbaren Energien.

Obwohl die Anfangsinvestition in bifaziale Module relativ hoch ist, lohnen sich die Energieeinsparungen und Umweltvorteile auf lange Sicht. Mit kontinuierlichen technologischen Fortschritten und einer zunehmenden Marktreife wird erwartet, dass bifaziale Solarmodule die zukünftigen Trends in der PV-Entwicklung anführen und zur Erreichung nachhaltiger Energieziele beitragen.

Seit 2008 ist Maysun Solar auf die Produktion hochwertiger Solarmodule spezialisiert, insbesondere bifazialer Module. Unser Sortiment umfasst IBC-, HJT- und TOPCon-Doppelglasmodule , die durch ihre leichte Konstruktion und außergewöhnliche bifaziale Stromerzeugungsleistung eine optimale Nutzung des Sonnenlichts und eine höhere Energieeffizienz ermöglichen. Darüber hinaus bieten unsere Balkonkraftwerke flexible Anwendungsmöglichkeiten für die Nutzer. Maysun Solar hat erfolgreich Vertriebsbüros und Lagerhäuser in mehreren EU-Ländern etabliert und langfristige Partnerschaften mit qualifizierten Installateuren aufgebaut. Für aktuelle Angebote zu Solarmodulen oder Fragen zur Photovoltaik wenden Sie sich bitte an uns. Wir unterstützen Sie gerne bei der optimalen Auswahl und Nutzung von Solarmodulen im Rahmen der Systemplanung und Installation.

Referenz：

Wikipedia-Mitarbeiter. (2024, September 6). Bifaciale Solarzellen. Wikipedia. https://en.wikipedia.org/wiki/Bifacial_solar_cells

David, L. (2024, Oktober 22). Ein Leitfaden für bifaciale Solarzellen. https://www.marketwatch.com/guides/solar/bifacial-solar-panels/

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