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Zweiflächige, bifaciale bzw. bifaziale Solarzellen – Interessante Informationen zu Solarmodulen


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Veröffentlicht am: 21. Januar 2022 / Update vom: 24. Februar 2023 – Verfasser: Konrad Wolfenstein

Bifaciale Solarzellen N-Type Technologie

Bifaciale Solarzellen N-Type Technologie – Bild: Xpert.Digital Jak76|Shutterstock.com

Eine bifaciale Solarzelle (BSC) ist eine photovoltaische Solarzelle, die elektrische Energie erzeugen kann, wenn sie von beiden Seiten, d. h. von der Vorder- oder Rückseite, beleuchtet wird. Monofaciale Solarzellen hingegen erzeugen nur dann elektrische Energie, wenn Photonen auf ihre Vorderseite auftreffen. Der Wirkungsgrad bifazialer Solarzellen, definiert als das Verhältnis von einfallender Lichtleistung zu erzeugter elektrischer Leistung, wird unabhängig für die Vorder- und Rückseiten unter einer oder mehreren Sonnen (1 Sonne = 1000 W/m2) gemessen. Der Bifazialitätsfaktor (%) ist definiert als das Verhältnis des Wirkungsgrads der Rückseite zum Wirkungsgrad der Vorderseite bei gleicher Bestrahlungsstärke.

Bifaciale Solarzellen wurden Ende der 1970er Jahre für Weltraum- und Erdanwendungen erfunden und erstmals hergestellt und haben sich in den 2010er Jahren als Standard-Solarzellentechnologie etabliert. Es ist absehbar, dass sie bis 2030 der führende Ansatz für die Herstellung von Solarzellen sein werden.

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Bifazial/Bifacial Solarzellen Funktionsweise

Die überwiegende Mehrheit der Solarzellen wird heute aus Silizium hergestellt. Silizium ist ein Halbleiter und als solcher befinden sich seine Außenelektronen in einem Energieintervall, das Valenzband genannt wird, und füllen die Energieniveaus dieses Bandes vollständig aus. Oberhalb dieses Valenzbandes befindet sich ein verbotenes Band oder eine Energielücke, in der kein Elektron existieren kann, und weiter oben befindet sich das Leitungsband. Dieses Leitungsband ist fast leer von Elektronen, aber es ist der Ort, an dem die Elektronen des Valenzbandes untergebracht werden, nachdem sie durch die Absorption von Photonen angeregt wurden. Diese Elektronen haben mehr Energie als die gewöhnlichen Elektronen des Halbleiters. Die elektrische Leitfähigkeit des bisher beschriebenen Si, das als intrinsisches Silizium bezeichnet wird, ist äußerst gering. Eine leichte Verunreinigung mit Phosphoratomen führt zu zusätzlichen Elektronen im Leitungsband, wodurch das Silizium n-leitend wird und eine Leitfähigkeit erhält, die durch Änderung der Dichte der Phosphoratome beeinflusst werden kann. Alternativ kann die Verunreinigung mit Bor- oder Aluminiumatomen dazu führen, dass das Si p-leitend wird und eine Leitfähigkeit aufweist, die ebenfalls beeinflusst werden kann. Diese Verunreinigungsatome nehmen Elektronen aus dem Valenzband auf und hinterlassen darin sogenannte “Löcher”, die sich wie virtuelle positive Ladungen verhalten. Si-Solarzellen sind in der Regel mit Bor dotiert, sodass sie sich wie ein p-Typ-Halbleiter verhalten, und haben einen schmalen (~0,5 Mikrometer) oberflächlichen n-Typ-Bereich. Zwischen beiden bildet sich der sogenannte p-n-Übergang, in dem ein elektrisches Feld entsteht, das Elektronen und Löcher aufspaltet, die Elektronen zur Oberfläche und die Löcher zum Inneren. Auf diese Weise wird ein Fotostrom erzeugt, der durch Metallkontakte auf beiden Seiten abgeleitet wird. Das Licht, das vom p-n-Übergang wegfällt, wird nicht aufgespalten, und die erzeugten Elektronen-Loch-Paare rekombinieren schließlich und erzeugen keinen Fotostrom. Die Rollen der p- und n-Regionen in der Zelle können, wie hier erläutert, vertauscht werden.

Dementsprechend erzeugt eine monofaciale Solarzelle nur dann einen Fotostrom, wenn die Fläche, an der der Übergang gebildet wurde, beleuchtet wird.

Eine bifaciale Solarzelle hingegen ist so konstruiert, dass die Zelle auf beiden Seiten aktiv ist und Fotostrom erzeugt, wenn eine der beiden Seiten – Vorder- oder Rückseite – beleuchtet wird.

Die wesentlichen Vorteile von zweiflächigen Solarzellen

Zusätzliche Stromerzeugungsgewinne: Im Vergleich zu P-Solarzellen neigen die N-Solarzellen dazu, den Wirkungsgrad deutlich zu erhöhen. Bifacial-Solarzellen werden durch die bifaziale Erzeugungskapazität und der höheren Systemeffizienz eine breitere Anwendungsperspektive haben und eignen sich besonders für schneereichere Gebiete und verteilte Erzeugungssysteme wie Dächer, Zäune und Schallschutzwände.

Der Wirkungsgrad der Zellenrückseite kann mehr als 19 % erreichen und die einfallenden Rückstrahlen können zur Verbesserung der Erzeugungskapazität des Systems genutzt werden, wobei die Kapazitätssteigerung der Einheitsfläche bis zu 10 % ~ 30 % beträgt.

Beim Glasmodul mit Bifacial-Cell-Technologie wird das Licht sowohl auf der Vorder- als auch auf der Rückseite des Moduls eingefangen. Die Erhöhung des Lichteinsatzes erhöht den Wirkungsgrad des Moduls. Über die aktive Modulrückseite können bis zu 360 Wp Gesamtleistung erreicht werden (290 Wp nur vorne / insgesamt 320 – 360 Wp).

Der Effizienzgewinn hängt von der Strahlungssituation (Atmosphäre und Hintergrund) ab.

 

Freiflächenanlage mit Bifacial Solarmodule Beispiel
Solar-Montagesysteme Freiflächen Unterkonstruktion für Bifacial Solarmodule
Solar-Montagesysteme Freiflächen Unterkonstruktion für Bifacial Solarmodule – abriendomundo|Shutterstock.com
Freiflächen Unterkonstruktion Mounting System für Bifacial Solarmodule
Freiflächen Unterkonstruktion Mounting System für Bifacial Solarmodule – abriendomundo|Shutterstock.com


Bifacial Solarmodule Freiflächen Unterkonstruktion Mounting System
Bifacial Solarmodule Freiflächen Unterkonstruktion Mounting System – abriendomundo|Shutterstock.com

Bifazial Solarmodule Montage Freiflächen Solaranlagen Lösung
Bifazial Solarmodule Montage Freiflächen Solaranlagen Lösung – abriendomundo|Shutterstock.com


Freiflächenanlage Unterkonstruktion für Bifazial Solarmodule
Freiflächenanlage Unterkonstruktion für Bifazial Solarmodule – abriendomundo|Shutterstock.com
Bifazial Solarmodule Freiflächen Anlage Unterkonstruktion
Bifazial Solarmodule Freiflächen Anlage Unterkonstruktion – abriendomundo|Shutterstock.com


 

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Quelle:

https://en.wikipedia.org/wiki/Bifacial_solar_cells