Fotowoltaika rozwija się w szybkim tempie, oferując coraz bardziej zaawansowane technologie pozyskiwania energii słonecznej. Jednym z innowacyjnych rozwiązań, które zyskuje na popularności również w Polsce, są panele bifacjalne (dwustronne). Choć z wyglądu przypominają tradycyjne moduły, ich budowa i sposób działania otwierają nowe możliwości w produkcji energii. Czym dokładnie są bifacjalne panele fotowoltaiczne, jak działają, czy wymagają specjalnego montażu i w jakich warunkach pracują najefektywniej?
Panele bifacjalne – co to jest?
Panele bifacjalne (ang. bifacial) to nowoczesne moduły fotowoltaiczne, które – w odróżnieniu od tradycyjnych, jednostronnych paneli – potrafią absorbować światło słoneczne zarówno z przedniej, jak i tylnej strony.
Standardowe panele (monofacjalne) wykorzystują jedynie promieniowanie padające na ich front. Sprawność modułów może być jednak nieco zwiększona dzięki technologii PERC (Passivated Emitter Rear Cell), która umożliwia lepsze wykorzystanie światła odbitego od tylnej części ogniwa.
Przy odpowiednim montażu technologia ta może zwiększyć całkowitą wydajność instalacji PV od 5 do nawet 30% w optymalnych warunkach w porównaniu do klasycznych paneli jednostronnych.
Jak działają bifacjalne panele fotowoltaiczne?
Bifacjalne panele fotowoltaiczne zbudowane są z ogniw umieszczonych pomiędzy dwiema taflami szkła lub innymi przezroczystymi materiałami, które umożliwiają przenikanie światła zarówno od góry, jak i od dołu modułu.
W odróżnieniu od tradycyjnych paneli, tylna warstwa nie jest zaciemniona ani pokryta nieprzepuszczalną folią, lecz pozostaje przezroczysta. To pozwala na docieranie promieniowania słonecznego do spodniej części ogniw.
Dzięki temu panele bifacjalne mogą produkować energię zarówno z bezpośredniego promieniowania, jak i z tego odbitego od podłoża oraz światła rozproszonego.
Aby jednak w pełni wykorzystać możliwości tej technologii, konieczne jest odpowiednie zaprojektowanie konstrukcji wsporczej oraz zadbanie o właściwe warunki odbicia światła z powierzchni znajdującej się pod panelami – co omówimy w dalszej części artykułu.
Współczynnik albedo – znaczenie podłoża dla wydajności paneli bifacial
Wydajność paneli bifacjalnych zależy od współczynnika albedo, który określa zdolność powierzchni do odbijania światła. Im wyższe albedo, tym więcej światła trafia na tylną stronę paneli, zwiększając ich efektywność.
Przykładowo, białe membrany dachowe i jasny żwir charakteryzują się wysokim współczynnikiem albedo, podczas gdy specjalnie pomalowany beton może odbić niemal całe światło. Naturalne powierzchnie, takie jak trawa czy woda, odbijają zdecydowanie mniej światła.
Śnieg wyróżnia się wyjątkowo wysokim albedo, co szczególnie zwiększa uzyski energii zimą. Planowanie instalacji bifacjalnej powinno uwzględniać zarówno technikę montażu, jak i odpowiednie przygotowanie podłoża.
Konstrukcja pod panele bifacjalne – czy konieczna?
Aby w pełni wykorzystać potencjał systemu PV, potrzebna jest odpowiednio zaprojektowana konstrukcja pod panele bifacjalne.
Kluczowe różnice w porównaniu do klasycznych systemów montażowych to:
- Odpowiedni kąt nachylenia paneli – bifacjalne panele fotowoltaiczne dobrze sprawdzają się przy klasycznym nachyleniu 30-40° i skierowaniu na południe. Alternatywnie można je ustawić pionowo w orientacji wschód–zachód, co wymaga montażu na gruncie i zachowania większych odstępów między rzędami. Najwyższe uzyski zapewniają jednoosiowe trackery – ruchome konstrukcje obracające panele za słońcem, będące rozwiązaniem droższym i stosowanym głównie na dużych farmach PV.
- Podniesienie modułów bifacjalnych ponad powierzchnię gruntu lub dachu – minimalna zalecana wysokość to 0,5-1 m, co pozwala na optymalne wykorzystanie światła odbitego. Im wyżej panele są zamontowane nad podłożem, tym więcej światła dociera do ich spodniej strony.
- Użycie konstrukcji aluminiowych lub stalowych z odpowiednio osadzonymi profilami, które nie zacieniają tylnej powierzchni paneli bądź robią to w sposób minimalny. Chociaż panele bifacjalne są w stanie wychwytywać światło odbite, to ich znaczne zacienienie może zmniejszyć efektywność.
Co pod panele bifacjalne sprawdzi się najlepiej? Jasne, odbijające światło podłoże znacząco zwiększa uzysk energii z tylnej strony. W praktyce oznacza to, że odpowiedni dobór powierzchni – np. białej membrany dachowej, jasnego żwiru czy betonu – może przełożyć się na realny wzrost efektywności całej instalacji.
Zalety bifacjalnych paneli fotowoltaicznych
Bifacjalne panele fotowoltaiczne zyskują na znaczeniu dzięki szeregowi praktycznych korzyści, które znacząco wpływają na ich efektywność i opłacalność inwestycji.
Oto kluczowe zalety, które sprawiają, że warto rozważyć wybór paneli bifacjalnych zamiast tradycyjnych jednostronnych modułów:
- Wyższa efektywność – dwustronne zbieranie promieniowania pozwala na zwiększenie uzysku energetycznego i poprawę wydajności całego systemu.
- Większa trwałość – panele bifacjalne często produkowane są w technologii szkło-szkło, co zwiększa ich odporność na warunki atmosferyczne, uszkodzenia chemiczne i mikropęknięcia.
- Niższy koszt energii – choć początkowy koszt paneli może być wyższy, ich lepsza wydajność obniża koszt produkcji jednostki energii w dłuższym okresie eksploatacji.
- Lepsze wykorzystanie światła rozproszonego i odbitego – szczególnie ważne w regionach o dużym zachmurzeniu lub w specjalistycznych zastosowaniach, takich jak elektrownie fotowoltaiczne na terenach pokrytych śniegiem czy dachach przemysłowych.
Wady paneli bifacjalnych
Mimo licznych zalet, bifacjalne panele fotowoltaiczne mają również swoje ograniczenia, na które warto zwrócić uwagę. Przede wszystkim, ze względu na konstrukcję opartą na dwóch warstwach hartowanego szkła, są one zauważalnie cięższe – ich masa może być o 10-15% większa w porównaniu do tradycyjnych paneli, co może stanowić wyzwanie przy montażu na starszych lub mniej wytrzymałych dachach.
Technologia bifacjalna nie zawsze może być w pełni wykorzystana – szczególnie na dachach skośnych, gdzie panele montowane równolegle do powierzchni nie mają dostępu do światła odbitego od podłoża.
Kolejnym wyzwaniem jest jakość podłoża – efektywność energetyczna paneli zależy w dużej mierze od koloru i zdolności powierzchni do odbijania światła, co nie zawsze jest łatwe do optymalizacji.
Należy także pamiętać o wyższej cenie zakupu tych paneli – mimo że długoterminowe korzyści z ich stosowania mogą rekompensować początkowy koszt, same panele są droższe w porównaniu do klasycznych rozwiązań.
Kiedy warto zainwestować w panele bifacjalne?
Panele bifacjalne po raz pierwszy znalazły zastosowanie w przemyśle kosmicznym, gdzie kluczowa była maksymalna wydajność przy ograniczonej powierzchni statków.
Dziś technologia ta zyskuje na popularności wśród inwestorów, którzy dysponują odpowiednią przestrzenią do montażu i warunkami umożliwiającymi odbicie światła – na przykład w instalacjach gruntowych, na dachach płaskich z odpowiednim kątem nachylenia czy w systemach takich jak carporty i zadaszenia tarasów.
Ich wydajność znacząco rośnie, gdy:
- montowane są na jasnym, odbijającym podłożu, takim jak biały żwir, beton czy trawa pokryta śniegiem zimą,
- wykorzystana zostaje wysoka konstrukcja wsporcza, pozwalająca na swobodny dostęp światła do tylnej części panelu,
- unika się zacienienia tylnej strony paneli przez inne elementy konstrukcyjne.
Panele bifacjalne na dachu – czy ich montaż ma sens?
Choć panele bifacjalne na dachu stają się coraz bardziej popularne, nie zawsze ich instalacja będzie opłacalna. Technologie te szczególnie dobrze sprawdzają się w następujących przypadkach:
- na dachach płaskich, gdzie panele można zamontować na podniesionych stelażach, co umożliwia odbicie światła (np. za pomocą jasnego pokrycia dachowego);
- w instalacjach przemysłowych i komercyjnych, gdzie wykorzystanie dodatkowej powierzchni montażowej przekłada się na realne korzyści ekonomiczne;
- na dachach z ograniczoną przestrzenią użytkową, gdzie wyższa efektywność poszczególnych modułów pozwala uzyskać większą produkcję energii na mniejszej powierzchni.
W przypadku dachów skośnych (np. domów jednorodzinnych) montaż paneli bifacjalnych może nie przynieść znaczących korzyści, ponieważ tylna część paneli często pozostaje w pełni zacieniona przez pokrycie dachu.
Na co zwrócić uwagę przy montażu paneli bifacjalnych?
Instalacja bifacjalnych paneli fotowoltaicznych wymaga nieco bardziej zaawansowanego podejścia niż w przypadku tradycyjnych modułów. Aby maksymalnie wykorzystać ich możliwości, warto uwzględnić kilka kluczowych czynników technicznych oraz ekonomicznych.
Oto najistotniejsze z nich:
- Analiza warunków montażu – najważniejszym aspektem jest ocena dostępu tylnej części paneli do światła. W miejscach o dużym zacienieniu, np. na dachach skośnych, bifacjalność paneli może nie zostać w pełni wykorzystana.
- Wybór odpowiedniej konstrukcji – warto skonsultować się z profesjonalistą, który pomoże dobrać właściwą konstrukcję wsporczą dostosowaną do technologii bifacjalnych paneli, tak aby zapewnić optymalne ustawienie i kąt nachylenia.
- Podłoże i otoczenie – istotnym czynnikiem jest rodzaj powierzchni pod panelami. Zastosowanie materiałów odbijających światło (np. jasne membrany dachowe, biały żwir, beton) może znacząco zwiększyć efektywność energetyczną systemu.
Panele bifacjalne – przyszłość fotowoltaiki?
Panele bifacjalne to kolejny krok w rozwoju fotowoltaiki, szczególnie w dużych instalacjach gruntowych i przemysłowych. Dzięki zdolności do pozyskiwania energii z obu stron, umożliwiają bardziej efektywne wykorzystanie promieniowania słonecznego, szczególnie w miejscach, gdzie istnieje możliwość odpowiedniego montażu i odbicia światła.
Konieczne jest dopasowanie odpowiedniego systemu montażowego i uwzględnienie takich czynników, jak rodzaj podłoża, kąt nachylenia paneli oraz ekspozycja tylnej strony modułu. Wybór paneli bifacjalnych powinien opierać się nie tylko na cenie, ale także na warunkach instalacji oraz jakości zastosowanych komponentów, które mają zasadnicze znaczenie dla długoterminowej efektywności systemu.
