Kiedy warto (a kiedy nie) montować panele fotowoltaiczne dwustronne?

Panele fotowoltaiczne dwustronne produkują energię z obu stron, tzn. na powierzchni skierowanej bezpośrednio do słońca, oraz na powierzchni skierowanej do podłoża. Dzięki temu mogą wytwarzać nawet do 30% więcej prądu. Kiedy warto je zamontować?

Co to jest dwustronny panel fotowoltaiczny?

Dwustronne panele fotowoltaiczne, nazywane również bifacjalnymi, panelami glass-glass, szkło-szkło, lub panelami przezroczystymi, produkują prąd na obu stronach swoich powierzchni. Klasyczne panele jednostronne wykorzystują do tego celu tylko jedną stronę – zwróconą bezpośrednio w kierunku słońca.

Panele dwustronne mają najczęściej szkło zarówno z przodu jak i z tyłu. Są więc na ogół cięższe od paneli jednostronnych (na ogół, gdyż czasami szyby w takich modułach są cieńsze niż w modułach jednostronnych, dzięki czemu ich waga może być zbliżona).

Ogniwa fotowoltaiczne zastosowane w modułach dwustronnych są zaprojektowane w taki sposób, że światło dociera do nich z dwóch stron. Prąd jest wytwarzany z bezpośredniego promieniowania słonecznego oraz ze światła rozproszonego.

Wydajność dwustronnych paneli fotowoltaicznych

Wg badań przeprowadzonych przez LG Solar, jeśli moduły dwustronne zamontowane są na podłożu o dobrych właściwościach odblaskowych, mogą generować do 26,9% więcej prądu wytworzonego dzięki wykorzystaniu światła odbitego od podłoża.

Najsłabsze wyniki uzyskano na ciemnym gruncie lub na trawie, kiedy to uzyski w produkcji prądu w stosunku do standardowych modułów fotowoltaicznych poprawiły się o 5,5%. Najwięcej, bo niemal 27% więcej energii elektrycznej w porównaniu z klasycznymi panelami udało się uzyskać na podłożu z białej membrany.

Portal pv-magazine.com od 2019 r. prowadzi badania porównujące wydajność paneli fotowoltaicznych. Badane moduły, w tym również dwustronne, są zamontowane na dachu, na podłożu z szarego żwiru.

Najwyższą wydajność uzyskał moduł dwustronny mono TOPCon, produkując o 2,5% więcej prądu z kWp, niż moduły dwustronne mono PERC oraz o ponad 10% więcej niż jednostronne moduły PERC. Panele dwustronne PERC wyprodukowały natomiast o 8% więcej energii niż ich jednostronne odpowiedniki, czyli mono PERC.

Na ogół, dodatkowy uzysk paneli fotowoltaicznych dwustronnych pochodzący z podłoża, na którym rośnie trawa, wynosi 6% – 7%.

TOPCon oraz PERC to nazwy technologii, w jakich wykonane zostały ogniwa fotowoltaiczne zastosowane do budowy modułów PV. Technologia TOPCon jest nowsza i charakteryzuje się nieco wyższą wydajnością. Na grafice poniżej pokazano szacunkowe różnice w wydajności produkcji energii elektrycznej w zależności od technologii zastosowanych ogniw fotowoltaicznych (TOPCon lub PERC) oraz podłoża:

Warto dodać, iż moduły dwustronne produkują energię elektryczną także wówczas, gdy są przykryte śniegiem. W takiej sytuacji aktywna jest na ogół tylko spodnia część modułu, która zamienia światło odbite od podłoża na energię elektryczną.

Wydajność paneli dwustronnych na dachu

Z badań przeprowadzonych dla paneli dwustronnych zamontowanych na dachach płaskich wynika, że przy zastosowaniu pokryć dachowych o wysokim poziomie odbicia światła (cool roof – CR), można uzyskać 8,6% większą produkcję energii elektrycznej, w porównaniu z klasycznymi modułami jednostronnymi.

Jest to znaczna różnica, gdyż zakładając iż tak korzystna różnica w wydajności będzie się utrzymywać przez 20 lat, panele dwustronne mogą znacznie zwiększyć opłacalność montażu fotowoltaiki.

Badania prowadzono przez okres 12 miesięcy w Barcelonie.

Panele fotowoltaiczne jednostronne z podwójną szybą

Niektórzy producenci oferują panele fotowoltaiczne jednostronne z podwójną szybą. Przykładem są moduły Trina Vertex S+, które pomimo podwójnej szyby mają wagę zbliżoną do klasycznych modułów, gdyż Trina zastosowała szybę o grubości 1,6 mm, zamiast 3,2 mm.

Kiedy warto montować panele dwustronne?

Aby wyprodukować dodatkową energię, przezroczyste panele fotowoltaiczne powinny być zamontowane przy pomocy odpowiedniej konstrukcji montażowej. Stelaż powinien w jak najmniejszym stopniu zasłaniać tylną część paneli.

W panelach przezroczystych, dodatkowy uzysk jest generowany w postaci zwiększonego natężenia przepływu prądu (moc modułów solarnych pochodzi z napięcia (wolty) oraz z natężenia (ampery) przepływu prądu).

W połączeniu szeregowym, napięcia na poszczególnych modułach się sumują, natomiast natężenie przepływu prądu będzie takie, jak w najsłabszym panelu. Dlatego zacienienie jednego z modułów spowoduje wpływ na cały łańcuch paneli.

Jeżeli wobec tego w szeregu paneli szkło szkło, jeden z nich będzie przysłonięty, lub z innego powodu promieniowania odbitego na tym module będzie znacznie mniej, to dodatkowy prąd płynący przez niego będzie mniejszy. Taki moduł stanie się wówczas wąskim gardłem i będzie powodował zmniejszenie produkcji całego łańcucha paneli dwustronnych.

Panele słoneczne dwustronne na dachu płaskim

Panele fotowoltaiczne szkło szkło można stosować na dachach płaskich, jednak warto przemyśleć czy to się opłaca. Stelaże do montażu paneli PV na dachach płaskich są wykonane w taki sposób, że z tyłu mają owiewki. Owiewki powodują, że promieniowanie rozproszone praktycznie nie dociera do tylnej części modułu.

Na dachu płaskim istotne jest jego obciążenie, które nie powinno być nadmierne. Ponieważ panele szkło-szkło są cięższe od jednostronnych, nie jest to w tym wypadku korzystne. Dodatkowe obciążenie dachu w połączeniu z niewielkimi uzyskami spowodowanymi owiewkami, powodują, iż montaż paneli dwustronnych na dachu płaskim może nie być najlepszym rozwiązaniem.

Można jednak zastosować stelaż montażowy dedykowany do modułów dwustronnych na dach płaski.

Dedykowany stelaż nie posiada z tyłu owiewek, dzięki czemu produkcja energii powinna wzrosnąć.

Panele fotowoltaiczne dwustronne na dachu skośnym

Panele fotowoltaiczne dwustronne będą produkować więcej prądu jedynie, gdy promieniowanie słoneczne będzie docierać do ich tylnej części. W związku z tym moduły dwustronne zamocowane na dachu skośnym, nie wyprodukują więcej energii elektrycznej.

Odległość pomiędzy panelem PV a połacią dachową jest na tyle niewielka, że przedostanie się tam bardzo niewielka ilość światła. I nie ma znaczenia jaki jest kolor dachu.

Panele fotowoltaiczne dwustronne na gruncie

Panele przezroczyste najczęściej montuje się nachylone na gruncie pod kątem 20 do 30 stopni w kierunku południowym, stosując dedykowany system montażowy, aby do tylnej części panelu docierało jak najwięcej światła odbitego.

Odmianą montażu na gruncie jest ogrodzenie z paneli fotowoltaicznych – czyli montaż modułów w pionie. Jeżeli moduły solarne zamontowane będą w kierunku wschód-zachód, mogą wyprodukować w skali roku ok. 20% mniej prądu niż moduły dwustronne nachylone pod kątem ok 30 stopni na południe.

Jednak montując część z paneli dwustronnych w kierunku wschodnim a drugą część w zachodnim można uzyskać korzystny profil produkcji prądu w ciągu dnia, tzn. największa produkcja będzie przypadać na wczesne godziny poranne, oraz późne godziny popołudniowe, gdy ceny odsprzedaży energii z fotowoltaiki są najwyższe. A zatem pomimo mniejszej produkcji w porównaniu do konstrukcji nachylonej skierowanej na południe, biorąc pod uwagę różnicę cen odsprzedaży prądu z fotowoltaiki, może to być korzystniejsze rozwiązanie.

Wydajność produkcji energii można dodatkowo zwiększyć montując powierzchnie, od których odbite światło wpada do ogniw fotowoltaicznych, tak jak zademonstrował to na filmie jeden z użytkowników (film jest po angielsku, ale można wybrać polskie napisy):

Wg badań naukowców holenderskich, montaż paneli fotowoltaicznych w pionie, powoduje wzrost wydajności produkcji prądu ok. 2,5% w skali roku. Przyczyną jest niższa temperatura pracy ogniw PV (im niższa temperatura ogniw, tym więcej prądu wytwarzają).

Podsumowanie

• Dodatkowa produkcja energii ze spodniej części paneli przezroczystych zależy od wielu czynników, i w najkorzystniejszych warunkach może wynieść nawet do 30%.
• Na podłożu trawiastym, panele dwustronne wyprodukują na ogół ok. 6% – 7% więcej energii.
• Moduły dwustronne najczęściej posiadają szybę zarówno w górnej jak i w dolnej części, co poprawia ich trwałość, ale zwiększa wagę.