Gepostet am: 22. Dezember 2023
8 Min

Beidseitig photoaktive Solarzellen

Bifaziale PV-Module: Wie funktionieren sie und wo machen sie Sinn?

Als „bifazial“ bezeichnet man Solarzellen, die sowohl mit der Vorderseite als auch mit der Rückseite Strom gewinnen können. Dadurch erhöht sich der Stromertrag – abhängig davon, wieviel Licht tatsächlich auf die Rückseite auftrifft. Welche Voraussetzungen müssen gegeben sein, damit die Installation beidseitig photoaktiver Module sinnvoll ist?

Wie funktionieren bifaziale Solarmodule?

Der Begriff „bifazial“, auch „bifacial“ geschrieben, bedeutet „zweigesichtig“. Im Zusammenhang mit Photovoltaik ist damit gemeint, dass eine Solarzelle auf beiden Seiten photoelektrisch aktiv ist. Das heißt sie verwertet nicht nur die Sonnenstrahlung, die auf die Vorder- bzw. Oberseite auftrifft. Sondern auch das Licht, das direkt oder reflektiert die Rück- bzw. Unterseite erreicht. Damit dies möglich ist, müssen die Solarzellen so modifiziert werden, dass Photonen auch auf der Rückseite eindringen können. Hierfür werden auf den Zellrückseiten Kontakte aufgedruckt – anstelle der durchgängigen Aluminiumflächen, die bei monofazialen Standard-Zellen üblich sind. Um den beidseitigen Lichteinfall zu gewährleisten, sind die Zellen bifazialer PV-Module in zwei transparente Schichten, i.d.R. gehärtetes Solarglas, eingebettet.

Wie hoch ist der zusätzliche Stromertrag mit bifazialen Modulen?

Welcher Mehrertrag mit bifazialen Solarpanels im Vergleich zu Standardmodulen erreicht werden kann, hängt von mehreren Faktoren ab. Einer davon ist der Wirkungsgrad der Zellrückseite. Bei PERC-Zellen (Passivated Emitter and Rear Cell) erreichen die Rückseiten einen Wirkungsgrad von 60 bis 70 Prozent der Hauptseite; bei sogenannten n-Type Halbleitern sind bis zu 95 Prozent möglich. Eine noch  entscheidendere Einflussgröße ist das Rückstrahlvermögen des Untergrunds am Aufstellort, wissenschaftlich „Albedo“ genannt. Dabei gilt: Je heller die Oberfläche, desto höher die Albedo.

Je nach Zusammenspiel aller Einflussgrößen lässt sich mit bifazialen Modulen ein zusätzlicher Stromertrag von bis zu 30 Prozent erreichen. Allerdings gibt es für den möglichen Zusatzertrag, auch „Bifazialfaktor“ oder „Bifacial Gain“ genannt, noch keine einheitliche Definition oder Messmethode. Daher ist der Vergleich der Angaben verschiedener Hersteller nicht immer einfach.

 

Albedo-Werte (Rückstrahlvermögen) verschiedener Untergrundflächen:

MaterialAlbedo (Maximalwert: 1,0)
Asphalt0,05 - 0,15
Dachziegel0,1 - 0,35
Ackerboden0,2 - 0,4
Wiese / Rasen0,2 - 0,4
Dach mit hellem Anstrich0,6 - 0,7
Schnee0,8 - 0,9

 

Welche Aufstellorte eignen sich für bifaziale Module?

Wie zuvor erwähnt, ist das Rückstrahlvermögen des Untergrundes (Albedo) entscheidend. Aber auch der Abstand der Module zur Untergrundfläche spielt eine Rolle. Denn je dichter die Panels aufliegen, desto weniger Licht kann in den Zwischenraum gelangen, um von dort auf die Unterseite der Zellen reflektiert zu werden.

Auf Schrägdächern mit Ziegeleindeckung liefern bifaziale Module daher nur einen äußerst geringen Zusatzertrag, sodass sich der Mehraufwand meistens nicht rechnet. Flachdächer bieten dagegen bessere Voraussetzungen, da die Panels dort in der Regel abgewinkelt zum Untergrund aufgestellt werden. Allerdings sollte vor der Installation zusätzlich eine helle, idealerweise weiße Folie verlegt werden, denn das auf Flachdächern übliche Bitumen (Abdichtungs- und Isoliermaterial aus teerartiger Masse) hat eine extrem schlechte Albedo.

Gute bis sehr gute Zusatzerträge liefern bifaziale Panels dort, wo sie das eigentliche Dach bilden – also ohne Unterdeckung, zum Beispiel über Carports oder Terrassen. Auch für Solarzäune eignen sich bifaziale Module bestens; besonders bei Ost-West-Ausrichtung des Zauns, da dann die eher flache Sonneneinstrahlung am Morgen und am Abend optimal genutzt werden kann. Jedoch entscheidet immer der konkrete Einzelfall, ob der Einsatz bifazialer Panels sinnvoll ist. Falls Sie die Technologie für Ihre Solaranlage in Erwägung ziehen, sollten Sie sich daher am besten von einem Fachbetrieb beraten lassen.

Vor- und Nachteile bifazialer Module

Der größte Pluspunkt bifazialer PV-Module ist der höhere Stromertrag, der sich unter geeigneten Installationsbedingungen realisieren lässt. Hinzu kommt, dass auch der Temperaturkoeffizient bifazialer Zellen kleiner ist als bei herkömmlichen Modulen; das heißt bei hohen Temperaturen sind die Leistungseinbußen geringer. Ein weiterer Vorteil ist die hohe Robustheit der Panels, da sie beidseitig durch gehärtetes Glas geschützt sind. Als Nachteil wären eigentlich nur die höheren Kosten anzuführen. Die Anschaffungskosten liegen jedoch mittlerweile nur noch geringfügig über den Preisen konventioneller Solarmodule. Da die Montageanforderungen etwas komplexer sind, ist auch mit höheren Installationskosten zu rechnen. Und die Wartung ist ebenfalls etwas aufwändiger, da die Module für einen optimalen Stromertrag auf beiden Seiten sauber gehalten werden müssen.

Fazit

Bifaziale PV-Module bestehen aus Solarzellen, die beidseitig Licht in Strom umwandeln können. Dadurch erhöht sich ihr Wirkungsgrad. Die zusätzlich mögliche Stromausbeute wird stark durch die Installationsbedingungen vor Ort beeinflusst. Wesentliche Einflussfaktoren sind das Rückstrahlvermögen des Untergrunds (Aldebo) sowie der Abstand zur Auflagefläche. Bifaziale Panels eignen sich zum Beispiel ideal als Dächer für Carports oder Terrassen, oder auch für Solarzäune. Auf Schrägdächern mit dunklen Ziegeln liefern sie dagegen keinen nennenswerten Mehrertrag.

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