Bifacial Doppelglas Solarmodule: Die zusätzliche Kraft bifazialer Solarzellen in der Photovoltaik

Unabhängig davon, ob N-Typ- oder P-Typ-Solarzellen (dazu unten mehr) zum Einsatz kommen, gibt es eine Möglichkeit, den Wirkungsgrad der Solarmodule massiv zu steigern. Dabei handelt es sich um die Bifazial-Technogogie. Im Unterschied zur monofazialen Solarzelle, die nur durch die Beleuchtung der Oberseite PV-Strom erzeugt, ist die bifaziale Solarzelle so konstruiert, dass sie über Ober- und Unterseite Strom erzeugen kann. Die auf diese Weise erreichte Erhöhung des Lichteinsatzes steigert den Wirkungsgrad des Moduls beträchtlich.

Natürlich ist der Wirkungsgrad auf der Unterseite nicht so groß wie auf der zur Sonneneinstrahlung hin ausgerichteten Oberseite. Trotzdem kann die Effizienz durch die Einstrahlung auf der Unterseite je nach Standort, Abstand zum Boden und äußeren Bedingungen um mehr als 19 % zunehmen. Dies führt dazu, dass die Kapazität des Gesamtsystems zwischen 10 bis 30 gesteigert werden kann. So erhöht sich bspw. die Leistung eines Moduls, das zuvor 290 Wp lieferte, auf 320 bis 360 Wp.

Bei Installation bifazialer Systeme ist darauf zu achten, dass diese in ausreichend Abstand zur darunter liegenden Fläche angebracht werden, um die zusätzliche Einstrahlung zu ermöglichen. So sollte der Mindestabstand bei schwach bis mittel reflektierenden Oberflächen wie zum Beispiel einem Ziegeldach oder Gras mindestens 40 Zentimeter betragen. Bei sehr gut reflektierenden Oberflächen (z.B. Schnee) sollte der Abstand zum Boden hingegen größer als 1,5 Meter sein.

Funktionsweise Bifacial/Bifazial Solarmodule – Bild: Xpert.Digital

In der PV-Technologie sind schon feinste Diskrepanzen in der chemischen Zusammensetzung verantwortlich für große Unterschiede bei Effizienz und wirtschaftlicher Verbreitung. Beispielhaft zeigt sich das beim Vergleich von Solarzellen des P-Typs und des N-Typs. Beide unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Zellenstruktur, wobei Solarzellen vom P-Typ darauf basieren, dass sie auf einer positiv geladenen Siliziumbasis aufgebaut sind. Im Unterschied dazu sind Solarzellen vom Typ N umgekehrt konzipiert, denn dort dient die negativ dotierte Seite als Basis der Solarzelle.

Obwohl die erste, 1954 in den USA entwickelte Solarzelle eine vom N-Typ war, setzte sich in den Folgejahren die P-Typ-Zelle durch. Grund dafür war, dass die Module in der Anfangszeit hauptsächlich in der Raumfahrt eingesetzt wurden, wo sie sich als widerstandsfähiger herausgestellt hatten. Erst in den letzten Jahren begann bei den Herstellern der Solarzellen ein Umdenken, was an der größeren Leistungsstärke der N-Typ-Zellen liegt. Verantwortlich dafür ist vor allem die längere Lebensdauer dieser Zellen, denn im Unterschied zum P-Typ sind sie nicht durch den “Bor-Sauerstoff-Defekt” bedroht. Dieser führt mit steigender Einsatzzeit zu einer Schädigung der Effizienz. Darüber hinaus zeigen sich Solarzellen vom N-Typ weniger anfällig für metallische Verunreinigungen des Siliziums.

Allerdings sind Solarzellen vom N-Typ derzeit teurer in der Produktion, was an der jahrzehntelangen Fokussierung auf Zellen vom P-Typ liegt. Deren Produktion führte zu Skaleneffekten in der Wertschöpfungskette, die bei der N-Typ-Fertigung erst aufgebaut werden müssen. Darüber fallen bei Herstellung der N-Typ-Solarmodule zusätzliche Schritte an, was die Kosten weiter steigert. Aufgrund ihrer höheren Effizienz nimmt der Anteil des N-Typs jedoch kontinuierlich zu und es dürfte nur noch eine Frage der Zeit sein, bis dieser den P-Typ als dominierende Solarzellen-Technologie ablöst.

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.

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Bifacial / Bifazial Solarmodule – Bild: Xpert.Digital / abriendomundo|Shutterstock.com

Bifacial-Solarzellen haben durch die bifaziale Erzeugungskapazität und der höheren Systemeffizienz eine breitere Anwendungsperspektive und eignen sich besonders für schneereichere Gebiete und verteilte Erzeugungssysteme wie Dächer, Freiflächen, 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.

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