Standardmodule oder Bifazialmodule – Wo liegt der Unterschied?

03/06/2021

Vor nicht allzu langer Zeit war der Markt der Standard-Solarmodule noch hart umkÀmpft. Hersteller investierten all ihre Energie und finanzielle Mittel in die Verbesserung der Effizienz und suchten nach vielversprechenden Entwicklungen, die den Weg zur Eroberung des Photovoltaik-Marktes ebnen sollten. Nun stellt es sich heraus, dass eine solch innovative Idee bereits existiert. Es handelt sich um doppelseitige Solarzellen, so genannte bifaziale Module.

 

Entwickelt in der Mitte des letzten Jahrhunderts, konnten sie damals noch kein großes Ansehen erlangen und blieben nicht weit verbreitet. Sie existierten lange Zeit nur in Form eines theoretischen Modells und einer kleinen Anzahl von Prototypen. Der Grund dafĂŒr ist, dass ihre erhöhte, aber immer noch unzureichende Effizienz keinen signifikanten Gewinn an RentabilitĂ€t der Produktion im Vergleich zu herkömmlichen, einseitigen, so genannten monofazialen Module brachte.

 

Die tatsĂ€chliche Produktion bifazialer Module wurde erst möglich durch eine neue Technologie in der Solarzellenherstellung – PERC. Erste Versuche mit solchen Zellen haben bereits damals einen deutlichen Wirkungsgradvorteil doppelseitiger Paneelen gegenĂŒber einseitigen gezeigt.

 

Heute zweifelt niemand mehr an der Tatsache, dass bifaziale Module die Stromproduktion erhöhen. Um jedoch eine fundierte Entscheidung ĂŒber die Auswahl von Standard- oder bifazialen Modulen treffen zu können, ist es notwendig, sich weitere und detailliertere Informationen ĂŒber die Vor- und Nachteile zu verschaffen. Wenn wir uns vor Augen halten, dass Erkenntnis durch Vergleich entsteht, sollten wir die Merkmale betrachten, die bei der Auswahl berĂŒcksichtigt werden sollten.

 

Effizienz

 

Effizienz ist einer der Hauptparameter von Solarmodulen, der unter Standardbedingungen (unmittelbar nach der Montage) nur durch ihre Konstruktionsmerkmale bestimmt wird. Bei einseitigen Modulen schwankt dieser Parameter zwischen 10 und 20%. Die Verwendung bifazialer Paneele ermöglicht eine Effizienzsteigerung um durchschnittlich 20 bis 30% – ihr Wirkungsgrad erreicht 27%. Durch den Einfluss verschiedener Faktoren, u.a. auch Witterungsbedingungen, können die tatsĂ€chlichen Werte erheblich von den angegebenen Werten abweichen, sowohl nach oben als auch nach unten.

 

Es ist anzumerken, dass heutzutage das Effizienzkriterium nicht mehr das entscheidende ist. Heute sind die erfolgreichsten Module auf dem Markt diejenigen, die das beste VerhĂ€ltnis zwischen den Gesamtkosten fĂŒr ihre Herstellung und ihren Betrieb und der wĂ€hrend ihrer Lebensdauer erzeugten Energiemenge fĂŒr sich beanspruchen können. Mit anderen Worten: Module, die den gĂŒnstigsten Strom produzieren. Um dieses VerhĂ€ltnis zu berechnen, wurde die Kennzahl LCOE (Levelized Cost of Energy) entwickelt.

 

Angesichts der Bedeutung externer Faktoren und Eigenschaften von Solarmodulen bei der LCOE-Berechnung ist es sinnvoll, einen Vergleich anhand des Kriteriums seiner Minimierung durchzufĂŒhren.

 

Leistung

 

Vergleicht man einseitige und bifaziale Module in Bezug auf ihre Leistung, ergibt sich bei letzteren, unter sonst gleichen Bedingungen, ein Leistungsgewinn von bis zu 25 % allein durch die Nutzung von reflektiertem Licht zur Stromerzeugung auf der RĂŒckseite des Moduls.

Die Kosten fĂŒr die Umsetzung von Projekten, die auf bifazialen Modulen basieren, werden bei gegebener KapazitĂ€t und Leistung aufgrund der geringeren Anzahl der benötigten Module niedriger sein als bei einseitigen Modulen. Dementsprechend wird eine kleinere StellflĂ€che benötigt, was bei

hohen GrundstĂŒckskosten wichtig sein kann.

 

Gewicht

 

Die Verwendung einer beidseitigen Glasabdeckung erhöht das Gewicht der bifazialen Module um durchschnittlich 5-8 kg im Vergleich zu Standardmodulen. Dies kann die Installation etwas erschweren, stellt aber kein Hindernis im Betrieb dar, und der geringfĂŒgige Anstieg der Kosten fĂŒr die Arbeiten hat keinen signifikanten Einfluss auf den LCOE-Wert.

 

Langlebigkeit

 

Die Lebensdauer sowohl einseitiger als auch bifazialer Solarmodulen hĂ€ngt von der Degradationsrate der darin verwendeten Photovoltaikzellen ab und liegt bei etwa 30 Jahren. Allerdings sollte man den Einfluss natĂŒrlicher Faktoren nicht vernachlĂ€ssigen. Hier sind bifaziale Module im Vorteil. Die Verwendung von gehĂ€rtetem Glas fĂŒr die Beschichtung der Vorder- und RĂŒckseite eliminiert den negativen Einfluss von UV-Strahlen, und die transparente Struktur verhindert eine ĂŒbermĂ€ĂŸige ErwĂ€rmung der Zellen, was sich positiv auf die Langlebigkeit auswirkt. Durch den Verzicht auf einen Aluminiumrahmen (bei rahmenlosen Modulen) wird die Gefahr von Korrosion ausgeschlossen. Generell steigert die erhöhte WiderstandsfĂ€higkeit von bifazialen Modulen gegenĂŒber natĂŒrlichen EinflĂŒssen ihre Lebensdauer.[2]

 

Besonderheiten bei der Installation

 

Im Gegensatz zu Standardmodulen sind bei Projekten mit bifazialen Modulen zusÀtzliche technische Berechnungen erforderlich:

  • korrekte Platzierung der Module unter BerĂŒcksichtigung von Abschattung, Reihenabstand, OberflĂ€chenreflexion, Höhe ĂŒber dem Boden;
  • die auf der RĂŒckseite des Moduls erzeugte Leistung;
  • Neigungswinkel der Module, der einen maximalen Wirkungsgrad fĂŒr den gegebenen Standort gewĂ€hrleistet;
  • Leistung des Wechselrichters.

Die praktische Anwendung der Ergebnisse dieser Berechnungen wird zweifellos zu höheren Modulinstallations- und GerĂ€tekosten fĂŒhren und die Gesamtkosten des Projekts nach oben treiben. Die erzielten Vorteile in Form einer signifikanten Steigerung der Stromerzeugung ĂŒbersteigen jedoch bei weitem die GrĂ¶ĂŸenordnung dieser Kosten und tragen letztendlich zu einer Senkung der LCOE bei.

 

Einfluss natĂŒrlicher Faktoren

 

Ein Vergleich der Effizienz und Leistung von Solarmodulen unter widrigen Umweltbedingungen zeigt den unbestrittenen Vorteil von bifazialen Modulen. Ihre FÀhigkeit, auch bei geringem Licht (morgens, abends) und Streulicht (Nebel, tiefe Bewölkung) ausreichend Energie zu erzeugen, erlaubt den Einsatz in allen Klimazonen.

Ein weiterer Vorteil bifazialer Module im Vergleich zu Standardmodulen ist die niedrigere Zelltemperatur [3], die fĂŒr eine minimale Leistungsverschlechterung bei heißem Wetter sorgt. Sonnenlicht, das durch die transparente Zelle fĂ€llt, verursacht keine zusĂ€tzliche ErwĂ€rmung. Bei einseitigen Modulen trifft der Lichtstrom auf die lichtundurchlĂ€ssige RĂŒckwand und erwĂ€rmt diese, wodurch sich die Temperatur der Zellen erhöht.

 

Verwendung von Solar-Trackern

 

Sowohl einseitige als auch doppelseitige Module können optional mit NachfĂŒhreinrichtungen, so genannten Solar-Trackern, ausgestattet werden. Sie ermöglichen eine maximale Ausleuchtung der Module. WĂ€hrend der Leistungsgewinn von Standardmodulen recht gering ist, können bifaziale Module mit einachsiger NachfĂŒhrung eine Leistungssteigerung von bis zu 35% erreichen. Dieses Design bietet eine signifikante Reduzierung der LCOE-Werte. Außerdem bedeutet dies, dass die Verwendung non Solar-Trackern in den meisten Teilen der Welt möglich und effektiv ist.

 

Design

 

WĂ€hrend die Platzierung von Standard-Solarmodulen (HausdĂ€cher, Balkone von HochhĂ€usern und angrenzende FlĂ€chen) nicht viel Spielraum fĂŒr designerische KreativitĂ€t bietet, sind bifaziale Module in dieser Hinsicht wesentlich effektiver. Ihre transparente Struktur ermöglicht die Verwendung als originelle Verkleidungselemente, z.B. fĂŒr Tankstellen, offene und geschlossene DurchgĂ€nge zwischen GebĂ€uden, VordĂ€cher ĂŒber Terrassen von LandhĂ€usern und andere moderne Designlösungen. Es sind sogar Anwendungen als LĂ€rmschutzwĂ€nde entlang von Bahnstrecken bekannt.

 

 

Zusammenfassung

 

Vergleichende Analysen zeigen, dass bifaziale Module den Standardmodulen in vielerlei Hinsicht ĂŒberlegen sind, was ihren schnellen Aufstieg im Photovoltaik-Markt erklĂ€rt. Im Jahr 2020 lag ihr Marktanteil bereits bei ĂŒber 25%, im Gegensatz zu den Prognosen von ITRPV (11. Ausgabe), die nicht mehr als 15% vorhersahen.

Diese schnelle Marktexpansion war vor allem aufgrund unabhĂ€ngiger Tests möglich, die von verschiedenen Unternehmen durchgefĂŒhrt wurden und die die Herstellerangaben bestĂ€tigten, einschließlich der höheren EnergieertrĂ€ge und Effizienz von bifazialen Modulen im Vergleich zu einseitigen Modulen.

Weltweit fĂŒhrende Hersteller entwickeln dieses Segment erfolgreich weiter und investieren erhebliche finanzielle Mittel in Forschung und Entwicklung, um Kosten zu senken, bekannte MĂ€ngel zu beseitigen und die Effizienz zu erhöhen.

Es ist sicher, dass, wenn der aktuelle Trend anhĂ€lt, in naher Zukunft bifaziale Module die fĂŒhrende Position auf dem Markt einnehmen und die bevorzugte Wahl fĂŒr große Solarenergieprojekte werden.

[1] https://www.e-education.psu.edu/eme801/node/560

[2] X. Sun, M.R. Khan, C. Deline, M.A. Alam, Optimization and performance of bifacial solar modules: a global perspective, Appl. Energy 212 (2018) 1601-1610.

[3] M.W.P.E. Lamers, E. Ozkalay, R.S.R. Gali, G.J.M. Janssen, A.W. Weeber, I.G. Romijn, B.B. Van Aken, Temperature effects of bifacial modules: hotter or cooler? Sol. Energy Mater. Sol. Cell. 185 (2018) 192e197.