So erhöhen bifaziale Solarmodule den Wirkungsgrad von PV-Anlagen

Um bis zu 15 Prozent können bifaziale Photovoltaik-Module den Stromertrag von Solaranlagen und Solarparks steigern. Doch wie funktionieren sie und welche Möglichkeiten bieten sie für die Solarstromerzeugung?

Herkömmliche bzw. monofaziale Photovoltaik-Module sind so konzipiert, dass sie von der Vorderseite einfallendes Sonnenlicht optimal ausnutzen. Bifaziale (wörtlich übersetzt „zweigesichtige“) Module hingegen verfügen über beidseitig photoaktive Zellen. Diese Eigenschaft ermöglicht es ihnen, auch reflektiertes Sonnenlicht in Solarstrom umwandeln zu können, das auf die Rückseite der Module trifft. Die Produktion der Modultypen unterscheidet sich nur geringfügig voneinander, genauer gesagt durch eine Modifizierung der Rückseitenkontakte. Während monofaziale Module eine opake Rückseitenfolie besitzen, ist diese bei bifazialen Modulen meist transparent und damit lichtdurchlässig. Diese erlaubt den Photonen das beidseitige Eindringen in die Solarzellen und erhöht auf diese Weise den Wirkungsgrad des Gesamtmoduls. 70 bis 90 Prozent beträgt der sogenannte Bifazialfaktor, der das Verhältnis zwischen Stromerträgen aus Vorder- und Rückseite misst.

Die Wirkungsweise monofazialer vs. bifazialer Solarmodule.

Was Schneeblindheit mit Photovoltaik zu tun hat

Unterschiedlich helle Flächen strahlen Sonnenlicht verschieden stark zurück. Dies wird auch als „Albedo-Effekt“ bezeichnet. Schnee beispielsweise reflektiert einfallendes Sonnenlicht besonders gut, so wie weiße Flächen allgemein einen hohen Rückstrahlfaktor besitzen. Daher können Menschen ohne Sonnenschutz für die Augen etwa in schneebedeckten Landschaften und bei grellem Sonnenschein schneeblind werden. Je heller die Fläche, desto höher die Albedo, je dunkler desto niedriger, wodurch eine Fläche oder ein Gegenstand mehr Wärme aufnehmen und weniger Licht zurückstrahlen kann. Genau diesen Effekt machen sich bifaziale Photovoltaik-Module zu nutze. Das vom Boden reflektierte Licht trifft auf die Rückseite der Solarzellen. Auf diese Weise kann beidseitig Sonnenenergie genutzt werden. In der Praxis erreichen bifaziale Module laut einer Studie des Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE, je nach Produktdesign, Montage und Umgebung einen zusätzlichen Energieertrag von fünf bis 15 Prozent.

Die Bauweise von PV-Modulen ist wichtig

Für den erfolgreichen Einsatz von bifazialen Modulen sind insbesondere die Art der Montage und der Umgebung, also der Beschaffenheit des Untergrunds, ausschlaggebend. Einfach ausgedrückt, funktionieren bifaziale Solarmodule nur dann, wenn auch Sonnenlicht unter die Module fällt. Das ist in der Regel bei einer Ständer- oder Freiflächenbauweise wie bei Solarparks oder auf Flachdächern der Fall. So kann etwa in den frühen und späten Stunden des Tages flach einfallendes Sonnenlicht besonders gut vom Boden reflektiert auf die Modul-Unterseite abstrahlen. Experten sprechen hierbei auch von einer „Pufferlösung“ für die Tageszeiten, an denen die direkte Sonneneinstrahlung auf die Modul-Vorderseite nachzulassen beginnt. Um zu untersuchen, wie sich die Anzahl der Stunden an verfügbarer Solarenergie erhöhen lässt, erprobt die Universität Leipzig derzeit sogar eine Pilotanlage mit senkrecht stehenden bifazialen PV-Modulen.  Doch auch bei einem hohen Sonnenstand steigern bifaziale Module den Gesamtertrag von Solaranlagen und Solarparks.  

Warum hep bifaziale PV-Module in Nordamerika einsetzt

Bei einigen Solarparks von hep in Nordamerika wirkt sich in puncto Albedo ein doppelter Effekt positiv aus. Im Sommer ist der Boden mit trockenem Gras oder Sand bedeckt, im Winter liegt Schnee unter den Photovoltaik-Modulen. Beide Untergründe sind entsprechend hell und können Sonnenlicht optimal reflektieren. Die hep-Gruppe als Solar- und Investmentspezialist verwendet beim Bau von Solarparks in Nordamerika fast ausschließlich bifaziale Module. Zum Beispiel bei Solarparks in North Carolina, South Carolina, Oregon und Virginia der Publikums-AIFs „HEP – Solar Portfolio 1“ und „HEP – Solar Portfolio 2”. Die nächsten Projekte mit bifazialen Photovoltaik-Modulen sind bereits in New York, North Carolina und im kanadischen Alberta geplant.

Bifaziale Module im hep-Solarpark Depot im US-Bundesstaat Virginia.

Langfristige Chance auf höhere Renditen

Der durchschnittliche Spotpreis für bifaziale PV-Module liegt je nach Anbieter und Güteklasse zwischen 0,20 und 0,35 Euro pro Watt-Peak und damit nur rund zwei Prozent über dem Preis des Standardmoduls. Berücksichtigt man weitere Faktoren wie beispielsweise Einfuhrzölle auf monofaziale Module – die unter anderem in den Vereinigten Staaten mit 15 % erhoben werden – sind die Kosten der bifazialen durchaus konkurrenzfähig, wenn nicht sogar geringer. So plant hep auch für Solarparks in anderen Ländern wie etwa in Europa, die doppelseitigen Solarmodule immer öfter zu installieren. Vor allem vor dem Hintergrund, dass Solarparks in der Regel sehr kostengünstig und wartungsarm über mehrere Jahrzehnte betrieben werden können, in denen schon ein Mehrertrag bei der Stromerzeugung von wenigen Prozent die Rendite von Investoren in Solarprojektrechte erheblich beeinflussen kann.

Quellen: Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE, PV-Magazine.de, Gruenes.haus, Solaranlagen-Portal.com, Solarenergie.de, solarwatt.de, Photovoltaiksolarstrom.com, echtsolar.de

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