Czym są panele fotowoltaiczne Bifacial?

O ile bardziej wydajne są panele dwustronne od jednostronnych? Jak są zbudowane? Jak można je montować? Czy są dużo droższe?

Panele jednostronne, a panele bifacial

Tradycyjne moduły pv zarówno polikrystaliczne, jak i monokrystaliczne pochłaniają światło tylko z jednej strony. Dlatego określane są mianem "jednostronne" lub "monofacial". Więcej o klasycznych modułach fotowoltaicznych dowiesz się tutaj.

W klasycznych panelach fotowoltaicznych wydajność można poprawić poprzez zastosowanie technologii PERC. PERC zwiększa absorbcję światła w ogniwie pv, poprzez wykorzystanie do produkcji prądu również światła odbitego od spodniej części ogniwa. Więcej o technologii PERC znajdziesz tutaj.

Natomiast dwustronne panele fotowoltaiczne posiadają dwie strony aktywne, które absorbują światło. Dzięki temu ich wydajność jest znacznie większa od tradycyjnych paneli mono-facial. Energia elektryczna jest produkowana jednocześnie z przedniej i tylnej strony panelu pv., co wpływa na większe uzyski z takiego modułu.

Budowa paneli bifacial

Panele Bi-facial są wykonane z jednej i drugiej strony ze szkła hartowanego. To, co je wyróżnia, to warstwa aktywna z przodu i z tyłu panelu. Pozwala ona na absorpcję światła z dwóch stron. W modułach bi-facial usunięto tylną warstwę folii ochronnej tzw. „Backsheet” i zastąpiono ją szybą ze szkła hartowanego lub innym tworzywem przepuszczającym światło.

Budowa komórkowa ogniw bifacial

Panele dwufazowe mają trzy możliwe konfiguracje przepływu elektronów. Zależy to samej budowy komórek bificjalnych ogniwa.

Wyróżniamy następujące rodzaje ogniw:

• p-PERC- oparte na bazie typu p i o strukturze komórek p+ – p – n+
• n-PERC- oparte na bazie typu n i o strukturze komórek p+ – n – n+
• Heterozłącze krzemowe (Si)- ogniwo wykonane z wewnętrznymi cienkimi warstwami krzemu amorficznego.

O ile bardziej wydajne są panele fotowoltaiczne dwustronne?

W 2016 roku Firma SolarWorld wykonała testy efektywności ogniw dwustronnych w warunkach pogodowych, panujących w Europie Centralnej. Badaniom poddano instalacje paneli dwustronnych na farmie fotowoltaicznej pod Dreznem. Badania wykazały, że stacjonarne panele dwustronne osiągają wydajność w punkcie szczytowym większą o 25% w porównaniu do jednostronnych modułów pv. Tym samym prowadzą do obniżenia kosztów produkcji energii elektrycznej.

Z czego to wynika? Przede wszystkim z parametrów samego panelu. Poniżej przedstawiamy własności kilku popularnych modułów dwustronnych:

Oznaczenie panelu	LR4-60HBD-365M	JAM60D09-330/BP	TSM-DEG6MC.20(II)-345	SRP-330-6MB-BG
Producent	LONGi	JA Solar	Trina Solar	Seraphim
Ranking producenta	Tier-1	Tier-1	Tier-1	Tier-1
Seria:	Hi-MO4	D10	DEG6MC.20(II)	Bi-facial
Typ ogniw	Monokrystaliczne	Monokrystaliczne	Monokrystaliczne	Monokrystaliczne
Moc nominalna (Tolerancja mocy)	365Wp (-11;+11Wp)	330 Wp (+5Wp)	340 Wp (+5Wp)	330 Wp (+5Wp)
Wzmocnienie maksymalne:	25% max	25% max	25% max	30% max
Teoretyczna moc maksymalna:	456,25Wp	412,5Wp	425Wp	429Wp

Dodając wzmocnienie maksymalne otrzymujemy teoretyczną maksymalną moc - i dla panelu o mocy 330Wp, może ona wynosić nawet 412,5Wp!

Wiadomo oczywiście, że w wzmocnienia maksymalnego nie uzyskuje się przez cały dzień. Jak więc to wygląda w praktyce?

Zgodnie z badaniami przeprowadzonymi przez NREL, panele dwustronne uzyskują średnią wydajność większą o 6-9% w stosunku do standardowych paneli pv. Te badanie porównywało jednak moduły ustawione na trackerze jednoosiowym. Szacujemy, że dla systemów stacjonarnych skierowanych na południe średnia wydajność zwiększy się o 10-15%.

Dlaczego niektóre panele mają wyższe wzmocnienie maksymalne od innych? Efektywność modułu dwufazowego określa tzw. wskaźnik dwustronności (bifacjalności) [Ø]. Wskaźnik dwustronności wyraża stosunek nominalnej mocy tylnej części modułu do mocy nominalnej jego części przedniej.

Wskaźnik dwustronności Ø = Prear/Pfront

Prear- nominalna moc tylnej części modułu
Pfront- nominalna moc przedniej części modułu

Wskaźnik bifacjalności [Ø] dla poszczególnych złączy komórek bifacjalnych wynosi:

p-PERC	n-PERT	Heterozłącze krzemowe (SHJ)
0,65-0,80	0,75-0,90	0,85-0,95

Z badań przeprowadzonych przez instytut NREL wynika, że najlepszy wskaźnik bifacjalności wykazują moduły dwufazowe oparte na heterozłączu. Panele takie, wykonane z cienkiej warstwy krzemu amorficznego, udowodniły w testach laboratoryjnych zdolność do produkcji energii z obu stron na porównywalnie dużym poziomie. Tylna strona panelu w warunkach laboratoryjnych osiągnęła ok 85%-95% mocy przedniej strony modułu. To tak jakby efektywność strony tylnej była tylko o 15% mniejsza od przedniej powierzchni modułu.

Wspomnieliśmy już, że oprócz mocy modułu oraz jego wskaźnika bifacjalności, istotną rolę odgrywa również ułożenie tych paneli. Jakie warianty wato brać pod uwagę?

Wiata zbudowana z paneli dwustronnych. Efektywna i efektowna.

Wydajność paneli a ustawienie względem słońca

Tego typu panele oczywiście nie nadają się do zamontowania na dachu. W grę wchodzi wyłącznie montaż na gruncie.

Istnieją trzy podstawowe sposoby ustawienia paneli dwustronnym względem słońca:

• Pionowo wschód-zachód
• Standardowo (w kierunku południowym)
• Na jednoosiowym systemie nadążnym (trackerze)

Z badań SolarWorld wynikło, że urządzenia ustawione pionowo wschód-zachód były mało efektywne, a przy okazji musiały stać w odstępach 15 m jeden od drugiego. To znacznie ogranicza liczbę modułów, które można zainstalować na dostępnej powierzchni.

Znacznie lepsze efekty uzyskano przy usytuowaniu paneli w tradycyjny sposób, czyli pod kątem 35 st. i przednią stroną modułu skierowaną na południe. To optymalne ustawienie, zarówno pod kątem wydajności, jak i kosztu montażu. W takiej pozycji tylna strona może dodatkowo generuje nawet do 25% uzysku energii. Przy tym nie bez znaczenia jest wysokość, na której zainstalowano panele. Jak wynika z testów duże znaczenie na uzyski ma wysokość, na której są zamontowane panele bi-facial. Zamontowanie ich na wyższym stelażu dało lepsze efekty w produkcji energii elektrycznej.

Zdecydowanie najbardziej wydajnym, ale też najbardziej kosztownym sposobem jest zamontowanie paneli na jednoosiowym systemie nadążnym.

Dużą rolę w wydajności paneli dwustronnych odgrywa również podłoże, od którego odbija się światło.

Jaki wpływ ma powierzchnia podłoża na wydajność modułu bi-facial

Powierzchnia, na które stoją panele pv, odgrywa dużą rolę w wydajności ich pracy. Ważnym elementem jest ukształtowanie samej powierzchni oraz jej zdolność do odbijania światła słonecznego. Im bardziej płaskie podłoże, tym więcej światła trafi z powrotem do modułów.

Ważnym elementem dla efektywności modułów dwustronnych, okazał się również tzw. współczynnik albedo.

Współczynniki albedo dla różnych powierzchni przedstawiono w tabeli poniżej:

Typ powierzchni	Albedo
Zielone pole (trawa)	10-25%
Beton	20-40%
Beton malowany na biało	60-80%
Biały żwir	27%
Biały materiał dachowy	56%
Szara membrana dachowa	62%
Biała membrana dachowa	80%
Piasek	20-40%
Biały piasek	60%
Śnieg	45-95%
Woda	8%

Jak wynika z powyższych danych, białe powierzchnie najlepiej odbijają światło. Przy najjaśniejszym podłożu współczynnik albedo sięga 80%, a w przypadku śniegu nawet 95%.

Zatem nie bez znaczenia jest miejsce zamontowania paneli dwustronnych. Inne uzyski będą z modułów, które są zainstalowane np. w otoczeniu trawnika, a inne na betonowej powierzchni, dodatkowo pomalowanej na biało.

Ile kosztują panele dwustronne?

Tabela poniżej przedstawia koszty produkcji paneli jednostronnych oraz trzech typów modułów dwustronnych.

Rodzaj	Jednostronne	Dwustronne
Typ	PERC	p-PERC	n-PERT	SHJ
Cena za Wp w $ 2019	0,32$	0,32$%	0,35$	0,37$

Jak wynika z przeprowadzonych kalkulacji przez Instytut NREL, koszty produkcji paneli dwustronnych są niewiele wyższe od produkcji tradycyjnych paneli tzw. Monofacial. Za 1 kW wyprodukowanych paneli bi-facial zapłacimy ok. 5-6 centów więcej. Zatem za moduł o mocy 300 W zapłacimy ok. 18 USD więcej.

Przy czym z modułu o mocy nominalnej 300 W jednej strony, możemy uzyskać dwustronną moc ok. 425 W. Przy tym odpowiednio go instalując, koszty inwestycyjne mogą się szybciej zwrócić niż przy tradycyjnych instalacjach fotowoltaicznych, montowanych na dachach budynków.

Producenci modułów dwufazowych

Źródła:

Przy tworzeniu tego artykułu korzystaliśmy przede wszystkim z:

• NREL nt. wydajności paneli dwustronnych - fakty a fikcja.