Artikel aktualisiert am 19.03.2024
von Boris Stippe | ca: 7 Min. zu lesen

Bifacial-Zelle

Was sind zweiseitige Solarzellen in Solarmodulen?

Eine bifaciale Solarzelle ist eine Solarzelle, die Licht von beiden Seiten aufnehmen und umwandeln kann, da sie auf beiden Seiten eine photoaktive Schicht besitzt. Dies ermöglicht eine höhere Energieerzeugung und einen höheren Wirkungsgrad im Vergleich zu herkömmlichen einseitigen Solarzellen.

Bifacial Solarpanele
Bifacial Solarpanele (Bildquelle: abriendomundo – stock.adobe.com)

Eine Mehrfachsolarzelle, auch bifaziale Solarzelle genannt, ist eine Art Solarzelle, die Licht auf beiden Seiten des Zellkörpers absorbieren und in elektrische Energie umwandeln kann. Im Gegensatz zu herkömmlichen einseitigen Solarzellen, die Licht nur von einer Seite absorbieren können, nutzt die Mehrfachsolarzelle die Reflexionseigenschaften von Oberflächen, um Licht von beiden Seiten der Zelle zu nutzen. Die photoaktive Schicht der Zelle ist auf beiden Seiten des Trägermaterials aufgebracht, was eine höhere Effizienz bei der Energieerzeugung ermöglicht.

Bifaziale Solarzellen können in monokristalliner, polykristalliner oder Dünnschichttechnologie hergestellt werden. Sie werden in der Regel in Freiflächenanlagen, Aufdachanlagen und vertikalen Solarmodulen eingesetzt. In Freiflächensolarkraftwerken können bifaciale Zellen in horizontaler oder vertikaler Ausrichtung verwendet werden, um das von der Erdoberfläche und den Wolken reflektierte Sonnenlicht zu nutzen. In Aufdachanlagen können sie auf beiden Seiten des Daches installiert werden, um die Sonnenenergie von beiden Seiten des Daches zu nutzen. Vertikale Solarmodule können als lichtdurchlässige Fenster in Gebäuden installiert werden, um das Sonnenlicht sowohl von innen als auch von außen zu nutzen.

Der Einsatz von bifacialen Solarzellen zur Erzeugung von Solarenergie bietet im Vergleich zu herkömmlichen einseitigen Solarzellen eine höhere Energieausbeute und einen verbesserten Wirkungsgrad.

Wie funktioniert eine Bifacial-Zelle?

Die Funktionsweise einer Doppelfacetten-Zelle ist relativ einfach. Wenn Licht auf die Vorderseite der Zelle trifft, wird es vom Zellmaterial absorbiert und erzeugt Elektronen in der photoaktiven Schicht. Diese Elektronen werden dann durch das elektrische Feld der Zelle bewegt und erzeugen einen Stromfluss. Gleichzeitig kann Licht von der Rückseite der Zelle reflektiert werden, entweder von der Oberfläche, auf der die Zelle montiert ist, oder von anderen Oberflächen in der Umgebung. Dieses reflektierte Licht wird dann von der photoaktiven Schicht auf der Rückseite der Zelle absorbiert und in elektrische Energie umgewandelt.

Der Wirkungsgrad von Mehrfachsolarzellen hängt von verschiedenen Faktoren ab, unter anderem von der Art des verwendeten Materials und der Dicke der photoaktiven Schicht, der Art der umgebenden Oberflächen sowie der Intensität und Art des einfallenden Lichts. Die Energieerzeugung von Mehrfachsolarzellen kann durch den Bifacialitätsfaktor beschrieben werden, der das Verhältnis der Energieerzeugung auf der Vorder- und der Rückseite der Zelle angibt.

Bifaziale Zellen können auf verschiedene Weise eingesetzt werden, unter anderem in Freiflächensolarkraftwerken, Aufdachsolarkraftwerken und vertikalen Solarmodulen. In Freiflächen-Solarkraftwerken können Solarzellen horizontal oder vertikal angeordnet werden, um das von der Erdoberfläche und den Wolken reflektierte Sonnenlicht zu nutzen. In Aufdachanlagen können sie auf beiden Seiten des Daches installiert werden, um die Sonnenenergie von beiden Seiten des Daches zu nutzen. Vertikale Solarmodule können als lichtdurchlässige Fenster in Gebäuden installiert werden, um das Sonnenlicht sowohl von innen als auch von außen zu nutzen.

Wie wird der Wirkungsgrad von Mehrfachsolarzellen gemessen?

Der Wirkungsgrad von Mehrfachsolarzellen, auch Multi-Junction-Solarzellen genannt, wird üblicherweise anhand der Kurzschlussstromdichte (Jsc), der Leerlaufspannung (Voc) und des Füllfaktors (FF) gemessen. Der Wirkungsgrad einer Solarzelle gibt an, wie effektiv die Solarenergie in elektrische Energie umgewandelt wird.

Mehrfachsolarzellen bestehen aus mehreren Schichten von Halbleitermaterialien, die jeweils unterschiedliche Energiebandlücken aufweisen und somit unterschiedliche Lichtspektren absorbieren können. Die Schichten sind so angeordnet, dass das von der Sonne auf die Zelle auftreffende Licht die verschiedenen Schichten durchdringt und die Energie der verschiedenen Lichtspektren effektiver genutzt wird. Dies ermöglicht eine höhere Energieumwandlungseffizienz im Vergleich zu herkömmlichen einstufigen Solarzellen.

Die Kurzschlussstromdichte (Jsc) ist die maximale Stromdichte, die von der Solarzelle erzeugt wird, wenn sie kurzgeschlossen ist und somit keine Last angeschlossen ist. Die Jsc wird durch die Absorption von Licht durch die photoaktive Schicht der Solarzelle erzeugt. Je größer Jsc ist, desto mehr Strom kann die Solarzelle erzeugen.

Die Leerlaufspannung (Voc) ist die maximale Spannung, die von der Solarzelle erzeugt wird, wenn kein Strom durch sie fließt. Die Voc hängt von der Bandlücke der photoaktiven Schicht ab und wird durch das elektrische Feld der Solarzelle erzeugt. Je größer Voc ist, desto höher ist die von der Solarzelle erzeugte Spannung.

Der Füllfaktor (FF) ist das Verhältnis zwischen dem Produkt aus Jsc und Voc und der von der Solarzelle erzeugten Leistung. Der FF gibt an, wie effektiv die Solarzelle Strom erzeugt. Je höher der FF, desto effizienter wandelt die Solarzelle Sonnenenergie in elektrische Energie um.

Der Wirkungsgrad von Mehrfachsolarzellen wird berechnet, indem Jsc, Voc und FF miteinander multipliziert und durch die Einstrahlungsleistung der Sonne dividiert werden. Die Einstrahlungsleistung der Sonne hängt von verschiedenen Faktoren wie Tageszeit, Standort und Jahreszeit ab. Der Wirkungsgrad von Mehrfachsolarzellen kann zwischen 30% und 50% liegen, abhängig von den verwendeten Materialien und dem Design der Solarzelle.

Insgesamt hängt der Wirkungsgrad von Mehrfachsolarzellen von vielen Faktoren ab, wie z.B. der Art und Menge der verwendeten Materialien, der Schichtdicke und dem Design der Solarzelle. Fortschritte in der Materialwissenschaft und der Fertigungstechnologie haben jedoch dazu beigetragen, dass der Wirkungsgrad von Mehrfachsolarzellen in den letzten Jahren stetig verbessert werden konnte.

Wie werden Bifacial-Zellen in der Praxis eingesetzt?

Bifaciale Zellen können in Freiflächensolarkraftwerken, Aufdachsolarkraftwerken und vertikalen Solarmodulen eingesetzt werden. In Freiflächenanlagen können sie entweder horizontal oder vertikal angeordnet werden, um das von der Erdoberfläche und den Wolken reflektierte Sonnenlicht zu nutzen. Bei horizontaler Anordnung der Zellen wird die von der Erdoberfläche reflektierte Strahlung auf der Rückseite der Zelle absorbiert, während die direkte Sonnenstrahlung auf der Vorderseite absorbiert wird. Bei vertikaler Anordnung der Zellen wird das von den Wolken und der umgebenden Vegetation reflektierte Licht auf beiden Seiten der Zelle genutzt.

Bei Aufdachanlagen können bifaziale Zellen auf beiden Seiten des Daches installiert werden, um die Sonnenenergie von beiden Seiten des Daches zu nutzen. Diese Art der Installation wird als bifaziales Dach bezeichnet. Bifaziale Dächer werden zunehmend in der Bauindustrie eingesetzt, da sie nicht nur Energie erzeugen, sondern auch als Wärme- und Schalldämmung dienen können.

Vertikale Solarmodule können als lichtdurchlässige Fenster in Gebäuden installiert werden, um das Sonnenlicht sowohl von innen als auch von außen zu nutzen. Diese Art der Installation wird als bifaziales Fenster bezeichnet. Bifaziale Fenster können in der Bauindustrie eingesetzt werden, um Gebäude energieeffizienter zu machen und die Abhängigkeit von nicht erneuerbaren Energiequellen zu verringern.

Wie unterscheidet sich die Leistung von Bifacial-Zellen von herkömmlichen Solarzellen?

Bifaciale Zellen haben in der Regel eine höhere Energieausbeute und einen höheren Wirkungsgrad als herkömmliche einseitige Solarzellen. Die genauen Leistungsunterschiede hängen jedoch von verschiedenen Faktoren wie Standort, Ausrichtung und Umgebungsbedingungen ab. Die Effizienz von Mehrfachsolarzellen wird in der Regel durch den Bifaciality-Faktor oder das Verhältnis der Energieerzeugung auf der Vorder- und Rückseite der Zelle gemessen. Ein höherer Bifacialitätsfaktor bedeutet eine höhere Energieerzeugung auf beiden Seiten der Zelle.

In Freiflächen-Solarkraftwerken können Solarzellen horizontal oder vertikal angeordnet werden, um das von der Erdoberfläche und den Wolken reflektierte Sonnenlicht zu nutzen. Wenn die Zellen horizontal angeordnet sind, kann die von der Erdoberfläche reflektierte Strahlung auf der Rückseite der Zelle absorbiert werden, während die direkte Sonnenstrahlung auf der Vorderseite absorbiert wird. Bei vertikaler Anordnung der Zellen kann das von den Wolken und der umgebenden Vegetation reflektierte Licht auf beiden Seiten der Zelle genutzt werden.

Bei Aufdachanlagen können bifaziale Zellen auf beiden Seiten des Daches installiert werden, um die Sonnenenergie von beiden Seiten des Daches zu nutzen. Diese Art der Installation wird als bifaziales Dach bezeichnet. Bifaziale Dächer können mehr Energie erzeugen als herkömmliche einseitige Solardächer, da sie das von der Umgebung und der Dachoberfläche reflektierte Licht nutzen können.

Fazit

Die bifaciale Solarzelle ist eine Solarzelle, die Licht von beiden Seiten des Zellkörpers absorbieren und in elektrische Energie umwandeln kann. Im Vergleich zu herkömmlichen einseitigen Solarzellen kann die bifaziale Zelle Licht von der Umgebung und der Erdoberfläche reflektieren und nutzen, was zu einer höheren Energieausbeute und einem höheren Wirkungsgrad führt. Die Leistung bifazialer Zellen hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie z. B. der Art des Materials und der Dicke der photoaktiven Schicht. Der Wirkungsgrad von Mehrfachsolarzellen wird anhand der Kurzschlussstromdichte, der Leerlaufspannung und des Füllfaktors gemessen. Bifaziale Zellen können in Freiflächenanlagen, Aufdachanlagen und vertikalen Solarmodulen eingesetzt werden, um Gebäude energieeffizienter zu machen und den Übergang zu einer saubereren und nachhaltigeren Energieversorgung zu beschleunigen.

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