Bifaciale fotovoltaïsche modules zijn dubbelzijdige modules waarvan de zonnecellen aan beide zijden elektriciteit kunnen produceren. Daardoor kunnen ze meer energie opwekken dan klassieke PV-modules. Om die reden worden ze momenteel een populaire oplossing voor PV-systemen.
Hoeveel efficiënter zijn dubbelzijdige modules dan enkelzijdige? Hoe zijn ze opgebouwd? Hoe kunnen ze worden geïnstalleerd? Zijn ze veel duurder?
Wij beantwoorden al deze vragen in dit artikel.
Unilaterale vs. bifaciale modules
Conventionele PV-modules, zowel zowel poly- als monokristallijn, slechts aan één kant licht absorberen. Daarom worden ze ook “eenzijdig” of “monofaciaal” genoemd.
Meer informatie over klassieke fotovoltaïsche modules vindt u in het volgende artikel:
Voor deze modules kan de efficiëntie worden verbeterd door gebruik te maken van PERC-technologie. PERC verhoogt de absorptie van licht in de PV-cel door ook het rode licht dat van de onderkant van de cel wordt gereflecteerd, te gebruiken om elektriciteit op te wekken.
Bifaciale PV-modules daarentegen absorberen licht van beide zijden. Aan de voorkant het directe licht en aan de achterkant het indirecte licht dat door de ondergrond wordt gereflecteerd. Bijgevolg bereiken bifaciale modules een hoger rendement.
Structuur van bifaciale zonnepanelen
Bifaciale panelen zijn gewoonlijk aan beide zijden gemaakt van gehard glas. Wat hen onderscheidt is een actieve laag op de voor- en achterkant van de module. Hierdoor wordt het licht van beide kanten geabsorbeerd. Bij bifacial modules is de conventionele achterfolie verwijderd en vervangen door gehard glas of een ander lichtdoorlatend materiaal.
Bifaciale module: Structuur en functie
Hoeveel efficiënter zijn dubbelzijdige PV-modules?
In 2016 heeft SolarWorld de efficiëntie van bifaciale cellen getest onder de weersomstandigheden in Midden-Europa. Dubbelzijdige modulesystemen werden getest op een grote installatie op de grond in de buurt van Dresden. Uit de tests bleek dat stationaire dubbelzijdige modules een 25% hoger piekrendement halen dan enkelzijdige PV-modules. Dit leidt tot een vermindering van de kosten voor elektriciteitsopwekking.
En ook het Frauenhofer Instituut kwam in simulaties tot de conclusie dat bifaciale PV-systemen 5 tot 15% meer opbrengst opleveren dan standaardsystemen.
Standaard vs. bifaciaal PV-systeem (bron: www.ise.fraunhofer.de)
Maar hoe ziet het er in de praktijk uit?
Volgens een studie van NREL halen dubbelzijdige panelen gemiddeld 6 tot 9% meer rendement dan standaardpanelen. In deze studie werden echter panelen vergeleken die op een eenassige tracker waren geplaatst. Wij schatten dat voor op het zuiden gerichte en permanent geïnstalleerde systemen de gemiddelde efficiëntie met 10 tot 15% kan toenemen.
Uit de studie blijkt dat de beste prestaties worden geleverd door panelen op met heterojunctie zonnecellen. Dergelijke panelen, die bestaan uit een dunne laag amorf silicium, konden in laboratoriumtests aan beide zijden vergelijkbare hoeveelheden energie opwekken. De achterkant van de module haalde onder laboratoriumomstandigheden ongeveer 85 tot 95% van het vermogen van de voorkant. Dat is een klein verschil.
Wij hebben reeds vermeld dat naast de prestaties van de module ook de oriëntatie van de modules een belangrijke rol speelt. Welke varianten moeten worden overwogen?
Opbrengst en de invloed van de oriëntatie
Vanwege hun ontwerp zijn bifaciale modules niet geschikt voor hellende daken en kunnen ze beter worden geplaatst op platte daken en systemen op de grond.
Er zijn drie basismanieren om bifaciale modules ten opzichte van de zon te positioneren:
- Verticaal van oost naar west
- Standaard (op het zuiden)
- Op een eenassig volgsysteem
Uit het onderzoek van SolarWorld bleek dat verticaal oost-west gerichte panelen niet efficiënt zijn en 15 m uit elkaar zouden moeten liggen. Dit beperkt het aantal modules dat in de beschikbare ruimte kan worden geïnstalleerd aanzienlijk.
Transparante module van dubbel glas
Aanzienlijk betere resultaten werden bereikt wanneer de modules op de conventionele manier werden geplaatst – onder een hoek van 35 graden en met de voorzijde van de module naar het zuiden gericht. Dit is de optimale positie, zowel qua efficiëntie als qua installatiekosten. In deze positie kan de rug tot 25% extra energieopbrengst genereren. Ook de hoogte waarop de panelen worden geïnstalleerd is belangrijk. Montage op een hoger rek leverde betere resultaten op in termen van elektriciteitsopwekking.
Veruit de meest efficiënte methode, maar ook de duurste, is het monteren van de panelen op een eenassig volgsysteem.
Welke invloed heeft het substraat op de prestaties van een bifaciale module?
Het oppervlak waarop de modules worden geplaatst, speelt een grote rol in hun prestaties. De vorm van de grond zelf en zijn vermogen om zonlicht te weerkaatsen is een belangrijke factor. Hoe platter hij is, hoe meer licht er teruggekaatst wordt in de modules.
Een ander belangrijk aspect voor het rendement van dubbelzijdige modules is het zogenaamde albedo.
Wat is albedo?
Albedo beschrijft het vermogen van verschillende oppervlakken om licht te weerkaatsen. Hoe helderder het oppervlak, hoe meer licht het reflecteert en hoe hoger het rendement van de achterzijde van de PV-module.
Het albedo voor verschillende oppervlakken staat in de volgende tabel:
Zoals u uit bovenstaande gegevens kunt opmaken, reflecteren witte oppervlakken het licht het best. Voor het helderste oppervlak bereikt het albedo 80%, voor sneeuw zelfs 95%.
Daarom is het niet onbelangrijk waar de bifaciale modules worden geplaatst. Er worden verschillende resultaten bereikt wanneer de panelen bijvoorbeeld op een gazon worden geïnstalleerd en andere op een betonnen oppervlak dat ook wit wordt geschilderd.
Wat kosten bifaciale modules?
De volgende tabel toont de productiekosten voor enkelzijdige zonnepanelen en drie soorten dubbelzijdige modules.
Volgens berekeningen van het NREL Institute zijn de productiekosten voor bifaciale panelen niet veel hoger dan die voor conventionele panelen. Voor 1 kW aan bifaciaal geproduceerde panelen betaalt u ongeveer 5-6 cent meer. Voor een module van 300 W betaalt u dus ongeveer 15-16 euro meer.
Tegelijkertijd kunt u met een module met een nominaal vermogen van 300 W aan één zijde een bifaciaal vermogen van ongeveer 425 W produceren. Bij een goede installatie kunnen de investeringskosten sneller worden afgeschreven dan bij conventionele fotovoltaïsche systemen op het dak.
Over goede installatie gesproken. Wist u dat een verkeerde installatie van het PV-systeem de meest voorkomende reden voor storingen is? Vraag dus offertes aan bij gecertificeerde en ervaren zonne-installateurs in uw omgeving.
Fabrikant van bifaciale modules
Belangrijke fabrikanten van bifaciale modules zijn onder meer:
- Solarwatt
- Solarworld
- LG
- ZNShine
- Jinko
- Trina
- JA Zonne
- LONGI
Als u op zoek bent naar een topmodule, kan het de moeite waard zijn om te kijken naar wat LG te bieden heeft. De LG NeON 2 bifacial module heeft een nominaal vermogen van 340Wp en een bifacial factor van 70%. Onder Bifi200-omstandigheden haalt hij een volle 380Wp (wanneer de straling aan de voorzijde 1000W/m2 en aan de achterzijde 200W/m2 bedraagt). En dit alles met 25 jaar productgarantie. Helaas wordt de prijs erg hoog.