Bifaziale Solarmodule für Balkonkraftwerke: Eine umfassende Einführung

Kategorie(n): Balkonkraftwerk-Wissen

Bifaziale Solarmodule steigern die Effizienz Deines Balkonkraftwerkes. Denn diese Module können das Licht von beiden Seiten zur Stromerzeugung nutzen. Wie das funktioniert, erfährst Du in diesem Artikel. Außerdem verraten wir Dir alle Vorteile der bifazialen Solarmodule und worauf Du bei der Installation achten musst.

Was sind bifaziale Solarmodule und wie funktionieren sie?

Bifaziale Solarmodule sind spezielle Photovoltaikmodule, die Licht sowohl auf ihrer Vorder- als auch Rückseite aufnehmen können. Diese doppelseitige Lichtabsorption sorgt so für eine effizientere Stromerzeugung. Denn für die Stromgewinnung wird nicht nur direktes Sonnenlicht genutzt, sondern auch reflektiertes und gestreutes Oberflächenlicht der umliegenden Wände oder des Bodens.

Dabei fängt die Vorderseite der Module das direkte Sonnenlicht ein, während die Rückseite das reflektierte Licht von den umliegenden Flächen aufnimmt. Damit erhöht sich der Wirkungsgrad der Balkonkraftwerke. Das Resultat ist eine rund 30 % höhere Energieausbeute – abhängig von den Installationsbedingungen und dem Reflexionsvermögen (Albedo) des Untergrunds​.

Wegen ihrer Eigenschaften eignen sich bifaziale Module besonders für den Einsatz auf Flächen mit hohem Rückstrahlvermögen, etwa weiße Betonflächen oder schneebedeckte Bereiche. Auch bei Vertikalinstallationen (Solarzäune oder Fassaden) ist die Technik hilfreich​.

Welche Vorteile haben bifaziale Solarmodule für Balkonkraftwerke?

Wegen ihrer Funktionsweise haben bifaziale Solarmodule eine Reihe von Vorteilen für Balkonkraftwerke. So sind sie nicht nur besonders effizient in Sachen Energieausbeute. Sie brauchen auch weniger Platz.

Erhöhte Energieausbeute

Einer der größten Vorteile bifazialer Solarmodule ist die verbesserte Energieausbeute. Durch die doppelseitige Lichtaufnahme produzieren Mini PV-Anlagen dieser Bauweise deutlich mehr Energie als vergleichbare monofaziale Balkonkraftwerke. Je nach Untergrund und Installation können das zwischen 5 % und 30 % mehr sein als bei einer vergleichbaren monofazialen Anlage. Dies bedeutet, dass ein gängiges 600 Watt Balkonkraftwerk, ausgestattet mit bifazialen Solarmodulen, jährlich zwischen 525 kWh und 780 kWh produzieren kann. Zum Vergleich: Eine monofaziale Anlage derselben Größe schafft nur 500 kWh. ​

Effiziente Nutzung begrenzter Flächen

In städtischen Gebieten, wo Platz oft begrenzt ist, kannst Du durch die Installation eines bifazialen Balkonkraftwerks den wenigen verfügbaren Platz optimal nutzen. So kannst Du die Mini PV Anlage sowohl horizontal als auch vertikal montieren.

Besseres Schwachlichtverhalten

Bifaziale Module zeichnen sich durch ein besseres Schwachlichtverhalten aus. Denn sie können selbst bei diffusem Licht, etwa an bewölkten Tagen oder bei niedriger Lichtintensität, noch genügend Strom erzeugen.

Bifaziale Solarmodule zeichnen sich durch ein verbessertes Schwachlichtverhalten aus. Das bedeutet, dass sie auch bei diffusem Licht, wie an bewölkten Tagen oder bei niedriger Lichtintensität, effektiv Strom erzeugen können. Entscheidend hierfür sind der Shunt-Widerstand (Rsh), der Serienwiderstand (Rs) und der Idealitätsfaktor. Ein hoher Shunt-Widerstand verbessert die Leistungsfähigkeit bei niedriger Einstrahlung. Zusätzlich steigern bei bifazialen Solarmodulen Techniken wie Heterojunction (HJT) oder Tunnel Oxide Passivated Contact (TOPCon) die Effizienz:

Heterojunction (HJT):

Diese Technik kombiniert kristalline Solarzellen mit dünnen Schichten aus amorphem Silizium. Die kristallinen Zellen fangen das Licht ein, während die amorphen Schichten die Elektronenbewegung verbessern und Verluste minimieren, was zu einem verbesserten Wirkungsgrad bei Schwachlicht führt.

Tunnel Oxide Passivated Contact (TOPCon):

Hierbei handelt es sich um eine zusätzliche Oxidschicht inklusive dünner Siliziumschicht. Diese Schichten passivieren die Oberfläche der Zellen. Dadurch gehen weniger Elektronen verloren, was wiederum den Wirkungsgrad erhöht.

Leistungsdaten bei Schwachlicht

Für Dein Balkonkraftwerk bedeutet das: Bei einer typischen Sonneneinstrahlung von 200 W/m², das entspricht einem bewölkten Tag, erreicht Dein bifaziales Solarmodul mit der entsprechenden Technik immer noch 85 Watt Leistung. Dagegen erreichen Module ohne HJT oder TOPCon nur 70 bis maximal 75 Watt. Und monofaziale Module könnten unter diesen Bedingungen lediglich 60 bis 65 Watt erzeugen.

Robustheit und Langlebigkeit

Zu guter Letzt sind bifaziale Solarmodule für ihre robuste Bauweise und lange Haltbarkeit bekannt. Typischerweise wird für die Herstellung Glas verwendet. Dieses Glas ist jedoch nicht einfaches Glas, sondern speziell behandeltes und konstruiertes Glas:

1. Wird extra gehärtetes Glas (temperiertes Glas) verwendet. Durch die Wärmebehandlung ist es etwa vier- bis fünfmal stärker als normales, unbehandeltes Glas​.
2. Außerdem handelt es sich um Verbundsicherheitsglas. Dieses besteht aus zwei Glasschichten, die durch eine Kunststoff-Zwischenschicht (meist Polyvinylbutyral, PVB) verbunden sind. Diese Konstruktion sorgt dafür, dass das Glas bei einem Bruch nicht auseinanderfällt​. Zugleich erhöht die Kunststoffschicht die Gesamtstabilität und Widerstandsfähigkeit des Glases gegenüber mechanischen Belastungen und Umwelteinflüssen wie Feuchtigkeit und chemischen Substanzen.
3. Durch die Verwendung von Glas auf beiden Seiten der Module werden die thermischen und mechanischen Spannungen gleichmäßig verteilt. Das wiederum verringert die Gefahr von Materialermüdung durch thermische Ausdehnung und Kontraktion.

Natürlich gibt es diese Vorteile nicht umsonst.

Kosten und Amortisationszeit von Balkonkraftwerken mit bifazialen Solarmodulen im Vergleich zu monofazialen Modulen

Ein typisches bifaziales Balkonkraftwerk mit einer Leistung von 800 Watt kostet zwischen 800 bis 1.000 Euro​. Dagegen gibt es ein monofaziales Balkonkraftwerk mit 800 Watt Leistung bereits für 600 bis 800 Euro. Lohnt sich dann die Anschaffung, angesichts der Haltbarkeit, Stromerzeugung und Amortisationszeit? Aufschluss darüber gibt Dir folgende Rechnung:

1. Bifaziales Balkonkraftwerk:

• Anschaffungskosten: 900 Euro (Durchschnitt)
• Jährliche Energieproduktion: 900 kWh (Durchschnitt)
• Jährliche Einsparung: 900 kWh x 0,40 €/kWh = 360 Euro
• Amortisationszeit: 900 Euro / 360 Euro/Jahr = 2,5 Jahre

2. Monofaziales Balkonkraftwerk:

• Anschaffungskosten: 700 Euro (Durchschnitt)
• Jährliche Energieproduktion: 700 kWh (Durchschnitt)
• Jährliche Einsparung: 700 kWh x 0,40 €/kWh = 280 Euro
• Amortisationszeit: 700 Euro / 280 Euro/Jahr = 2,5 Jahre

Obwohl das bifaziale Balkonkraftwerke teurer in der Anschaffung ist, unterscheidet es sich wegen der höheren Stromproduktion nicht in seiner Amortisationszeit. Langfristig gesehen bieten bifaziale Solarmodule sogar eine höhere Einsparung.

Herausforderungen bei der Installation und Wartung bifazialer Balkonkraftwerke

Die Installation von bifazialen Solarmodulen für Balkonkraftwerke verlangt aber trotz all dieser Vorteile eine sorgfältige Planung. Beachte für eine erfolgreiche Installation:

Planung und Ausrichtung

1. Optimale Platzierung und Ausrichtung:

• Bifaziale Module arbeiten besonders effizient, wenn Du sie an Orten installierst mit einer hohen Reflexion. Etwa auf Balkonen mit hellen Böden oder Wänden. Außerdem kann eine Ost-West-Ausrichtung den ganztägigen Sonneneinfall maximieren, während ein reflektierender Untergrund die Lichtaufnahme auf der Rückseite der Module verstärkt​.
• Auch der Neigungswinkel spielt eine Rolle. Sowohl, um direktes als auch reflektiertes Licht effizient einzufangen. Für Balkonkraftwerke gilt generell ein Winkel von etwa 20 Grad als optimal.

2. Vermeide Schattenbildung:

• Das Modul darf von keinen Objekten verschattet werden. Dies gilt insbesondere für die Rückseite​.

Montage

Verwende stabile Halterungen und Klammern. Denn bifaziale Solarmodule können bis zu 20 % schwerer sein als monofaziale Module. So wiegt ein typisches bifaziales Modul etwa 24,4 kg. Ein vergleichbares monofaziales Modul wiegt nur rund 19,7 kg​. In diesem Zusammenhang muss auch die Traglast Deines Balkongeländers oder des Untergrundes berücksichtig werden.

Wartung

Da bifaziale Solarmodule Licht von beiden Seiten absorbieren, müssen sie auch beidseitig von Staub und Schmutz befreit werden. Eine gründliche Reinigung sollte einmal pro Jahr erfolgen. Bei stärkeren Verschmutzungen vielleicht auch alle 6 Monate. Verwende dazu ausschließlich destilliertes Wasser, um Wasserflecken und Kalkablagerungen auf den Modulen zu vermeiden. Zusätzlich kannst Du ein mildes, möglichst ökologisches Reinigungsmittel benutzen. Achtung: Um Kratzer auf den Oberflächen zu vermeiden, säubere die Solarmodule Deines Balkonkraftwerks nur mit einem weichen Lappen oder einer weichen Bürste!

Welche spezifischen Anwendungsbereiche gibt es für bifaziale Solarmodule bei Balkonkraftwerken?

Du siehst: Bifaziale Solarmodule sind besonders vielseitig. Wegen ihrer Technik kannst Du sie sowohl horizontal als auch vertikal montieren. So kannst Du selbst bei wenig Platz Deinen eigenen Strom erzeugen. Beachte aber das höhere Gewicht der Module. Eine Montage ist daher nur nach ausreichender Prüfung der Statik und Traglast des Balkongeländers möglich. Lass Dich außerdem nicht vor den höheren Anschaffungskosten abschrecken. Denn wegen der verbesserten Schwachlichtausbeute haben sich die höheren Anfangskosten genauso schnell amortisiert, wie das bei vergleichbaren monofazialen Modulen der Fall ist. Und langfristig gesehen sparst Du wegen dem höheren Wirkungsgrad auch noch zusätzlich Geld.