1. Vorteile und Nachteile bifazialer Solarmodule

Erinnern Sie sich an den Bumerang, den Sie als Kind geworfen haben? Einmal in die Luft geworfen, kommt er immer zu Ihnen zurück, nicht wahr? Genau so funktionieren auch bifaziale Solarmodule - sie fangen das Sonnenlicht nicht nur einmal ein, sondern holen es sich quasi ein zweites Mal zurück. Wie ein Bumerang fängt die Rückseite des Moduls das reflektierte Sonnenlicht ein, das auf den Boden oder andere Oberflächen gefallen ist. Dadurch haben diese Super-Module einen entscheidenden Vorteil: Sie können bis zu 30% mehr Energie erzeugen als ihre einseitigen Kollegen. 

Aber wie bei allem im Leben gibt es auch hier Vor- und Nachteile, und es wäre unfair, Ihnen nur die glänzende Seite der Medaille zu zeigen.

Vorteile:

• Höhere Energieerträge: Mit ihrer Doppelfähigkeit können bifaziale Module den Stromertrag um bis zu 30% steigern. Das ist ein großer Schritt vorwärts in Richtung höherer Rentabilität und effizienterer Nutzung begrenzter Raumflächen.

• Verbesserte Leistung bei widrigen Umweltbedingungen: Bifaziale Module schlagen sich auch bei geringer Lichtstärke oder Streulicht hervorragend und können effektiv Solarstrom erzeugen.

• Höhere Widerstandsfähigkeit: Sie sind widerstandsfähiger gegen Verschattungen und Witterungseinflüsse, was sie besonders langlebig macht.

• Verringerte Leistungseinbußen bei Temperaturerhöhung: Ihre Leistungseinbußen fallen geringer aus, wenn die Temperatur steigt, was einen weiteren Vorteil darstellt.

Nachteile:

• Höhere Kosten: Bifaziale Module sind teurer als herkömmliche monofaziale Module, was hauptsächlich auf aufwendigere Produktionsverfahren zurückzuführen ist.

• Spezielle Installationsanforderungen: Diese Module benötigen spezielle Montagesysteme und genügend Abstand zum Boden oder anderen reflektierenden Oberflächen, um ihr volles Potenzial zu entfalten.

• Erhöhte Schattenanfälligkeit: Sie können anfälliger für Leistungsverluste durch Verschattung sein.

• Standortabhängige Leistung: Die tatsächliche Leistung von bifazialen Modulen hängt stark von den Bedingungen des Standorts ab.

• Größerer Wartungsaufwand: Bifaziale Module erfordern möglicherweise mehr Wartungsaufwand, da beide Seiten des Panels sauber gehalten werden müssen.

• Eingeschränkte Verfügbarkeit und komplexere Leistungsbewertung: Da sie noch nicht so verbreitet sind, kann es weniger Auswahl und Verfügbarkeit geben, und die Leistungsbewertung kann komplexer sein.

1.1. Ausrichtung bifazialer PV-Module

Bifaziale Module sind wie ein Chamäleon: Sie passen sich ihrer Umgebung an und nutzen sie zu ihrem Vorteil. Daher hängt die Effizienz dieser Module stark von der Montage und der Umgebung ab.

Eine Installation auf schwarzen Dächern bringt zum Beispiel nicht den vollen Mehrertrag, da hier die Reflektion schwach ist.

Aber stellen Sie diese Module auf ein Gestell oder montieren Sie sie senkrecht, können sie ihre Stärken voll ausspielen.

2. Die Wirtschaftlichkeit von bifazialen Solarmodulen

Bifaziale Solarmodule sind eine interessante Innovation in der Welt der Solarenergie. Sie sind in der Lage, sowohl auf der Vorder- als auch auf der Rückseite Sonnenlicht zu absorbieren, was zu einem erhöhten Energieertrag führt. Doch stellt sich die Frage: Sind sie auch wirtschaftlich sinnvoll? Lassen Sie uns das genauer untersuchen.

• Der entscheidende Vorteil der bifazialen Module ist, dass sie durch ihre Doppelnutzung des einfallenden Lichts Mehrerträge von 5 bis 30 Prozent erzeugen können.
• Ein weiterer Pluspunkt ist, dass diese Module ein besseres Schwachlichtverhalten aufweisen. 

Die Effizienz der bifazialen Module hängt allerdings von einer Reihe von Faktoren ab. Stellen Sie sich vor, Sie sind ein Fotograf und wollen das perfekte Foto machen. Hierfür brauchen Sie nicht nur eine gute Kamera, sondern auch das richtige Licht, den richtigen Winkel und den passenden Hintergrund. Genauso verhält es sich mit bifazialen Modulen.

Die Ausrichtung und Neigung des Moduls, die Verschattung, und besonders das Rückstrahlvermögen der Oberfläche unter dem Modul spielen hier eine entscheidende Rolle. Ein heller Betonboden oder frischer Schnee reflektieren deutlich mehr Licht auf die Rückseite des Moduls als dunkler Asphalt.

2.1. Optimale Ausrichtung und Nutzung

Eine interessante Option bieten bifaziale Solarmodule in einer Ost-West-Ausrichtung. Sie liefern zwei Ertragsmaxima - eins am Vormittag und eins am Abend. Das kann den Eigenverbrauch optimieren und ist auch für den Stromverkauf relevant, da so die niedrigpreisigen Mittagszeiten umgangen werden können.

Während sie auf einem handelsüblichen Dach kaum zusätzlichen Nutzen bringen, können sie auf einem Flachdach oder aufgeständert auf einer Freifläche deutlich mehr Strom produzieren. 

Es gibt auch Lösungen, vertikal aufgeständerte bifaziale Module als eine Art Zaun oder Trennwand zu nutzen.

2.2. Sind bifaziale Solarmodule eine gute Wahl für Hausbesitzer?

Die Antwort auf diese Frage hängt stark vom individuellen Fall ab. Wenn Sie ein Flachdach haben oder eine Freiflächenanlage, ein Solar-Carport oder eine Terrassenüberdachung planen, könnten bifaziale Solarmodule durchaus eine gute Wahl sein. 

In Regionen mit hohen Breitengraden, wo die Sonne generell tiefer steht, erzielen sie den besten Ertrag. Wenn die Vorderseite eines Moduls zum Beispiel 500 Wp Leistung bringt, kann der bifaziale Mehrertrag bei 15% liegen, was einer Gesamtleistung von 575 Wp entspricht.

Die Wirtschaftlichkeit bifazialer Solarmodule hängt also von einer Reihe von Faktoren ab, darunter:

• Standort
• Ausrichtung der Module
• Umgebungsbedingungen
• Preis der Module

Für Hausbesitzer, die über eine begrenzte Dachfläche verfügen, könnten bifaziale Module eine gute Möglichkeit sein, den Energieertrag zu steigern. Allerdings sollten sie auch die höheren Anschaffungs- und Installationskosten berücksichtigen.

Bifaziale Solarmodule sind in der Regel teurer als herkömmliche einseitige Module, doch der höhere Anfangsinvestition steht ein potenziell höherer Energieertrag gegenüber.

In vielen Fällen kann sich die Investition in bifaziale Module daher lohnen, insbesondere wenn die Umgebungsbedingungen und die Ausrichtung der Module für eine optimale Nutzung des Sonnenlichts auf der Rückseite sorgen können.

Es gibt jedoch auch Fälle, in denen die Investition in bifaziale Module weniger sinnvoll sein könnte. Wenn zum Beispiel das Dach bereits mit monofazialen Modulen voll belegt ist oder wenn die Bedingungen für die Nutzung der Rückseite der Module nicht optimal sind, können die Mehrkosten für bifaziale Module den zusätzlichen Energieertrag übersteigen.

Eine sorgfältige Kosten-Nutzen-Analyse kann Hausbesitzern dabei helfen, die optimale Lösung für ihre spezifischen Bedingungen zu finden. Es ist auch ratsam, professionelle Beratung in Anspruch zu nehmen, um alle Faktoren, die die Leistung und Wirtschaftlichkeit der Solarmodule beeinflussen, vollständig zu verstehen. Insgesamt gesehen können bifaziale Solarmodule eine lohnende Investition sein, aber sie sind nicht für jeden Hausbesitzer die beste Wahl.

3. Die Kosten von bifazialen Modulen

Wie viel kosten bifaziale Module eigentlich? Diese Frage ist natürlich zentral, wenn Sie überlegen, ob Sie in diese Art von Solarmodulen investieren möchten. Nun, lassen Sie uns gemeinsam einen genaueren Blick auf die Zahlen werfen.

Die Kosten für bifaziale Module für Endkunden liegen aktuell in einem Bereich, der etwa 5 bis 15 Prozent höher ist als die von monofazialen Modulen. Denken Sie jedoch daran, dass dieser höhere Bereich oft mit komplexeren vertikalen Installationen verbunden ist.

Im Jahr 2022 lagen die Kosten für bifaziale Solarmodule auf dem europäischen Spotmarkt im April 2022 bei etwa 0,40 Euro pro Watt Peak (Wp) Leistung. Zum Vergleich: Herkömmliche, also monofaziale, Module wurden im Mai 2023 mit 0,29 Euro/Wp gehandelt. Für Februar 2023 lagen Modulpreise für Hocheffizienzmodule bei: 0,39 Euro/Wp, was sowohl mono- als auch bifaziale Module umfasst. Dagegen stehen 0,29 Euro/Wp für "Mainstream" monofaziale Module.

Jetzt fragen Sie sich vielleicht: Lohnen sich die höheren Kosten für bifaziale Module überhaupt? Hier ist eine gute Nachricht: Generell kann man davon ausgehen, dass die Mehrerträge die Mehrkosten übersteigen - vorausgesetzt natürlich, die Nutzung findet innerhalb der bereits genannten Einsatzbereiche statt.

4. Wie funktionieren bifaziale Solarmodule?

Bifaziale Solarmodule arbeiten ein bisschen wie Zauberkünstler. Sie haben ein Ass im Ärmel – oder besser gesagt, eine zweite aktive Fläche auf der Rückseite. Stellen Sie sich ein Sandwich vor, dessen beide Brotscheiben aus gehärtetem Glas bestehen und in der Mitte zwei Schichten aus Solarzellen liegen, eine zur Vorderseite und eine zur Rückseite ausgerichtet. Das sind die Hauptzutaten unseres "bifazialen Solar-Sandwichs". Die "Füllung" dieses Sandwichs besteht aus monokristallinen Solarzellen oben und den günstigeren polykristallinen Solarzellen unten.

Ganz wie ein normales Sandwich schmeckt auch unser Solar-Sandwich von beiden Seiten gut. Mit anderen Worten: Es fängt das direkte Sonnenlicht mit den Solarzellen auf der Vorderseite ein und nutzt das reflektierte Sonnenlicht vom Erdboden, dem Dach oder der Umgebung mit den Solarzellen auf der Rückseite. Dadurch erhöht sich der Photovoltaik-Ertrag im Vergleich zu den herkömmlichen, einseitig aktiven (monofazialen) Solarmodulen.

Bifaziale PERC-Zellen: In der Welt der bifazialen Solartechnik gibt es zwei Hauptdarsteller: bifaziale PERC-Zellen und Heterojunction-Zellen. Die bifazialen PERC-Zellen sind die einfacheren von beiden. Sie sind wie der Klassiker unter den Zaubertricks, den jeder Magier beherrscht. Durch die Modifikation der Rückseitenkontakte kann das Licht auch von der Rückseite eindringen und somit den Gesamtwirkungsgrad des Moduls erhöhen. Sie erreichen einen Bifazialitätsfaktor (das ist das Verhältnis zwischen den Stromerträgen aus rückseitig und vorderseitig auffallendem Licht) von etwa 70%. Das bedeutet, dass die Rückseite der Zelle etwa 70% der Leistung der Vorderseite erreicht. Es ist, als ob Sie auf der Rückseite eines Spiegels ein Bild sehen könnten, das 70% so klar ist wie das Originalbild auf der Vorderseite.

Heterojunction-Zellen: Die Heterojunction-Zellen sind die Könige der bifazialen Solartechnik. Sie können einen Bifazialitätsfaktor von bis zu 95% erreichen. Das ist, als ob Sie auf der Rückseite eines Spiegels ein Bild sehen könnten, das fast so klar ist wie das Originalbild auf der Vorderseite! Dieser beeindruckende Wert wird durch den Einsatz von zwei dünnen Schichten amorphes Silizium auf dem Basismaterial erreicht, das von einem transparenten, leitfähigen Oxid umschlossen wird.

4.1. Halbzellen

In der Welt der bifazialen Solarmodule gibt es noch eine weitere, wichtige Neuerung: die Einführung von Halbzellen. Stellen Sie sich vor, Sie teilen die typischen quadratischen Solarzellen in der Mitte und bekommen zwei rechteckige Hälften - das führt zu einem höheren Solarertrag. Es ist wie bei einem Sandwich, das in zwei Hälften geschnitten ist: Es schmeckt irgendwie besser, nicht wahr?

4.2. Was bedeutet Bifacial gain?

Der "bifacial gain" bezeichnet die zusätzliche Leistung, die durch die Nutzung der rückseitigen Solarzellen erreicht wird.

Nehmen wir ein Beispiel: Wenn die Leistung der Vorderseite 400 Wp ist und der bifaziale Gewinn 10% beträgt, erhalten wir zusätzliche 40 Wp, was zu einer Gesamtleistung des Moduls von 440 Wp führt. Das ist, als ob Sie für jeden Euro, den Sie investieren, 10 Cent Bonus bekommen. 

Bitte beachten Sie jedoch, dass der "bifacial gain" stark von der konkreten Installationssituation abhängt. So kann die Menge an reflektiertem Licht, die die Rückseite der Zelle erreicht, von vielen Faktoren abhängen, wie z.B. der Höhe der Montage, der Reflexionsfähigkeit des Bodens oder des Daches und der Position der Sonne im Laufe des Tages und des Jahres.

4.3. Was bedeuten Bifazialitätsgrad und Bifazialitätskoeffizient

Man könnte den Bifazialitätsgrad und den Bifazialitätskoeffizienten als die Geschwindigkeitsmesser für bifaziale Module bezeichnen. Sie zeigen uns, wie effizient die Module im Vergleich zu ihren eindimensionalen Pendants sind. Stellen Sie sich vor, Sie haben zwei Autos: eines mit nur einem Motor und ein anderes mit zwei Motoren. Sie würden natürlich erwarten, dass das Auto mit zwei Motoren schneller fährt. Aber wie viel schneller? Genau das gibt uns der Bifazialitätsgrad oder -koeffizient an.

Seit 2019 haben wir einen standardisierten Weg, um den Ertrag von bifazialen Modulen zu berechnen und zu vergleichen. Dies wird durch die IEC 60904 Part 1-2 ermöglicht, welche zwei Messverfahren umfasst. Erstens wird die Rückseite des Moduls abgedeckt und die Vorderseite unter Standard-Testbedingungen (STC-Bedingungen) analysiert. Danach wird der gleiche Test auf der Rückseite durchgeführt. Im zweiten Verfahren wird das Modul von beiden Seiten bestrahlt und anschließend der Bifazialitätskoeffizient ermittelt. Dieser errechnet sich, indem man den Ertrag der Rückseite durch den Vorderseitenertrag teilt.

So könnte beispielsweise ein Ergebnis von 0,6 oder 60% bedeuten, dass die Rückseite 60% des Ertrages der Vorderseite liefert. Üblicherweise liegen diese Werte für bifaziale Module zwischen 60 und 90 Prozent. Mit diesen Messwerten können wir dann die konkreten Mehrerträge berechnen, die wir mit bifazialen Modulen im Vergleich zu monofazialen Modulen erzielen können.

4.4. Wie werden bifaziale Module hergestellt?

Bifaziale Module kamen lange Zeit vor allem in der Weltraumfahrt zur Anwendung. Sie waren einfach zu teuer für den Einsatz auf der Erde. Das hat sich aber geändert, seit einige große Hersteller wie LG Electronics oder Panasonic auf den Modultyp setzen.

Die Herstellung von bifazialen Solarzellen unterscheidet sich im Wesentlichen nicht von der Herstellung von monofazialen Zellen, es gibt aber einige wichtige Unterschiede. Es sind drei zusätzliche Produktionsschritte notwendig:

1. Die Rückseite der Zellen muss poliert werden, vergleichbar mit dem Politurprozess eines Autos, um eine glatte Oberfläche zu erhalten.
2. Danach wird die Zelle passiviert, das heißt, sie bekommt eine Art Schutzschicht, ähnlich wie eine Antihaftbeschichtung auf einer Bratpfanne.
3. Anschließend wird die Rückseite der Zellen für die elektrischen Kontakte wieder geöffnet, ähnlich wie das Aufschrauben der Gehäuse eines elektronischen Geräts zur Reparatur.

Die vollflächige Metallisierung mit Aluminium auf der Rückseite wird durch ein Metallisierungsgitter ersetzt, das dem auf der Vorderseite der Solarzelle aufgebrachten Muster ähnelt.

Die Module können als rahmenlose, Glas-Glas- oder als Glas-Folie-Module ausgeführt werden. Die Rückseite sollte möglichst transparent sein, um das Eindringen des Sonnenlichts zu ermöglichen. Manche Modelle haben eine weiße Rückseitenfolie, die nur das reflektierte Licht der Zellzwischenräume nutzt. Das ideale Material für die Rückseite ist jedoch Glas, dank seiner reflektierenden Eigenschaften und der höheren Stabilität des Glas-Glas-Verbundes.

4.5. Marktentwicklung

Aufgrund der etwas komplexeren Herstellung sind bifaziale Solarmodule etwas teurer als Standard-Module. Allerdings gleichen sich die Preise immer mehr an, da immer mehr Hersteller auf den effektiveren Modultyp setzen und weniger monofaziale Module hergestellt werden. Im Falle von bifazialen Halbzellen-Modulen hat der höhere Ertrag – und somit höhere Verkaufspreise – dazu geführt, dass die Anzahl der produzierten Solarmodule deutlich gestiegen ist. Durch den Skaleneffekt sind die Stückkosten gesunken, und der Preisvorteil der Standardmodule hat sich verringert. Es zeichnet sich ab, dass bifaziale Halbzellen-Module die herkömmlichen monofazialen Vollzellenmodule auf längere Sicht vom Markt verdrängen werden.

Welche Herausforderungen und Potentiale bestehen können Sie aus folgenden beiden wissenschaftlichen Veröffentlichungen entnehmen:

• "Potentiale von senkrechten, bifacialen Agri-PV Systemen für die Optimierung des Energiesystems" Sophia Reker, Jens Schneider, Christoph Gerhards
  
  
• "Bifaziale Photovoltaik – Potenziale und Hürden für den Markteintritt" 

5. Hersteller bifazialer Module

Hier eine Auswahl an Modul-Herstellern in Deutschland:

Tipp: Eine ausführliche Herstellerliste können Sie auf folgender Webseite finden https://de.enfsolar.com/directory/panel/bifacial?country=54