Quelle: roedl.com
Neben dem Potenzial zur Senkung der Stromgestehungskosten (LCOE) bieten bifaziale PV-Module neue Möglichkeiten bei der Installation und Vermarktung. Dies bringt wiederum damit verbundene Vorteile wie zusätzliche Erträge und höhere Leistungsdichten mit sich. Darüber hinaus bieten vertikal montierte bifaziale Module aufgrund ihres speziellen Energieerzeugungsprofils Strompreisvorteile in Zeiten, in denen Strom ohne EEG-Förderung vermarktet werden muss, und können dazu beitragen, neue Nutzungsmöglichkeiten für ansonsten unzugängliche Gebiete zu erschließen.
Grundlegende Informationen
Im Prinzip sind bifaziale Photovoltaikmodule (PV-Module) einfach PV-Module, deren vollständiger Rückseitenkontakt durch einen Fingerabdruckkontakt ersetzt wurde. Dies bedeutet, dass auch die Rückseite des Moduls der Sonnenstrahlung ausgesetzt und zur Stromerzeugung genutzt werden kann. Wie viel Sonnenstrahlung auf die Rückseite des Moduls gelangt, hängt vor allem von der Reflektivität der umgebenden Oberfläche und der Art der Montage der Module ab. Der sogenannte Albedowert ist das Maß dafür, wie gut eine Oberfläche die Sonnenstrahlung reflektiert. Beispielsweise beträgt der Albedowert bei hoch stehender Sonne über tiefem Wasser ca. 10 %, bei Wiesen 10 % - 30 % und bei frisch gefallenem Schnee bis zu 75 % - 95 %.1Der Albedowert einer umgebenden Oberfläche ist ein wesentlicher Faktor für den Ertragsgewinn (siehe Abbildung2).
Ein weiterer Faktor ist der sogenannte „Bifazialitätsfaktor“, der angibt, wie viel Energie die Rückseite des Moduls im Vergleich zur Vorderseite des Moduls erzeugt. Derzeit liegen die Bifazialitätsfaktoren bei bifazialen Modulen normalerweise zwischen 70 % und 95 %. Ein Bifazialitätsfaktor von 95 % bedeutet beispielsweise, dass die Rückseite unter denselben Bedingungen nur 95 % der von der Vorderseite erzeugten Energie erzeugt. Letztendlich kommt es jedoch auf den Ertragsgewinn an, und hier können bei einer günstigen Lage einer Anlage unter idealen Installationsbedingungen (hoher Albedo-Wert, z. B. Schnee oder eine helle Dachfläche, perfekte Ausrichtung, keine Verschattung) die möglichen Werte des Ertragsgewinns zwischen 30 % und 50 % p. a. liegen.3In Deutschland muss allerdings eher damit gerechnet werden, dass der Ertragszuwachs je nach Anlagenauslegung und Modulfläche zwischen 5 und 15 Prozent p.a. schwankt.
Grundlegende Überlegungen zum Einfluss der Albedo auf den Ertragszuwachs
Innovative Systemdesigns
Das Besondere an bifazialen Modulen ist, dass dieser Modultyp neben den Ertragsgewinnen, die auf der Rückseite erzielt werden, auch andere Montagemöglichkeiten bietet. Die wohl radikalste Veränderung gegenüber herkömmlichen Panels ist die vertikale Montage. Am gebräuchlichsten ist die Ost-West-Ausrichtung der Panels. Daraus ergeben sich zwei wesentliche Unterschiede zur konventionellen Anordnung.
Zunächst einmal bringt die vertikale Auslegung ein verändertes Produktionsprofil mit sich. Statt eines einzigen Mittagsmaximums treten nun zwei Peaks auf: einer am Morgen und einer am Nachmittag, wobei die Produktion nach Mittag vergleichsweise hoch bleibt. Neben der Tatsache, dass die wenigen vergleichbaren Kraftwerke Ertragsgewinne zwischen 5 % und 10 % erzielen, liegt der eigentliche Vorteil darin, dass nun bei allgemein steigenden Spotmarktpreisen mehr Strom erzeugt wird. In Deutschland und weltweit ist zu beobachten, dass immer mehr Kraftwerke ohne EEG-Förderung geplant oder gebaut werden.4 Bei diesen Kraftwerken wird der zukünftige Strompreis an der Strombörse für die Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen von Bedeutung sein. Die Möglichkeit, den sogenannten „Kannibalisierungseffekt“ (also den Rückgang des Mittagspeakpreises bis hin zu negativen Preisen) von PV-Kraftwerken zu vermeiden, kann zum entscheidenden Faktor werden. Die Analyse des spanischen Strommarktes verdeutlicht deutlich, wie brisant das Problem der nicht subventionierten Strompreise ist.5
Konventionelle vs. vertikale Installation: Energieerzeugungsprofil und Spotmarktpreise vom 26.05.2017; Quelle:/Next2Sun
Ein weiterer wesentlicher Unterschied ist die veränderte Flächennutzung. Im Vergleich zu konventionell montierten Panels erfordern vertikal montierte bifaziale Module deutlich größere Reihenabstände, um eine übermäßige Selbstbeschattung zu vermeiden. Dies führt einerseits zu geringeren Flächennutzungsraten und andererseits hilft gerade der größere Reihenabstand, die Flächen zumindest mit gewissen Einschränkungen landwirtschaftlich nutzbar zu halten. Letztlich bedeutet der Erhalt der landwirtschaftlichen Produktivität die Möglichkeit, die Pachtkosten für Land im Vergleich zu konventionellen Kraftwerken zu senken und damit dem zunehmenden Problem des Flächenverbrauchs auf der Grundlage eines innovativen Kooperationsmodells zu begegnen. Da Projektentwickler normalerweise eher darauf aus sind, die maximal installierte Leistung zu erreichen, um die Margen beim Verkauf eines Kraftwerks zu optimieren, wird dieses Konzept für Energieversorger interessanter sein. So können die weit verbreiteten Bedenken hinsichtlich des Flächenverbrauchs ausgeräumt werden. Interessant ist hier das Konzept der Zusammenarbeit mit landwirtschaftlichen Genossenschaften, die große Flächen besitzen, z. B. in Ostdeutschland.
Ein weiterer Vorteil der vertikalen Montage ist die Minimierung von Verlusten durch Schneeablagerung auf dem
Oberfläche der Module. Zudem sind die Verluste durch Verschmutzung (relevant in Wüstengebieten) ersten Untersuchungen zufolge deutlich geringer.6
Die Eignung bifazialer Module für den Einsatz in bestimmten Kraftwerkstypen hängt nicht nur von der Tatsache ab, dass beide Seiten des Panels verwendet werden, sondern auch von der Transparenz des Glas-Glas-Moduls. So eignen sie sich am besten für den Einbau in Carports, auf Lärmschutzwänden, als Gebäudeelemente, in schwimmenden PV-Anlagen,7, und auch im oben erwähnten Agro PV.
Kosten- und Erlösstruktur
Zur Vergleichbarkeit wird bei der Analyse der Kosten- und Erlösstruktur auch die konventionelle Auslegung optimal geneigter, nach Süden ausgerichteter PV-Kraftwerke berücksichtigt.
Der aufmerksame Leser wird an dieser Stelle bereits festgestellt haben, dass bei der Installation bifazialer Module aufgrund des höheren spezifischen Ertrags weniger Module benötigt werden. Dies reduziert die Installations-, BoS- und Landpachtkosten.
Demgegenüber liegen allerdings die Preise für Module um derzeit rund 10% höher, was sich langfristig aber auch annähern könnte. Der Grund hierfür ist, dass der Produktionsprozess dem konventioneller Module sehr ähnlich ist3. Aktuell sind die weltweiten Produktionskapazitäten eher auf monofaziale Module ausgerichtet. Daher wirkt sich der Preissenkungseffekt durch Skaleneffekte bei den bifazialen Modulen noch nicht so stark aus.
Allerdings muss im Einzelfall geprüft werden, welcher Modultyp und welche Montageart für das jeweilige Projekt gewählt werden soll. Wird Strom außerhalb des EEG verkauft, ist es sinnvoll, neben der Ermittlung der Stromgestehungskosten auch eine langfristige Strompreisprognose zu erstellen, um den Wert des produzierten Stroms zu ermitteln.
Bei vertikal montierten bifazialen Modulen liegen die spezifischen Investitionskosten um ca. 10 % - 20 % höher und die Pachtkosten sind aufgrund des höheren Flächenbedarfs etwa doppelt so hoch. Bei den Pachtkosten sind Kostensenkungen möglich, je nachdem, ob das Grundstück für landwirtschaftliche Zwecke geeignet ist und eine Weiternutzung möglich ist. Bifaziale Module bieten dagegen ca. 5 % bis 10 % höhere Erträge und höhere Erlöse aus dem Stromverkauf in Zeiten höherer Strompreise. Darüber hinaus wird erwartet, dass der Einsatz von Glas-Glas-Modulen zu längeren Lebensdauern führt.
Leben.9
Eine positive Prognose für den Marktanteil bifazialer Werkstoffe
Man geht davon aus, dass bifaziale Module weltweit an Bedeutung gewinnen werden. Die Prognosen reichen von 20 % in
202610 auf 40 % im Jahr 2025.11Schwierigkeiten ergeben sich neben dem Preisunterschied auch aus der Tatsache, dass die Frage des bifazialen STC noch nicht gelöst ist. Weitere Probleme sind die Reinigung der Rückseite der Module und die Entstehung von Hot Spots durch die Montagekonstruktion. Positiv ist, dass sich die Lieferzeiten für bifaziale Module normalisiert haben und Ertragssimulationen verlässliche Werte liefern.
Fazit: Bifaziale PV-Kraftwerke mit neuem Systemdesign und Business-Cases
Bifaziale PV-Module erzeugen durch eine solaraktive Rückseite des Panels aufgrund der Reflektivität der umgebenden Oberfläche mehr Energie auf derselben Modulfläche. Bei gleichen Installations- und BoS-Kosten führt dies zu einem höheren Ertrag, der normalerweise die höheren Kosten bifazialer Module übersteigt. Darüber hinaus sind bifaziale Module prädestiniert für den Einsatz in Lärmschutzwänden, schwimmenden PV-Kraftwerken und vertikal montierten
PV-Anlagen. Da bei vertikal montierten Kraftwerken das Land weiterhin für landwirtschaftliche Zwecke genutzt werden kann, entfällt das umstrittene Thema Flächenverbrauch12und erhöht damit die Chance auf die Erteilung der entsprechenden Genehmigungen. Gleichzeitig verspricht das Produktionsprofil dieser Kraftwerksart höhere Erträge an der Strombörse, was insbesondere bei außerhalb der EEG-Förderung betriebenen Kraftwerken attraktiv ist. Daher ist es grundsätzlich in jedem Fall ratsam, bifaziale PV-Module und deren vertikale Montage bei zukünftigen Projekten zu berücksichtigen.
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1 Dobos, E. (1996) 'Albedo', Engineering (London), 237(7), S. 135. 21. doi: 10.1081/E-ESS
2 Dupeyrat et al., 2014; Untersuchungen zur Albedo-Abhängigkeit der bifazialen PV-Erträge
3 Guo, S., Walsh, TM und Peters, M. (2013) „Vertikal montierte bifaziale Photovoltaikmodule: Eine globale Analyse“, Energy, 61, S. 447–454. doi:10.1016/j.energy.2013.08.040
Yusufoglu, UA, Pletzer, TM, Koduvelikulathu, LJ, Comparotto, C., Kopecek, R. und Kurz, H. (2015a) „Analyse der jährlichen Leistung bifazialer
Module und Optimierungsmethoden‘, IEEE Journal of Photovoltaics, 5(1), S. 320–328. doi: 10.1109/JPHOTOV.2014.2364406
Shoukry, I. (2015) Bifaziale Module – Simulation und Experiment. Universität Stuttgart
4 https://www.pv-magazine.de/2019/03/04/enbw-plant-photovoltaik-anlagen-mit-400-megawatt-ohne-foerderung-in-deutschland/
5 https://www.pv-magazine.de/2019/03/01/photovoltaik-in-spanien-kurzer-ueberblick-ueber-einspeisetarife-sowie-projektentwicklung-und-finanzierung-von-freiflaechenanlagen/
6 Rabanal-Arabach, J., Mrcarica, M., Schneider, A., Kopecek, R. und Heckmann, M. (2016) „Die Notwendigkeit rahmenloser Montagestrukturen für die vertikale Montage bifazialer PV-Module“, in 32. EU PVSEC
7 „Floating PV– Schwimmende Photovoltaikanlagen als neuer Trend" (EnEws: Ausgabe Februar 2019)
8 Basierend auf PV Magazin Webinar am 25.10.2018; Folien abrufbar unter: https://16iwyl195vvfgoqu3136p2ly-wpengine.netdna-ssl.com/wp-content/uploads/2018/10/2018-10-25-Bifacial-Webinar-SOLTEC.pdf
9 Weiter2Sonntag
10 International Technology Roadmap for Photovoltaic (ITRPV), März 2019 [Daten für "true bifacial"]
11 https://www.bloomberg.com/news/articles/2018-05-17/watch-out-for-double-sided-solar-panels-taking-off-in-china
12 https://www.pv-magazine.de/2019/03/04/fdp-politiker-photovoltaik-anlagen-in-unseren-regionen-sind-verbrechen-an-der-menschheit/
