Panourile fotovoltaice Bifaciale au apărut din dorința de a se accesa oportunitățile oferite de sistemele fotovoltaice integrate în zonele unde lumina soarelui este difuză. Respectiv zonele situate la latitudini extreme sau zonele predispuse la acoperirea cu zăpadă multe luni pe an. Radiația solară, reflectată pe partea din spate a modulelor solare poate crește randamentul modulelor solare.
Scopul tehnologiei Bifocale nu este neapărat de a crește eficiența modulului sau panoului solar, ci de a capta mai multă energie solară per modul. Cu ajutorul acestei tehnologii se poate câștiga până la 30%, în funcție de factori precum reflectivitatea suprafeței solului, înălțimea deasupra solului sau unghiul de înclinare al panoului. Radiația primită de modul constă din mai multe componente: radiația directă de la soare, radiații difuze indirecte cauzate de particule de aer, nori și altele precum și radiația reflectată de la suprafețele apropiate modulului solar. Suprafețele reflectă lumină la viteze diferite, iar proprietățile reflectorizante sunt descrise de factorul Albedo, care descrie reflectivitatea unei suprafețe neluminoase, astfel fiind determinat raportul dintre lumina reflectată de suprafață și radiația incidentă.
Raportul dintre lumina difuză și lumina directă va varia în funcție de condițiile atmosferice. În cazul unei străluciri scăzute a soarelui, cauzată de nori, procentul de lumină difuză va fi mai mare decât în zilele însorite, și prin urmare un panou Bifacial va furniza mai multă energie decât un panou voltaic Monofacial.
Panouri fotovoltaice bifaciale vs monofaciale
Panourile fotovoltaice Monofaciale au un strat reflectorizant pe partea din spate a celulei, pentru a permite o mai bună absorbție a luminii care cade pe partea frontală. Fotonii care nu sunt absorbiți inițial în stratul frontal, pot fi absorbiți la întoarcere, crescând astfel eficiența celulelor. Aceasta înseamnă că și fotonii care călătoresc în direcția opusă pot genera electricitate, astfel dacă fotonii care cad pe partea inferioară a celulei sunt lăsați să intre în celulă, aceștia pot fi utilizați eficient pentru a genera electricitate. Acest lucru se realizează prin îndepărtarea parțială a stratului reflectorizant, care acționează și ca conductor. Reducerea stratului conductor din spatele celulei crește rezistența și sunt necesari mai mulți conductori în spatele celulei decât în față pentru a compensa acest lucru. Acest lucru reduce zona celulei disponibilă pentru radiații.
Bineînțeles că procesul de producție al diferitelor tipuri de celule fotovoltaice este mai complex decât prezentarea de mai sus, iar conversia nu este nici ea atât de simplă precum ar părea. Pentru funcționarea eficientă a unui panou fotovoltaic Bifacial sunt necesari mai mulți pași, pe care nu îi vom exemplifica aici din lipsă de spațiu. Dar trebuie subliniat că în vreme ce majoritatea panourilor Bifaciale au fost dezvoltate folosind principiu panourilor solare Monofacial, există de asemenea panouri fotovoltaice special concepute, existând deja o tehnologie dedicată panourilor fotovoltaice Bifaciale.
Cele două tipuri constructive cunoscute astăzi pentru realizarea panourilor fotovoltaice Bifaciale sunt heterojuncția și emițătorul pasiv montat pe spatele celulei (passivated emitter rear cell – PERC). În cazul heterojuncției se folosește siliciu monocristalin, în vreme ce tehnologia PERC folosește atât siliciu monocristalin cât și siliciu policristalin.
Panourile de siliciu cristalin monofacial sunt de obicei încapsulate într-o carcasă opacă în partea din spate, dar această metodă nu poate fi utilizată cu sistemele Bifaciale. Modulul trebuie să aibă suprafețe transparente din spate și din față care să ofere și suficientă rezistență mecanică. În plus, celulele trebuie să fie închise într-un strat de material de protecție. Cea mai comună configurație adoptată este un strat dublu de sticlă fotovoltaică care înconjoară celulele care sunt încapsulate într-un material polimeric protector. Aceste trebuie să fie un material transparent rezistent la razele ultra violete, dar o altă opțiune constructivă este adăugarea unui strat suplimentar de sticlă, permițând astfel luminii să reflecte pe partea din spate a celulei Bifaciale. De cele mai multe ori, producătorii optează pentru această din urmă tehnologie, care în general îmbunătățește durabilitatea materialului în câmpul de lucru. Suplimentar, această tehnologie conferă mai multă rigiditate ansamblului, ceea ce reduce stresul mecanic asupra celulelor în timpul transportului, manipulării și instalării, precum și stresul mecanic datorat fenomenelor meteorologice precum vântul puternic, zăpada sau grindina. Această configurație este de asemenea mai puțin permeabilă la apă, ceea ce poate reduce ratele anuale de degradare. În general, cadrul de aluminiu întâlnit la modelele Monofacial lipsește, ceea ce reduce de asemenea potențialul de degradare a acestui tip de panouri fotovoltaice.
Performanța panourilor fotovoltaice Bifaciale
Atunci când vine vorba despre performanță, panourile fotovoltaice Bifaciale sunt descrise de mai mulți parametrii. Primul este factorul de Bifacialitate, acesta fiind de fapt raportul dintre eficiența din partea inferioară și partea superioară sau raportul dintre puterea părții inferioare și a părții superioare, măsurate în condiții standard de testare. Apoi, un alt parametru este câștigul Bifacial. Acesta reprezintă puterea suplimentară obținută de partea inferioară a modulului în comparație cu puterea obținută de partea superioară a modului, în condiții standard de testare. Acest câștig Bifacial depinde de tipul de montaj ales (structură, înălțime, unghi de înclinare) precum și de Albedo aferent suprafeței pe care este montat panoul fotovoltaic.
Modalități de montare
Deoarece modulele Bifaciale absorb radiația solară din ambele părți, ele permit o varietate de opțiuni de înclinare și instalare și sunt ideale pentru instalarea la sol, pe acoperiș, în zone deșertice, zone cu zăpadă sau chiar deasupra apelor. Sistemele de montare concepute pentru a optimiza captarea fotonilor și reflexia acestora de pe partea inferioară a panourilor fotovoltaice. Înainte de montare se calculează raportul dintre suprafața de montaj acoperită de modulele de panouri fotovoltaice și suprafața totală a suprafeței ocupate de instalație. Acest raport determină orientarea panourilor și poate influența performanta unui sistem de panourile fotovoltaice Bifaciale . Ca exemplu, ridicarea structurii deasupra solului sau a acoperișului va crește cantitatea de radiație care ajunge în partea inferioară a panoului, îmbunătățind astfel atât performanța cât și câștigul Bifacial. De asemenea, dacă vom considera și creșterea distanței dintre rânduri vom avea valori superioare atât asupra câștigului Bifacial.
În loc de concluzie
Deși la această dată există mai multe proiecte care utilizează module de panourile fotovoltaice Bifaciale, procentul acestora de pe piață este relativ mic astăzi. Previziunile asupra acestei noi abordări sunt îmbucurătoare, pe măsură ce piața livrează acest noi tip de panouri se fac tot mai multe instalări. Posibila îmbunătățire, de până la 30% a producție este de așteptat să fie mult mai atractivă decât creșterea cu câteva puncte procentuale teoretic obținută de panourile Monofacial în urma dezvoltării tehnologiei de fabricare a acestora.