Panele dwustronne (bifacial) dają większy uzysk energii z jednego modułu i pozwalają na szybszy zwrot kosztów inwestycyjnych, niż przy tradycyjnych instalacjach fotowoltaicznych. Jednak nie wszędzie można i nie wszędzie warto je montować. Moduły bifacialne wymagają określonych warunków. Prawidłowo zainstalowane, uzyskują 80% gwarantowanej mocy nawet po 30 latach, a ich duża stabilność ogranicza powstawanie mikropęknięć.
Jak działają dwustronne panele fotowoltaiczne?
Dwustronne panele fotowoltaiczne, znane również jako moduły dwustronnie aktywne, to zaawansowana technologia wykorzystująca dwie strony panelu słonecznego do generowania energii elektrycznej. W odróżnieniu od tradycyjnych, jednostronnych paneli, które wykorzystują tylko jedną stronę do absorpcji światła słonecznego, dwustronne panele mają zdolność do absorpcji światła na obu stronach.
Działanie dwustronnych paneli fotowoltaicznych opiera się na tym samym procesie, co tradycyjne panele słoneczne. Proces ten nazywa się efektem fotowoltaicznym, który polega na przekształcaniu energii słonecznej w energię elektryczną.
Czym różnią się panele monofacial od paneli bifacial
Jednostronne (monofacial) ogniwa fotowoltaiczne, zarówno polikrystaliczne, jak i panele monokrystaliczne, pochłaniają światło tylko z jednej strony. Ich tylna warstwa (tzw. backsheet) to folia ochrona EVA. Ogniwa dwustronne (bifacial) mogą pochłaniać światło zarówno z przodu, jak i z tyłu, co skutkuje wyższymi wskaźnikami produkcji energii i wyższą wydajnością. Panele bifacialne mają warstwę aktywną z dwóch stron: moduł może absorbować światło, które pada na niego bezpośrednio, ale również światło, które jest odbite i dociera do niego od drugiej strony („od tyłu”).
Panele dwustronne mają trzy możliwe konfiguracje przepływu elektronów:
- 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.
Zależy to samej budowy komórek bificjalnych ogniwa.
Dwustronne panele fotowoltaiczne mają kilka zalet w porównaniu z jednostronnymi panelami. Po pierwsze, ich wydajność energetyczna jest wyższa, ponieważ są w stanie generować więcej energii dzięki wykorzystaniu odbitego i rozproszonego światła słonecznego. Po drugie, dwustronne panele są bardziej wytrzymałe, ponieważ ich tylna strona jest również wykonana z materiału fotowoltaicznego, co sprawia, że są bardziej odporne na uszkodzenia mechaniczne.
Jak zbudowane są panele fotowoltaiczne dwustronne?
Moduły dwustronne mają standardowe wymiary, ale inną budowę niż moduły jednostronne. Najczęściej są to moduły bez ram (mają tzw. niski profil), a ogniwa zamknięte są pomiędzy dwoma przezroczystymi warstwami szkła hartowanego (glass-glass, double glass) lub innego transparentnego tworzywa. Tak jest zarówno w przypadku modułów skonstruowanych z krzemu monokrystalicznego, jak i z krzemu polikrystalicznego.
Panele bifacial charakteryzują się wysoką odpornością na obciążenie statyczne i uszkodzenia chemiczne, dzięki czemu są przystosowane do pracy w ciężkich warunkach np. na terenach o dużej wilgotności i zasoleniu czy wysokim skażeniu powietrza. Są tańsze w dłuższym okresie eksploatacji w porównaniu do standardowych modułów. Ich zdecydowanym minusem jest wysoka waga, ograniczająca użycie do określonych lokalizacji.
Na czym polega specyfika montażu modułów bifacial
Dwustronnych paneli fotowoltaicznych nie powinno się montować na dachu, ponieważ są dużo cięższe od jednostronnych, a tył modułu nie zawsze będzie wtedy efektywnie pracował, czyli efektywnie pozyskiwał energię promieniowania słonecznego. Specyfika montażu paneli bifacialnych polega na tym, że powinny one być zamontowane pod takim kątem, aby umożliwić obu stronom panela przechwytywanie maksymalnie dużej ilości światła: jednej z bezpośredniego promieniowania słonecznego, drugiej – z odbić. Aby odbicie było efektywne, powierzchnia, na której są montowane panele dwustronne musi charakteryzować się dużym albedo, czyli mieć dużą zdolność odbijania światła słonecznego. Takie warunki spełniają np. żwir lub piasek (60%) czy beton pomalowany refleksyjną białą farbą (60-80%).
Prawidłowo zamontowane moduły bifacialne to o 20% więcej energii z fotowoltaiki niż w przypadku paneli jednostronnych. Panele dwustronne to także wyższa wydajność przy niższym oświetleniu – w punkcie szczytowym jest o około 25% wyższa niż przy zastosowaniu paneli jednostronnych, a na przestrzeni całego dnia różnica wynosi około 10-15%.
Zastosowanie paneli dwustronnych
Panele dwustronne bardzo często stosuje się w systemach fotowoltaicznych zintegrowanych z budynkami (BIPV – Building Integrated Photovoltaics). Wykorzystywane są także przy konstrukcji wiat fotowoltaicznych czyli carportów. Panele bifacial nadają się zarówno do montażu na budynkach, jak i na gruncie, gdzie najwyższe uzyski osiągają zamontowane na jednoosiowym systemie nadążnym (solar tracking system).
Pisaliśmy, że dwustronnych paneli fotowoltaicznych nie powinno się montować się na dachu – nie oznacza to jednak, że w sprzyjających warunkach nie możemy tego zrobić. Jeśli nośność dachu jest odpowiednia, a sam dach pokryty jest białym lub szarym materiałem dachowym, możemy spróbować stworzyć adekwatny do warunków system montażowy. Należy pamiętać, że choć koszty produkcji paneli dwustronnych są niewiele wyższe od kosztów produkcji tradycyjnych paneli jednostronnych, ich cena rynkowa jest zdecydowanie wyższa. Znawcy tematu są zdania, że w najbliższych latach ceny obu rodzajów technologii powinny się wyrównać .
Podsumowanie
Początkowo panele dwustronne stosowane były tylko w niszowych zastosowaniach, np. na statkach kosmicznych. Obecnie znajdują one zastosowanie w instalacjach przeznaczonych do zastosowań indywidualnych i komercyjnych. Instalacje z panelami bifacial charakteryzują się wyższą wydajnością, nawet w trudnych warunkach atmosferycznych, ponieważ panele te są dużo trwalsze i odporniejsze na pęknięcia. Prawidłowo zamontowane moduły bifacialne to o 20% więcej energii niż w przypadku paneli jednostronnych.