Bifacjalność paneli słonecznych: kompleksowy przewodnik od zasad do zastosowań

Spis treści

1. Wprowadzenie
2. Czym jest bifacjalność paneli słonecznych?
3. Porównanie modułów bifacjalnych i monofacjalnych
4. Rodzaje paneli słonecznych bifacjalnych na rynku
5. Jakie czynniki wpływają na wzrost produkcji energii w modułach bifacjalnych?
6. Scenariusze zastosowania paneli słonecznych bifacjalnych
7. Scenariusze, w których panele słoneczne bifacjalne nie są zalecane
8. Zakończenie

Wprowadzenie

W miarę jak energia odnawialna szybko się rozwija, technologia fotowoltaiczna nadal ewoluuje, aby sprostać rosnącemu zapotrzebowaniu na energię. Panele słoneczne bifacjalne, jako innowacyjne rozwiązanie solarne, stopniowo stają się popularnym wyborem na rynku dzięki zdolności do jednoczesnego generowania energii z obu stron. W porównaniu z tradycyjnymi modułami monofacjalnymi, moduły bifacjalne mogą skuteczniej wykorzystywać światło otoczenia, znacząco poprawiając efektywność produkcji energii i odgrywając tym samym kluczową rolę w globalnej transformacji energetycznej. Niniejszy artykuł zagłębi się w koncepcję paneli słonecznych bifacjalnych, różne dostępne na rynku typy, czynniki wpływające na wzrost produkcji energii, analizę kosztów i korzyści oraz szerokie scenariusze ich zastosowania. Celem jest dostarczenie czytelnikom kompleksowej wiedzy i wglądu w tę nowoczesną technologię. Poprzez dokładne poznanie technologii fotowoltaiki bifacjalnej mamy nadzieję wzbudzić większe zainteresowanie zrównoważonymi rozwiązaniami energetycznymi i promować rozwój zielonej energii.

Czym jest bifacjalność paneli słonecznych?

Panele słoneczne bifacjalne to moduły zdolne do generowania energii elektrycznej zarówno z przodu, jak i z tyłu. Wykorzystują one bifacjalne ogniwa słoneczne, przy czym tył panelu jest zazwyczaj osłonięty przezroczystymi materiałami (takimi jak szkło lub przezroczyste tylne folie). Oprócz generowania energii z przodu, tył może również wychwytywać rozproszone i odbite światło z otoczenia, co prowadzi do dodatkowej produkcji energii.

Dzięki zdolności paneli słonecznych bifacjalnych do generowania energii z dwóch kierunków, bifacjalność stała się istotnym wskaźnikiem oceny ich wydajności. Bifacjalność, znana również jako współczynnik bifacjalności lub stosunek bifacjalny, mierzy stosunek zdolności produkcji energii przez tył i przód modułów bifacjalnych w standardowych warunkach testowych, odgrywając kluczową rolę w ocenie ich wydajności.

Na przykład, w standardowych warunkach testowych (STC), jeśli moc testowa tyłu bifacjalnego modułu fotowoltaicznego wynosi 350 watów, a przodu 500 watów, to obliczenie bifacjalności wynosi 350/500 = 70%. Oznacza to, że tył panelu przyczynia się do 70% zdolności produkcji energii w porównaniu do przodu.

Porównanie modułów bifacjalnych i monofacjalnych

Porównując wydajność i charakterystykę paneli słonecznych bifacjalnych z modułami monofacjalnymi, można zaobserwować istotne różnice w wielu aspektach. Poniższa tabela przedstawia kompleksowe porównanie tych dwóch typów paneli słonecznych, pomagając wyjaśnić zalety i ograniczenia paneli bifacjalnych w porównaniu do monofacjalnych pod względem konwersji energii, środowiska instalacji, produkcji energii, kosztów, trwałości, wyglądu oraz efektywności wykorzystania powierzchni.

Panele bifacjalne wykazują wyraźne zalety w zakresie produkcji energii, dostosowania do środowisk instalacyjnych i efektywności wykorzystania powierzchni, szczególnie w środowiskach o wysokiej refleksyjności, gdzie mogą znacząco zwiększyć produkcję energii. Jednakże warto rozważyć początkowy koszt inwestycji oraz złożoność konstrukcji. Dlatego przy wyborze odpowiedniego rozwiązania fotowoltaicznego użytkownicy powinni ocenić mocne i słabe strony obu typów modułów, biorąc pod uwagę środowisko instalacji, budżet oraz potrzeby w zakresie produkcji energii, aby dokonać najbardziej odpowiedniego wyboru dostosowanego do ich sytuacji.

Rodzaje paneli słonecznych bifacjalnych na rynku

Obecnie na rynku dostępnych jest wiele rodzajów paneli słonecznych bifacjalnych, w tym moduły: Passivated Emitter Rear Cell (PERC), Passivated Emitter Rear Localized Diffusion (PERL), Passivated Emitter Rear Full Diffusion (PERT), Heterojunction Intrinsic Thin Layer (HIT), Interdigitated Back Contact (IBC) oraz Tunnel Oxide Passivated Contact (TOPCon).

PERC

• Sprawność: Przód 19,4–21,2%; Tył 16,7–18,1%
• Bifacjalność: 70–80%
• Główne zastosowanie: Komercyjne; stopniowo wycofywane, zazwyczaj oparte na monokrystalicznych ogniwach krzemowych typu p.

IBC

• Sprawność: Przód 22,0-23,2%; Tył 16,1-18,2%
• Bifacjalność: 70–80%
• Oparte głównie na: Monokrystalicznych ogniwach krzemowych typu n, bez metalowych linii siatki z przodu.
• Główne zastosowanie: Komercyjne; udział w rynku wynosi około 15%.

HJT

• Sprawność: Przód 22,1-23,7%; Tył 21,4-23,3%
• Bifacjalność: 95–100%
• Główne zastosowanie: Komercyjne; udział w rynku wynosi około 10%, zazwyczaj oparte na monokrystalicznych ogniwach krzemowych typu n.

TOPCon

• Sprawność: Przód 22,0-23,3%; Tył 18,4-20,3%
• Bifacjalność: 70–90%
• Oparte na: Monokrystalicznych ogniwach krzemowych typu n, cechujących się doskonałą wydajnością konwersji fotoelektrycznej i niskim współczynnikiem temperaturowym.
• Stopniowo wchodzące na rynek: Udział w rynku wynosi około 70%.

Czynniki wpływające na wzrost mocy modułów bifacjalnych

Minimalna wysokość nad ziemią: Generalnie im wyżej panele bifacjalne są zamontowane nad ziemią, tym bardziej wyraźny jest efekt wzrostu mocy z tyłu. Jednak po przekroczeniu wysokości 1,3 metra wzrost natężenia promieniowania docierającego do tylnej strony zaczyna się stabilizować. Dlatego, biorąc pod uwagę obciążenie stelaża, koszty i konserwację, zaleca się utrzymywanie wysokości nad ziemią w zakresie od 0,7 do 1,2 metra.

Refleksyjność podłoża: Tylna strona paneli bifacjalnych może wykorzystywać odbite światło z podłoża do produkcji energii. Im wyższa refleksyjność podłoża, tym silniejsze światło dociera do tylnej strony, co przekłada się na lepszą wydajność produkcji energii. W porównaniu do tradycyjnych systemów modułowych, moduły bifacjalne osiągają największy wzrost mocy na tle pokrytym śniegiem, z przybliżoną kolejnością refleksyjności: śnieg > piasek/cement > gleba > trawa > woda. Przybliżoną refleksyjność można sprawdzić na poniższym schemacie:

Z naukowego punktu widzenia różne typy technologii (takie jak PERC, HJT, IBC, TOPCon itp.) wykazują istotne różnice w zakresie wzrostu mocy z tyłu modułów bifacjalnych. Poniższa tabela przedstawia szczegóły dotyczące efektów wzrostu mocy z tyłu i związane z tym dane refleksyjności dla modułów bifacjalnych w różnych warunkach podłoża.

Na podstawie danych z tabeli można zauważyć, że technologia HJT najlepiej sprawdza się w środowiskach o wysokiej refleksyjności (takich jak śnieg), podczas gdy technologia PERC wykazuje stosunkowo przeciętną wydajność we wszystkich środowiskach, ale nieco słabiej radzi sobie w warunkach wysokiej refleksyjności. Technologie IBC i TOPCon wykazują stabilną wydajność w różnych scenariuszach refleksyjności, zwłaszcza w kontekstach o umiarkowanej refleksyjności (takich jak podłoże piaszczyste/cementowe i grunty rolne). Dlatego przy wyborze lokalizacji instalacji pełne uwzględnienie charakterystyki refleksyjności podłoża może skutecznie zoptymalizować wydajność produkcji energii w modułach bifacjalnych. Wybór odpowiednich środowisk refleksyjnych w połączeniu z właściwym typem technologii przyczyni się do uzyskania wyższych korzyści z produkcji energii.

Kąt nachylenia modułów: Podczas instalacji należy dążyć do skorygowania orientacji modułów, aby zmaksymalizować ekspozycję na promieniowanie słoneczne.

W Polsce, gdzie szerokość geograficzna wynosi od 49°N do 54°N, zimowe promieniowanie słoneczne jest niższe, co sprawia, że kąt nachylenia ma większy wpływ na produkcję energii. Na południu, np. w Krakowie (około 50° szerokości geograficznej), optymalny kąt nachylenia wynosi 40°, podczas gdy na północy, np. w Gdańsku (około 54° szerokości), wzrasta do 44°. W Polsce moduły powinny być montowane na południe, aby maksymalnie wykorzystać promieniowanie słoneczne przez cały rok.

Odstęp między modułami: Odpowiednie odstępy między modułami pomagają zmniejszyć zacienienie, zapewniając wystarczającą ilość światła zarówno na przedniej, jak i tylnej stronie każdego modułu. Im większy odstęp między rzędami modułów, tym bardziej wyraźny jest efekt wzrostu mocy z tyłu. Jednak podczas rzeczywistej instalacji konieczne jest dostosowanie odstępów do specyficznych warunków projektu, aby zrównoważyć korzyści związane z produkcją energii i koszty konstrukcji.

Projekt struktury wsporczej: Podczas instalacji modułów bifacjalnych szyny wsporcze muszą być umieszczone na krawędziach modułów, aby uniknąć zacienienia tylnej strony i zminimalizować zacienienie spowodowane przez inne elementy (takie jak falowniki) na tylnej stronie modułów. Tylna strona oraz otoczenie mogą znacząco wpływać na wzrost mocy z tyłu, dlatego dokładne uwzględnienie przepływu światła na tylnej stronie jest kluczowe na etapie początkowego projektowania układu.

Zastosowania paneli słonecznych bifacjalnych

Dzięki bifacjalnym właściwościom generowania energii, moduły bifacjalne pochłaniają bezpośrednie światło słoneczne z przodu, a także odbite światło od podłoża i rozproszone światło z powietrza z tyłu, co pozwala obu stronom generować energię. Daje to dużą swobodę w ustawieniu orientacji i kąta instalacji, co sprawia, że moduły bifacjalne nadają się do różnych scenariuszy instalacji.

Elektrownie naziemne

• Duża skala wdrożenia: Elektrownie naziemne zazwyczaj zajmują dużą powierzchnię, co umożliwia optymalne wykorzystanie zdolności modułów bifacjalnych do generowania energii z obu stron, zwiększając efektywność wykorzystania terenu.
• Elastyczny układ: Układ elektrowni naziemnych jest stosunkowo elastyczny i może być optymalizowany na podstawie takich czynników jak teren, warunki nasłonecznienia i prędkość wiatru, maksymalizując wykorzystanie zasobów słonecznych.
• Integracja z magazynowaniem energii: Elektrownie naziemne mogą być połączone z systemami magazynowania energii, co zapewnia stabilną produkcję energii i wzmacnia stabilność sieci.

Fotowoltaika w rolnictwie

• Komplementarność rolnictwa i energii słonecznej: Moduły bifacjalne mogą być zintegrowane z produkcją rolną, umożliwiając komplementarność między rolnictwem a energią słoneczną i zwiększając wykorzystanie ziemi.
• Poprawa środowiska upraw: Cień generowany przez moduły bifacjalne może obniżać temperaturę powierzchni, poprawiając warunki wzrostu roślin i zwiększając plony oraz jakość.
• Dodatkowy dochód dla rolników: Rolnicy mogą generować dodatkowe przychody poprzez wynajem dachów lub ziemi pod instalacje solarne.

Dachy komercyjne i przemysłowe

• Zaleta kąta nachylenia: Na dachach komercyjnych i przemysłowych o kącie nachylenia większym niż 20 stopni tylna strona modułów bifacjalnych może odbierać więcej rozproszonego światła, co dodatkowo zwiększa zwrot z produkcji energii.
• Wykorzystanie przestrzeni dachowej: Moduły bifacjalne mogą w pełni wykorzystać przestrzeń dachową, zwiększając produkcję energii, a także zapewniając cień i izolację termiczną.
• Autokonsumpcja: Przedsiębiorstwa mogą osiągnąć autokonsumpcję dzięki instalacji modułów bifacjalnych, obniżając koszty energii elektrycznej.

Wiaty i parkingi

• Ochrona przed słońcem i deszczem: Moduły bifacjalne mogą zapewniać cień i ochronę przed deszczem dla pojazdów, jednocześnie korzystając z czystej energii.
• Estetyczne i praktyczne: Moduły bifacjalne mogą harmonizować z budynkami, zwiększając atrakcyjność estetyczną i podnosząc jakość parkingów.
• Dodatkowa wartość: Operatorzy parkingów mogą zwiększyć przychody, oferując usługi dodatkowe, takie jak stacje ładowania.

Fotowoltaika zintegrowana z budynkiem (BIPV)

• Estetyczne i funkcjonalne: Moduły bifacjalne mogą być zintegrowane z fasadami budynków, dachami itp., zapewniając integrację architektoniczną i zwiększając atrakcyjność wizualną.
• Oszczędność energii i przyjazność dla środowiska: Systemy BIPV mogą zmniejszać zużycie energii w budynkach i obniżać emisję dwutlenku węgla.

Scenariusze, w których panele słoneczne bifacjalne nie są zalecane

Panele bifacjalne z podwójnym szkłem nie są odpowiednie do systemów fotowoltaicznych na dachach mieszkalnych oraz płaskich dachach komercyjnych i przemysłowych, ponieważ w takich przypadkach ograniczana jest ich wydajność i bezpieczeństwo, co uniemożliwia pełne wykorzystanie ich zalet technicznych.

• Problemy z wagą: Moduły z podwójnym szkłem zazwyczaj wykorzystują szkło półhartowane o grubości 2,0*2,0 mm, które jest znacznie cięższe niż moduły jednoszklane o tym samym rozmiarze, co zwiększa nacisk na dach. Jeśli nośność dachu jest ograniczona, instalacja modułów z podwójnym szkłem może nie być odpowiednia.
• Brak dodatkowej produkcji energii z tylnej strony: W przypadku montażu modułów równo z dachem nie ma możliwości wykorzystania odbić światła, co skutkuje brakiem dodatkowej produkcji energii z tylnej strony modułów dwuszybowych.
• Ryzyko pęknięcia: Systemy fotowoltaiczne na dachach mieszkalnych zwykle wymagają złożonych środowisk transportowych i instalacyjnych. W porównaniu do modułów jednoszklanych (3,2 mm w pełni hartowane szkło), moduły z podwójnym szkłem są bardziej podatne na pęknięcia, co zwiększa trudności montażowe.
• Niska odporność na grad: Przednie szkło modułów z podwójnym szkłem to szkło półhartowane o grubości 2,0 mm, co daje mniejszą odporność na grad w porównaniu do paneli jednoszklanych o grubości 3,2 mm (w pełni hartowane szkło), co czyni je bardziej podatnymi na uszkodzenia w trudnych warunkach pogodowych.
• Słaba dyssypacja ciepła: Skośne dachy mieszkalne zazwyczaj wykorzystują montaż na równi z powierzchnią, a tylne szkło modułów z podwójnym szkłem nie odprowadza ciepła tak skutecznie, jak tylna warstwa modułów jednoszklanych. Skutkuje to gorszą wydajnością cieplną, powodując wyższe temperatury pracy i obniżoną produkcję energii z uwagi na współczynnik temperaturowy.

Wnioski

Panele słoneczne bifacjalne, jako istotny postęp w nowoczesnej technologii solarnej, wykazują ogromny potencjał rynkowy i perspektywy zastosowań dzięki zdolności generowania energii z obu stron. Ocena wskaźnika bifacjalności pozwala lepiej zrozumieć ich zalety wydajnościowe, zwłaszcza pod względem zdolności produkcji energii w różnych warunkach środowiskowych.

Na rynku dostępne są różne rodzaje modułów bifacjalnych, takie jak PERC, IBC i HJT, z których każdy ma swoje unikalne cechy dostosowane do różnych potrzeb użytkowników. Moduły te stają się stopniowo ważnym wyborem w sektorze energii odnawialnej dzięki ich efektywnej konwersji fotowoltaicznej i elastycznym metodom aplikacji w takich scenariuszach jak elektrownie naziemne, fotowoltaika rolnicza oraz dachy komercyjne.

Chociaż początkowa inwestycja w moduły bifacjalne jest stosunkowo wysoka, oszczędności energetyczne i korzyści dla środowiska, jakie oferują w długim okresie, czynią je opłacalnym wyborem. Wraz z ciągłym rozwojem technologii i stopniowym dojrzewaniem rynku, panele słoneczne bifacjalne mają szansę wyznaczać przyszłe trendy w rozwoju fotowoltaiki i przyczyniać się do realizacji celów zrównoważonej energii.

Od 2008 roku Maysun Solar angażuje się w produkcję wysokiej jakości paneli słonecznych, w szczególności modułów bifacjalnych. Nasze produkty obejmują panele słoneczne IBC, HJT i TOPCon z podwójnym szkłem, wszystkie zaprojektowane w lekkiej konstrukcji z wyjątkową wydajnością generacji energii bifacjalnej, aby maksymalnie wykorzystać promieniowanie słoneczne i zwiększyć efektywność energetyczną. Dodatkowo nasze balkony z panelami słonecznymi oferują użytkownikom elastyczne opcje zastosowań. Maysun Solar z powodzeniem ustanowił biura sprzedaży i magazyny w wielu krajach UE oraz nawiązał długoterminowe partnerstwa z doskonałymi instalatorami. Aby uzyskać najnowsze wyceny paneli słonecznych lub w razie pytań dotyczących fotowoltaiki, prosimy o kontakt. Jesteśmy zaangażowani w pomoc w dokonaniu optymalnych wyborów dotyczących użytkowania i wyboru paneli słonecznych podczas projektowania i instalacji systemu.

Referencje:

Wikipedia contributors. (2024, September 6). Bifacial solar cells. Wikipedia. https://en.wikipedia.org/wiki/Bifacial_solar_cells

David, L. (2024, October 22). A guide to bifacial solar panels. https://www.marketwatch.com/guides/solar/bifacial-solar-panels/