Bifaciale modules: weet jij waarom het loont om ze te installeren?

Enkelzijdige PV-modules bestaan uit een voorkant waarop de fotovoltaïsche cellen zichtbaar zijn die elektriciteit produceren via het foto-elektrisch effect, en een achterkant die bedekt wordt door de backsheet. De backsheet bestaat uit een of meer lagen die de achterkant van de module isoleren, zodat er geen licht op/in valt.

Bifaciale PV-modules hebben daarentegen een transparante achterkant, vaak (maar niet in 100% van de gevallen) gemaakt van glas. Door de transparante achterkant kan licht de achterkant van de cellen bereiken en zelfs door het paneel heen gaan. Je kunt je voorstellen dat dit licht dan op het dak of de grond kan weerkaatsen en weer door diezelfde PV module kan gaan en hiermee (extra) bijdragen aan stroomproductie.

Volgens de datasheets van PV-modules van verschillende fabrikanten kunnen bifacial modules tot 30% meer vermogen produceren dan klassieke enkelzijdige modules met dezelfde kenmerken.

Helaas is de toename in vermogen en stroom niet eenvoudig in te schatten en hangt dit sterk af van de plaatsing omstandigheden. Denk hierbij aan het aantal objecten in de nabijheid, tijd van het jaar enzovoorts.

Bifaciale modules brengen in de regel meer op dan ‘klassieke’ modules, dat is logisch. Immers bij bifaciale modules is er meer actief oppervlakte om vermogen te generen. Maar bifaciale PV-modules zullen totaal verschillende toenames in vermogen (en stroom) zien, ten opzichte van een ‘normale’ PV-module, afhankelijk van hoe je de bifaciale modules plaatst.
Een bifaciale module die op de gewone manier op een dak wordt geïnstalleerd (zonder verdere aanpassingen) zal een mindere toename in vermogen ervaren dan een bi-faciale module die enkele centimeters hoger wordt geplaatst. Beide vermogenstoenames wijken weer af t.o.v. een bifaciale PV-module die op hoge palen op een grasveld wordt geïnstalleerd. Dit geldt zelfs als de modules de dezelfde oriëntatie (dus hoek en azimuth) hebben. De extra opbrengst van bifacial zit hem in de hoeveelheid licht die van de onderkant de module bereikt.

Twee van de belangrijkste variabelen om rekening mee te houden zijn de albedo van de reflecterende oppervlakken (hoeveel licht wordt gereflecteerd, bijvoorbeeld door dakpannen, gras of water) en de moduletemperatuur. Aangezien een bifaciale module meestal op een veld of op water wordt geïnstalleerd en een verbeterde luchtcirculatie leidt tot meer connectieve koeling, dus het paneel wordt minder heet en presteert dus beter.

In de datasheet van een bifaciale PV-module worden vaak twee variabelen met betrekking tot bifacialiteit vermeld. Dit zijn variabelen die niet voorkomen in de gegevensbladen van klassieke, enkelzijdige PV-modules: de bifacialiteitsfactor en de vermogenswinst.

Dit is een intrinsieke eigenschap van de module en drukt het vermogen uit dat door de achterkant zou kunnen worden gegenereerd als deze aan direct zonlicht zou worden blootgesteld. D.w.z. als de module ondersteboven zou worden gehouden en in optimale omstandigheden (STC) zou worden geplaatst.

De bifacialiteitsfactor wordt weergegeven als een percentage, omdat deze gerelateerd is aan de voorzijde. Voor een module van 400 W met een bifacialiteit van 80 % krijgen we een hypothetisch vermogen van 320 W aan de achterkant.

Aangezien de module niet zo kan worden geplaatst dat beide zijden 100% instraling kunnen krijgen, is deze bifacialiteitsfactor in de praktijk een onhaalbare waarde. Hierom zal de werkelijke vermogenswinst dus veel beperkter zijn.

In gegevensbladen wordt dit begrip uitgedrukt in een percentagebereik van meestal tot 30%. Deze waarde drukt de vermogenswinst uit in vergelijking met het gebruik van alleen de voorkant van de module.

Zo kan een Bifaciale module van 400 W met een vermogenswinst van 15% onder bepaalde omstandigheden 460 W produceren.

Naast de vermogenswinst vermelden gegevensbladen vaak ook bepaalde stroom- en spanningswaarden. Houd er rekening mee dat bij het kiezen van een omvormer de spanningen bijna onveranderd blijven en dat de toename voornamelijk gerelateerd is aan de DC-stromen. Immers, meer instraling is vooral meer stroom! Als de bifaciale modules op water zijn geplaatst zal het koelende effect zorgen voor een hogere spanning. Op deze manier wordt het product ‘vermogen’ wat stroom maal spanning is (P = U x I) dus zowel via de spanning (door koeling) verhoogd als via de stroom (door meer instraling op het PV oppervlak).

Nu vraagt u zich waarschijnlijk af: "Wat zou ik doen als ik een bifaciale module optimaal zou willen benutten?". Om optimaal te profiteren van dit type paneel, kunt u het beste installaties op (gras)grond maken, op palen, op het water of op een andere manier die ervoor zorgt dat zoveel mogelijk licht ook op de achterkant van de modules valt. Je wilt dus gebruikmaken van oppervlakken met een hoog albedo achter de module, o.a. water of heldere oppervlakken.

Door de vele variabelen is het ingewikkeld om de werkelijke vermogenswinst te schatten. Om deze winst in te schatten, hebben we met speciale software twee simulaties uitgevoerd van installaties met modules die deze technologie gebruiken.

Deze simulaties zijn niet bedoeld als casestudy, gezien de vele variabelen, maar we hebben ze uitgevoerd om een idee te krijgen van wat een hypothetische toename zou kunnen zijn.

De simulatie betrof 2 verschillende installaties van 118 kW op een plat dak; op het zuiden gericht en met een hellingshoek van 10°: 

Simulatie 1 met enkelzijdige modules van 420Wp.

Simulatie 2 met bifaciale modules met hetzelfde vermogen van 420Wp.

De energieproductie van de monofaciale modules is ongeveer 1017 kWh/kWp/jaar, terwijl die van de bifaciale modules 1074 kWh/kWp/jaar is. Dit is bij een albedo van 0,20 (± het albedo van een gazon), met een productieverschil van 57 kWh/kWp/jaar.

In deze simulatie en onder deze omstandigheden wordt dus een productietoename van ongeveer 5,6% bereikt als bifaciale modules worden gebruikt.

Deze toename is puur theoretisch en zou uiteraard veranderen door de materialen of kleuren in de omgeving van deze modules te veranderen.

Een van de grootste PV-installaties ter wereld die ook gebruik maakt van bifacial-moduletechnologie is het 900 MW Mohammed bin Rashid Al Maktoum Solar Park in Dubai, Verenigde Arabische Emiraten.

Het gebruik van bifacial modules in plaats van klassieke enkelzijdige modules, vooral bij installatie boven water, op palen of in situaties waar de achterkant ‘vrij’ is om licht te ontvangen, zal een voordeel zijn voor het bifaciale PV-systeem. Een bifaciaal systeem is namelijk in staat om een grotere hoeveelheid energie te produceren, door meer gebruik te maken van diffuus licht dat door de omgeving wordt gereflecteerd en effectief in de zonnecellen wordt opgenomen.

Bifaciale modules worden steeds populairder op de PV-markt. Gekenmerkt door hun vermogen om licht te ontvangen van beide zijden van de fotovoltaïsche cel, onderscheiden ze zich van de klassieke enkelzijdige modules. Wanneer je de parameters van een gegevensblad voor deze producten vergelijkt, moet je letten op de bifacialiteitsfactor en de vermogenswinst. 

In het kort:

• Bifacial modules zijn het resultaat van voortdurende technologische innovatie en voortdurend onderzoek
• Bifacial fotovoltaïsche modules hebben een transparante backsheet, meestal gemaakt van glas: hierdoor kan het licht ook de achterkant van de cellen bereiken
• Met dezelfde technische specificaties kunnen bifaciale modules tot 30% meer vermogen produceren
• Bij de evaluatie van een product moet rekening worden gehouden met zowel de bifacialiteitsfactor als de vermogenswinst

Advies nodig bij de keuze enkelzijdige en Bifaciale modules voor jouw klant? Bel 088-7867243 of mail naar info@remove-this.memodo.nl.