Bifaziale Module: Wann sie sinnvoll sind

Auch die Technologie im Bereich der Solar- und Photovoltaik erfährt eine kontinuierliche Weiterentwicklung. In diesem Zusammenhang rücken Bifaziale Module bei Photovoltaik-Anlagenbetreibern immer mehr in den Fokus. Durch die simple Tatsache, dass bifaziale module Sonnenlicht sowohl auf der Vorder- als auch auf der Rückseite aufnehmen können, scheinen sie besonders effizient zu sein. Diese Technologie ermöglicht eine deutliche Steigerung der Stromgewinnung in passenden, sonnen- bzw. lichtreichen Umgebungen, was vor allem für PV-Betreiber mit beschränktem Platzangebot interessant ist. Doch wie genau funktionieren und wirken bifaziale module und sind sie überhaupt sinnvoll? Dieser und weiteren Fragen gehen wir in diesem Artikel auf den Grund.

Die sogenannten "Bifaziale Solarmodule", auch als Doppelseitige Solarmodule bekannt, beschreiben eine relativ junge Innovation in der Photovoltaik-Technologie. Denn im Gegensatz zu den bekannteren und üblicheren monofazialen modulen, die nur Sonnenlicht von der Vorderseite absorbieren können, stehen bifaziale solarmodule für die Absorption von Sonnenlicht durch die Vorder- und Rückseite der jeweiligen module. Im Anschluss wird das absorbierte Licht in Strom umgewandelt. Durch diese "doppelte" Absorption, lässt sich die Strom- bzw. Energiegewinnung bedeutend steigern.

Das Geheimnis, das hinter der doppelten Absorption und Umwandlung durch die bifazialen solarmodule steht, ist der sogenannte "Albedo-Effekt". Denn dieser Effekt beschreibt, wie viel Licht von der Oberflächenumgebung reflektiert und aufgenommen werden kann. So ist es nicht verwunderlich, dass durch helle oder reflektierende Oberflächen wie Sand, Kiesel, Wasser oder Schnee ein besonders großer Teil des Sonnenlichts reflektiert werden kann.

Das Sonnenlicht wird dann nicht nur von der Vorderseite der Solarzellen aufgenommen: auch die Rückseite der bifazialen solarmodule machen sich nützlich und stehen zur Stromgewinnung zur Verfügung. Bei größeren PV-Anlagen kann das reflektierte Licht den Ertrag so zwischen 10 bis 30 Prozent steigern, je nach Standort und den jeweiligen Lichtverhältnissen. So haben PV-Anlagennutzer die Möglichkeit, ihre Gesamterträge zu erhöhen.

Bifaziale Module bestehen in der Regel aus doppelseitigen Solarzellen, die meist mit gehärtetem Glas sowohl auf der Vorder- als auch auf der Rückseite verkapselt sind. Jedes dieser besonderen Glas-Glas-PV-Module ist vor den gegebenen Umwelteinflüssen geschützt, denen es ausgesetzt ist. Dadurch sind sie für eine gewisse Langlebigkeit ausgelegt. Im Vergleich zu Modulen, die nur über eine herkömmliche Rückfolie verfügen, können PV-Module in Glas-Glas-Ausführung eine höhere Widerstandsfähigkeit verzeichnen. Zudem sind sie gleichzeitig auch robuster gegenüber mechanischen Belastungen.

Generell gilt es hier zu beachten, dass es verschiedene Faktoren gibt, die beeinflussen, welchen Mehrertrag bifaziale Solarpanels im Vergleich zu Standardmodulen erzielen können. Der Wirkungsgrad der Zellrückseite gehört unter anderem zu diesen Faktoren. Bei herkömmlichen "PERC-Zellen" (Passivated Emitter and Rear Cell) beträgt der Wirkungsgrad der Rückseite zwischen 60 und 70%. N-Typ-Halbleiter hingegen können hier bis zu 95 Prozent erreichen. Je nach Höhe des Rückstrahlvermögens des Untergrunds am Aufstellort (die sogenannte Albedo) der Module kann der Mehrertrag also nochmal deutlich gesteigert werden.

Wie bereits angeführt, ist die Nutzung des Albedo-Effekts sehr wichtig für bifaziale module. Das Licht, das von der Rückseite der Solarzellen aufgenommen wird, stellt hier eine extra Energiequelle dar, die man sich zu Nutze machen kann. Insbesondere Standorte, die über viel Sonnenlicht und spiegelnde Flächen wie Wasser, Sandboden oder Schnee verfügen, ist dieser Effekt besonders stark zu spüren.

Bifaziale Solarmodule nehmen Sonnenlicht von der Vorder- und Rückseite auf. Dadurch verfügen sie gleich über mehrere bedeutende Vorteile. So ist es ihnen möglich, deutlich mehr Energie zu gewinnen, was die Photovoltaik-Solaranlage natürlich langfristig effizienter macht. Mehr Effizienz bedeutet in diesem Zusammenhang allerdings auch, dass mehr Strom auf gleicher Fläche erzeugt wird. Dies ist besonders in Städten oder kleinen Freiflächen von Vorteil, denn hier ist in der Regel wenig Platz vorhanden.

Ein weiterer Vorteil von bifazialen solarmodulen ist, dass sie oft robuster als herkömmliche monofaziale Module sind. Sie verfügen zudem über doppelseitiges Glas, das sie vor Wind, Sand und Hagel schützt und den Wirkungsgrad erhöht. Dies macht diese speziellen solarmodule besonders langlebig und effizient. Bifaziale Module sind darüber hinaus gut für freistehende Anlagen mit hohen Ständern. In solchen Gebäuden kann man das Sonnenlicht von beiden Seiten gut nutzen. Gleichzeitig sorgt eine gute Luftzirkulation dafür, dass sie effizienter arbeiten.

Trotz der zahlreichen Vorteile, die bifaziale module für PV-Anlagenbetreiber bereithalten, können diese auch vor bestimmten Herausforderungen und Einschränkungen stehen. Denn zum einen sind diese speziellen solarmodule in der Regel etwas kostenintensiver in der Anschaffung als herkömmliche monofaziale module. Der Grund hierfür ist die besondere Technologie und der doppelseitige Glasaufbau. Diese Faktoren erhöhen die Produktionsausgaben, was zu einer Umlagerung der Preissteigerung pro solarmodul führt. Das etwas kostenintensivere Investment in bifaziale module kann so möglicherweise eine Verlängerung der Rückzahlungszeit für kleinere PV-Anlagen oder Balkonkraftwerke zur Folge haben.

Darüber hinaus sollten Anlagenbetreiber vor der Implementierung von bifazialen modulen eine sorgfältige Planung und Einbeziehung der Umgebung durchführen. Da der Albedo-Effekt und die Ausrichtung der Module für den Erfolg von zentraler Bedeutung sind, sind diese Vorkehrungen von Nöten. Vor allem in städtischen Regionen oder auf Dachflächen, die eine eher niedrigere Reflexion aufweisen, könnte der zusätzliche Energiegewinn nicht ausreichend sein, um die gestiegenen Kosten zu legitimieren.

Auch kann der Abstand, den die solarmodule voneinander benötigen, ein Hindernis sein. Auch wenn bifaziale solarmodule relativ nah beieinander installiert werden können, benötigen sie einen Mindestabstand von etwa 10 Millimetern. So können sie das reflektierte Licht optimal von der Rückseite nutzen.

Auch wenn bifaziale solarmodule generell eine effiziente und innovative Lösung zur Steigerung der Energiegewinnung in Photovoltaikanlagen bieten und für ihre Langlebigkeit stehen, kommt es für die effiziente Nutzung bifazialer module auf den richtigen Standort und die Installation an. Da diese speziellen solarmodule die Einstrahlung von Licht sowohl auf der Vorder- als auch auf der Rückseite aufnehmen und umwandeln, benötigt die Rückseite der module ausreichend Lichtreflexionen aus ihrer Umgebung. Nur so kann die Stromerzeugung optimal maximiert werden.

Auf Flachdächern beispielsweise spielen bifaziale Module gekonnt ihre Stärken aus, wenn sie in einem optimalen Neigungswinkel installiert werden. Der Grund dafür ist, dass hier das direkte Sonnenlicht auf die Vorderseite trifft, während die Rückseite von dem reflektierten Licht profitiert. Helle Dachmaterialien oder spezielle reflektierende Unterlagen können den Ertrag somit zusätzlich steigern. Diese Installationsart bietet eine hervorragende Lösung für Gewerbe- und Industriegebäude, die über große Dachflächen verfügen.

In Freiflächenanlagen, wie beispielsweise in Solarparks, können bifaziale module ihr volles Potenzial aufgrund geeigneter Böden entfalten. Reflektiertes Licht von hellen Böden, wie etwa Sand, Kies oder sogar Schnee, wird so besonders effizient genutzt. Durch die richtige Ausrichtung und Untergrundgestaltung, wie etwa weiße Folien, kann die Lichtausbeute signifikant gesteigert werden.

Bei Überdachungen und Carports lohnen sich bifaziale module besonders durch ihre doppelte Lichtaufnahmefähigkeit. Denn insbesondere Parkflächen mit reflektierenden Oberflächen oder speziell gestaltete Unterkonstruktionen können die Energiegewinnung und den Stromertrag noch einmal deutlich verbessern. Gleichzeitig bieten diese doppelten Nutzungen mehr Funktionalität und Nachhaltigkeit im Alltag, da sie sowohl Schatten als auch Strom liefern.

Vor dieser speziellen Solarinvestition sollten Sie als Photovoltaik-Anlagenbetreiber grundlegend prüfen, ob die Investition in bifaziale solarmodule für Ihr Vorhaben sinnvoll ist und ihre Umgebung über ausreichend Sonnenstrahlen und den richtigen Untergrund verfügt. Wie wir bereits beschrieben haben, hängt die Wirksamkeit und Effizienz von verschiedenen Parametern ab, die für die Nutzung der Solarmodule essentiell sind.

Hier ist der Standort besonders entscheidend: Prüfen Sie vorab, wo und wie die Anlage genutzt werden soll. Bifaziale PV-Module (Glas-Glas-PV-Modul) sind gut für sonnige Gegenden und offene Flächen, um so besonders viel Licht von allen Seiten zu nutzen. Anlagen mit hohen Ausrichtungen oder beweglichen Systemen, die die solarmodule flexibel justieren, nutzen bifaziale module besonders effektiv. Diese Module können auch gut auf Flachdächern oder in Solarparks verwendet werden. Dort ist in der Regel ausreichend Fläche gegeben und die richtigen Winkel für die Lichtaufnahme auf der Rückseite sind ebenso vorhanden.

Ob Sie sich nun final für oder gegen bifaziale module entscheiden: Diese Solarinvestition ist in der Regel etwas kostenintensiver als "normale" monofaziale Zellen. Dadurch steigen natürlich auch die Investitionskosten. Es kann eine Weile dauern, bis sich die höheren Kosten für den Kauf rentieren. Allerdings ist besonders in sonnigen Gegenden mit reflektierenden Flächen der Nutzen immens: es kann nämlich so deutlich mehr Strom erzeugt werden.

Besonderer Beliebtheit erfreuen sich auch bifaziale module in sogenannten "Floating-PV-Anlagen", also schwimmenden Photovoltaikanlagen, bei denen die bifazialen solarmodule auf Wasseroberflächen installiert werden und dort an der Oberfläche Licht beidseitig absorbieren. Da Wasser bekanntermaßen einen besonders hohen Albedo-Wert hat und somit Licht effektiv auf die Rückseite der Module reflektiert wird, steigen die Energieerträge dieser Anlagen zusätzlich. Diese Anlagen eignen sich ideal für Regionen mit Flüssen, Seen oder künstlichen Wasserreservoirs und bieten den zusätzlichen Vorteil, dass die module durch das Wasser simultan gekühlt werden, was ihre Effizienz weiter verbessert.

Auch sind Aufdachanlagen besonders geeignet. Insbesondere, wenn diese spezielle reflektierende Unterlagen verwenden, um so die Rückseitenabsorption noch einmal zu verstärken. In städtischen Gebieten und auch auf Flachdächern, bei denen das Platzangebot oft begrenzt ist, können diese besonderen PV-Module eine sinnvolle Lösung darstellen - denn sie erzeugen mehr Energie auf diesen besonders begrenzten Flächen.

Bifaziale Solarmodule und Solarzellen stellen eine effiziente und innovative Technologie in der Photovoltaik dar und sind für Anlagenbetreiber oftmals sehr sinnvoll. Ihre beidseitige Lichtaufnahme ermöglicht es PV-Anlagenbetreibern von einer höheren Energieausbeute zu profitieren, insbesondere in Gebieten mit hoher Reflexion des Untergrundes und viel Sonneneinstrahlung. Zwar sind die Anschaffungskosten für diese Solarzellen in der Regel etwas höher, dennoch machen die potenziellen Ertragssteigerungen sie für bestimmte Anwendungsbereiche und Standorte äußerst attraktiv. Somit sind sie für PV-Betreiber, die auf Effizienz und Nachhaltigkeit setzen und bereit sind, in die nötige Infrastruktur zu investieren, eine lohnende und zukunftsweisende Alternative zu den herkömmlichen monofazialen PERC-Zellen.

Bifaziale Solarmodule können, je nach Standort und Bedingungen, in der Regel bis zu 20% mehr Energie produzieren als die herkömmlichen monofazialen module. Durch den Einsatz von Glas-Glas-PV-Modulen wird dabei der Solarertrag maximiert, da die beidseitige Lichtaufnahme sowohl direktes als auch reflektiertes Licht effizient in Strom umwandelt.

Bifaziale Solarmodule haben in der Regel einen höheren Investitionspreis als monofaziale Module. Denn die doppelseitige Bauweise von einem Glas-Glas-PV-Modul erhöht hier logischerweise die Produktionskosten, was sich in einem höheren Anschaffungspreis für Nutzer widerspiegelt. Jedoch können sie sich bei idealen Umgebungsbedingungen durch die höhere Effizienz langfristig auszahlen.

Bifaziale Solarmodule können generell auch auf einem normalen Dach installiert werden. Allerdings ist der Effizienzgewinn hier geringer, insbesondere wenn kein ausreichendes reflektiertes Licht auf die Rückseite trifft oder die Umgebung wenig Licht reflektiert.

Mit dem Bifazialitätsfaktor wird die Effizienz der Rückseite der bifazialen Solartechnologie bezeichnet. Der Faktor der Bifazialität wird in Prozent bestimmt. So bestimmt beispielsweise ein Faktor von 80 Prozent, dass die Rückseite des Moduls bis zu 80 Prozent der Leistung der Vorderseite erzielen kann. Hier ist vorausgesetzt, dass ausreichend reflektiertes Licht vorliegt.