Warum die richtige PV-Unterkonstruktion bei bifazialen Modulen entscheidend ist

 

Bifaziale Solarmodule können Sonnenlicht auf beiden Modulseiten nutzen. Während die Vorderseite direkte und diffuse Solarstrahlung aufnimmt, kann die Rückseite zusätzlich reflektiertes Licht aus der Umgebung verwerten. Damit dieses zusätzliche Ertragspotenzial tatsächlich genutzt werden kann, muss jedoch auch die PV-Unterkonstruktion zu den Anforderungen bifazialer Module passen.

Bodenfreiheit, Modulneigung, Reihenabstand, Untergrund, Trägerposition und Anlagengeometrie beeinflussen, wie viel Licht die Modulrückseite erreicht. Eine Unterkonstruktion für bifaziale Module erfüllt deshalb nicht nur eine statische Aufgabe. Sie beeinflusst gleichzeitig die Bedingungen, unter denen die aktive Modulrückseite arbeitet.

Electraplan E-Solar entwickelt Photovoltaik-Montagesysteme für Freiflächenanlagen, Flachdächer und Solar-Carports. Bei der projektspezifischen Planung lassen sich sowohl statische Anforderungen als auch Modulgeometrie, Standortbedingungen und die besonderen Eigenschaften bifazialer Solarmodule berücksichtigen.

Wie funktionieren bifaziale Solarmodule?

Bifaziale Solarmodule können Solarstrahlung sowohl auf ihrer Vorderseite als auch auf ihrer Rückseite in elektrische Energie umwandeln. Die Vorderseite arbeitet dabei ähnlich wie bei einem klassischen monofazialen PV-Modul. Zusätzlich nutzt die Rückseite Licht, das von Bodenflächen, Dachoberflächen oder anderen Bereichen in der Umgebung reflektiert wird.

Wie groß der zusätzliche Beitrag der Rückseite ausfällt, hängt stark von der Einbausituation ab. Ein bifaziales Modul erzeugt deshalb nicht automatisch einen festen Mehrertrag gegenüber einem monofazialen Modul. Standort, Untergrund, Modulhöhe, Neigungswinkel, Verschattung und Anlagengeometrie bestimmen gemeinsam, wie effektiv die Modulrückseite genutzt werden kann.

Woher kommt das Licht auf der Modulrückseite?

 

Ein wesentlicher Teil der rückseitigen Einstrahlung entsteht durch Reflexion. Sonnenlicht trifft beispielsweise auf den Boden oder eine Dachfläche und wird teilweise zurückgeworfen. Ein Teil dieser reflektierten Strahlung kann anschließend die Rückseite des Solarmoduls erreichen.

Zusätzlich trägt diffuse Himmelsstrahlung zur rückseitigen Einstrahlung bei. Je freier die Modulrückseite gegenüber ihrer Umgebung positioniert ist, desto günstiger können die Voraussetzungen für die Nutzung dieses zusätzlichen Lichts sein.

Die Rückseite eines bifazialen Moduls sollte deshalb bereits bei der Anlagenplanung als aktiver Bestandteil des PV-Systems betrachtet werden.

Warum spielt die Unterkonstruktion bei bifazialen Modulen eine besondere Rolle?

 

Bei klassischen monofazialen Modulen konzentriert sich die Ertragsplanung hauptsächlich auf die Vorderseite. Bifaziale Module besitzen dagegen eine zweite aktive Fläche. Dadurch gewinnt die Geometrie der Unterkonstruktion zusätzlich an Bedeutung. Trägerprofile, Querstreben, Stützen, Kabel und andere Komponenten können einen Teil der rückseitigen Strahlung abschirmen. Gleichzeitig bestimmen Bodenfreiheit, Modulneigung und Reihenanordnung, wie viel reflektiertes Licht überhaupt zur Modulrückseite gelangt.

Eine professionelle Unterkonstruktion muss daher mehrere Anforderungen miteinander verbinden:

• sichere Aufnahme von Wind- und Schneelasten,
• geeignete Modulpositionierung,
• möglichst geringe unnötige Rückseitenverschattung,
• effiziente Montage,
• wirtschaftlicher Materialeinsatz,
• projektbezogene Anpassung an Standort und Modultyp.

Die Konstruktion beeinflusst somit nicht nur Stabilität und Montageaufwand. Sie kann auch die tatsächlichen Lichtverhältnisse auf der Rückseite bifazialer Module mitbestimmen.

Wie beeinflusst die Konstruktion die Rückseitenverschattung?

 

Jedes konstruktive Bauteil hinter einem bifazialen Modul kann einen Teil der einfallenden Strahlung abschirmen. Besonders wichtig sind Profile, die direkt hinter aktiven Zellbereichen verlaufen. Auch Kabelwege, Verbindungselemente oder zusätzliche Verstrebungen können lokale Verschattungen erzeugen.

Entscheidend ist dabei nicht allein die Größe eines Bauteils. Auch seine Position und sein Abstand zur Modulrückseite spielen eine Rolle. Eine ungünstige konstruktive Anordnung kann dazu führen, dass einzelne Bereiche der Rückseite weniger Licht erhalten als andere.

Deshalb sollten Planer Modulposition und Tragstruktur bereits während der Entwicklung gemeinsam betrachten. Ziel ist eine Konstruktion, die statische Sicherheit gewährleistet und gleichzeitig unnötige Abschattungen der aktiven Rückseite vermeidet.

Was bedeutet Albedo bei bifazialen Photovoltaikanlagen?

 

Der Begriff Albedo beschreibt das Reflexionsvermögen einer Oberfläche. Für bifaziale Photovoltaikanlagen ist dieser Faktor besonders interessant, weil ein Teil der vom Untergrund reflektierten Strahlung die Rückseite der Module erreicht. Helle Oberflächen reflektieren grundsätzlich mehr Licht als sehr dunkle Oberflächen. Auch der Zustand einer Fläche kann sich im Jahresverlauf verändern.

Vegetation, Bodenfeuchtigkeit, Schnee, Kies oder unterschiedliche Dachoberflächen können deshalb verschiedene Reflexionsbedingungen erzeugen. Eine Aussage zum erwarteten bifazialen Mehrertrag allein anhand des Untergrunds wäre jedoch zu einfach. Die rückseitige Einstrahlung hängt immer vom Zusammenspiel aus Untergrund, Bodenfreiheit, Modulneigung, Reihenabstand, Ausrichtung und Anlagengeometrie ab.

Welche Faktoren beeinflussen den Rückseitenertrag?

 

Zu den wichtigsten Einflussgrößen gehören:

• Reflexionsvermögen des Untergrunds,
• Höhe der Module über der reflektierenden Fläche,
• Modulneigung,
• Ausrichtung,
• Reihenabstand,
• gegenseitige Verschattung,
• Trägerposition,
• konstruktive Rückseitenverschattung,
• Modultechnologie,
• Standortbedingungen.

Diese Faktoren wirken nicht unabhängig voneinander. Eine größere Bodenfreiheit kann beispielsweise die Lichtverhältnisse auf der Rückseite verbessern. Gleichzeitig verändert sie jedoch Bauhöhe, Windbeanspruchung und Materialbedarf. Genau deshalb gehört die bifaziale Optimierung in die technische Gesamtplanung des PV-Projekts.

Wie beeinflusst die Bodenfreiheit bifaziale Solarmodule?

 

Die Bodenfreiheit beschreibt den Abstand zwischen Modul und darunterliegender Oberfläche. Dieser Abstand kann einen erheblichen Einfluss darauf haben, wie viel reflektiertes Licht die Rückseite erreicht und wie gleichmäßig sich die Strahlung dort verteilt.

Bei sehr geringem Abstand besitzt die Modulrückseite nur einen eingeschränkten Sichtbereich auf die reflektierende Fläche. Mit zunehmender Höhe kann sich dieser Sichtbereich vergrößern. Dadurch können günstigere Bedingungen für die rückseitige Einstrahlung entstehen. Eine höhere Konstruktion ist jedoch nicht automatisch die beste Lösung.

Ist mehr Bodenfreiheit immer besser?

 

Nein. Mehr Abstand kann Vorteile für die rückseitige Einstrahlung bringen. Gleichzeitig steigen unter Umständen Bauhöhe, Materialbedarf und Windbeanspruchung. Das Engineering muss deshalb verschiedene Ziele miteinander abstimmen.

Neben dem Energieertrag zählen auch:

• statische Sicherheit,
• Materialverbrauch,
• Montageaufwand,
• Flächennutzung,
• Gründung,
• Wirtschaftlichkeit.

Die optimale Bodenfreiheit entsteht daher nicht durch die Maximierung eines einzelnen Parameters. Bei großflächigen Freiland-PV-Systemen von Electraplan E-Solar müssen beispielsweise Modulanordnung, Gründung, Reihenabstände, Windlast und Tragstruktur als zusammenhängendes System funktionieren.

Welche Rolle spielen Modulneigung und Reihenabstand?

 

Modulneigung und Reihenabstand beeinflussen sowohl die Vorderseiten- als auch die Rückseitenbestrahlung. Stehen Modulreihen sehr dicht hintereinander, können sie sich bei niedrigem Sonnenstand gegenseitig verschatten.

Gleichzeitig bestimmt der Reihenabstand, welcher Teil des Untergrunds Sonnenlicht erhält und dieses anschließend zur Modulrückseite reflektieren kann. Auch die Neigung verändert den Sichtbereich der Modulrückseite. Ein größerer Neigungswinkel kann unter bestimmten Bedingungen günstigere rückseitige Lichtverhältnisse ermöglichen. Gleichzeitig benötigt die Anlage möglicherweise größere Reihenabstände und bietet dem Wind eine andere Angriffsfläche.

Deshalb existiert kein universell optimaler Neigungswinkel für jede bifaziale Photovoltaikanlage. Die richtige Geometrie hängt vom Standort, der verfügbaren Fläche, der Ausrichtung, dem Modultyp und dem geplanten Anlagenkonzept ab.

Süd- oder Ost-West-Ausrichtung: Was eignet sich für bifaziale Module?

 

Sowohl Süd- als auch Ost-West-Systeme können mit bifazialen Modulen betrieben werden.

Die optimale Ausrichtung hängt vom Ziel des jeweiligen Projekts ab. Eine Südausrichtung konzentriert die Stromproduktion stärker auf die sonnenreichen Stunden rund um die Tagesmitte. Ost-West-Systeme können dagegen eine breitere Erzeugungskurve über den Tagesverlauf unterstützen und häufig eine dichtere Nutzung der verfügbaren Fläche ermöglichen.

Bei bifazialen Modulen kommt zusätzlich die Rückseitenbestrahlung hinzu. Untergrund, Modulabstand, Neigung und Reihenanordnung beeinflussen daher auch bei der Ausrichtungsentscheidung das Gesamtergebnis.

Eine pauschale Aussage, dass eine Variante grundsätzlich besser sei, wäre technisch nicht sinnvoll.

Bifaziale Module auf Freiflächenanlagen

 

Freiflächenanlagen bieten häufig interessante Voraussetzungen für bifaziale Solarmodule. Die Module besitzen normalerweise einen größeren Abstand zum Boden als bei vielen Dachsystemen. Außerdem können Planer Bodenfreiheit, Reihenabstand und Modulneigung bereits während der Projektentwicklung gezielt festlegen.

Dadurch entsteht zusätzlicher Spielraum für eine auf bifaziale Module abgestimmte Anlagengeometrie. Electraplan E-Solar bietet mit ECO, GRANDE, QUATTRO und ECO E-W 3-PILED unterschiedliche Konstruktionslösungen für Freilandprojekte. Die statische Sicherheit bleibt dabei immer die grundlegende Voraussetzung.

Windlast, Schneelast, Bodenverhältnisse, Modulgröße und Gründung bestimmen, wie die Tragstruktur dimensioniert werden muss. Eine Optimierung der rückseitigen Einstrahlung darf deshalb niemals zulasten der Standsicherheit erfolgen.

Bifaziale Module auf Solar-Carports

 

Auch Solar-Carports können interessante Einsatzbedingungen für bifaziale Module bieten. Die Solarmodule befinden sich vergleichsweise hoch über dem Boden. Dadurch verfügt ihre Rückseite grundsätzlich über einen größeren freien Raum als bei sehr niedrig montierten Systemen.

Die tatsächlichen Lichtverhältnisse hängen jedoch stark von der jeweiligen Carport-Geometrie ab. Fahrzeuge, Stützen, Hauptträger, angrenzende Gebäude, Nachbarreihen und Bodenbeläge können die rückseitige Einstrahlung beeinflussen. Bei Solar-Carports übernimmt die Konstruktion gleichzeitig mehrere Aufgaben. Sie trägt die Solarmodule, überspannt Stellplätze und bietet den Fahrzeugen Wetterschutz.

Deshalb müssen Statik, Modulpositionierung, Entwässerung, Nutzung der Stellflächen und gegebenenfalls Ladeinfrastruktur als Gesamtsystem betrachtet werden.

Können helle Parkplatzoberflächen den Rückseitenertrag unterstützen?

 

Ein stärker reflektierender Untergrund kann grundsätzlich mehr Licht in Richtung der Modulrückseite zurückwerfen. Das bedeutet jedoch nicht automatisch einen bestimmten zusätzlichen Jahresertrag. Fahrzeuge können zeitweise Flächen verdecken. Auch Sonnenstand, Carport-Höhe, Trägergeometrie und angrenzende Konstruktionen beeinflussen das Ergebnis. Bei größeren Solar-Carport-Projekten sollte die bifaziale Nutzung deshalb projektspezifisch betrachtet werden.

Bifaziale Module auf Flachdächern

 

Flachdächer stellen andere Anforderungen an bifaziale Photovoltaik. Viele Flachdachsysteme besitzen eine vergleichsweise geringe Aufbauhöhe. Dadurch befindet sich die Modulrückseite näher an der Dachoberfläche. Gleichzeitig können helle Dachflächen interessante Reflexionsbedingungen schaffen.

Bei Flachdach-Montagesystemen müssen jedoch zahlreiche weitere Faktoren berücksichtigt werden.

Dazu gehören unter anderem:

• Windlast,
• Dachstatik,
• Ballastierung,
• Aufbauhöhe,
• Modulabstand,
• verfügbare Dachfläche,
• Wartungswege,
• Rand- und Eckbereiche des Gebäudes.

Mit EASYFLAT-S und EASYFLAT-O-W bietet Electraplan E-Solar unterschiedliche Systemlösungen für verschiedene Anlagenkonzepte. Welche Variante sich für ein bifaziales Projekt eignet, hängt von den technischen Rahmenbedingungen des jeweiligen Dachs ab.

Warum kann ein sehr niedriger Aufbau nachteilig sein?

 

Wenn die Modulrückseite nur einen geringen Abstand zur Dachfläche besitzt, kann weniger reflektiertes Licht aus unterschiedlichen Richtungen auf die Rückseite gelangen.

Zudem kann die Einstrahlung auf der Modulrückseite ungleichmäßiger ausfallen. Ein höherer Aufbau kann diese Bedingungen verbessern, verändert jedoch gleichzeitig Windlast, Ballastierung und konstruktive Anforderungen. Auch hier muss das Engineering daher eine sinnvolle Balance zwischen energetischen, statischen und wirtschaftlichen Anforderungen finden.

Wie wichtig ist die Position der Trägerprofile?

 

Bei bifazialen Solarmodulen gewinnt die Lage der Tragprofile zusätzliche Bedeutung. Profile sollten die aktive Rückseite nicht unnötig abschatten. Gleichzeitig müssen sie Wind-, Schnee- und Eigenlasten sicher aufnehmen und weiterleiten.

Diese beiden Anforderungen dürfen nicht getrennt voneinander betrachtet werden. Ein Profil mit geringerer Abmessung oder anderer Position kann zwar optische Vorteile für die Rückseitenbestrahlung bieten. Es muss jedoch weiterhin sämtliche statischen Anforderungen erfüllen.

Professionelles Engineering sucht deshalb keine rein optische Lösung. Ziel ist eine Konstruktion, die Statik, Materialeinsatz, Montagefreundlichkeit und Energieertrag sinnvoll miteinander verbindet.

Warum sollte die bifaziale Optimierung bereits in der Planungsphase beginnen?

 

Viele entscheidende Parameter lassen sich nach Abschluss der Anlagenplanung nur noch schwer verändern.

Dazu gehören:

• Modulgröße,
• Unterkonstruktion,
• Modulneigung,
• Reihenabstände,
• Bodenfreiheit,
• Stützenpositionen,
• Trägeranordnung.

Wer die bifaziale Nutzung erst kurz vor der Montage berücksichtigt, besitzt deutlich weniger Möglichkeiten zur konstruktiven Optimierung. Projektentwickler sollten deshalb bereits früh klären, welche Module zum Einsatz kommen und welche Anforderungen daraus für die Unterkonstruktion entstehen. Auch das Zusammenspiel zwischen Energieertrag und Statik gehört in diese Phase.

Moderne Photovoltaik-Montagesysteme sollten nicht nur eine sichere Befestigung der Module ermöglichen. Sie müssen als Teil eines technisch und wirtschaftlich abgestimmten Gesamtsystems funktionieren.

Lohnt sich eine bifazial optimierte Unterkonstruktion wirtschaftlich?

 

Bifaziale Module allein garantieren noch keine wirtschaftlich bessere Photovoltaikanlage. Entscheidend ist die Gesamtbilanz des Projekts.

Projektentwickler sollten unter anderem folgende Faktoren gemeinsam betrachten:

• Modulkosten,
• Unterkonstruktion,
• Materialbedarf,
• Flächennutzung,
• Gründung,
• Montage,
• elektrische Planung,
• erwarteter Energieertrag.

Eine größere Bodenfreiheit kann beispielsweise die rückseitigen Lichtbedingungen verbessern. Gleichzeitig benötigt die Konstruktion möglicherweise mehr Material. Größere Reihenabstände können die gegenseitige Verschattung reduzieren, beanspruchen jedoch zusätzliche Fläche. Die wirtschaftlich beste Lösung entsteht deshalb nicht durch die Maximierung des bifazialen Mehrertrags. Sie entsteht durch die Optimierung des gesamten PV-Systems.

Häufig gestellte Fragen

 

Was ist eine Unterkonstruktion für bifaziale Module?

Eine Unterkonstruktion für bifaziale Module trägt und befestigt die Solarmodule und berücksichtigt zusätzlich die aktive Modulrückseite. Besonders wichtig sind Bodenfreiheit, Trägerposition, Reihenabstände und mögliche Verschattungen.

Benötigen bifaziale Module eine spezielle Unterkonstruktion?

Nicht zwingend ein vollständig anderes Montagesystem. Die Konstruktion sollte jedoch zur Modulgeometrie passen und unnötige Verschattungen der aktiven Rückseite vermeiden.

Welche Rolle spielt der Untergrund bei bifazialen Modulen?

Der Untergrund beeinflusst, wie viel Sonnenlicht zur Modulrückseite reflektiert wird. Die tatsächliche Wirkung hängt zusätzlich von Bodenfreiheit, Modulneigung und Anlagengeometrie ab.

Welche Bodenfreiheit brauchen bifaziale Module?

Es gibt keinen universellen Wert für alle Projekte. Die geeignete Bodenfreiheit hängt unter anderem von Modultyp, Untergrund, Statik, Windlast und Anlagengeometrie ab.

Können Trägerprofile den Ertrag bifazialer Module beeinflussen?

Ja. Profile und andere Bauteile können die Modulrückseite teilweise abschatten. Deshalb sollten Konstruktion und Modulposition aufeinander abgestimmt werden.

Eignen sich bifaziale Module für Freiflächenanlagen?

Ja. Freiflächenanlagen bieten häufig gute Voraussetzungen, weil Bodenfreiheit, Modulneigung und Reihenabstand bereits während der Planung gezielt festgelegt werden können.

Sind bifaziale Module für Solar-Carports geeignet?

Grundsätzlich ja. Die große Montagehöhe kann günstige Bedingungen für die Modulrückseite schaffen. Die tatsächliche Wirkung hängt jedoch von Konstruktion, Fahrzeugen und Umgebung ab.

Können bifaziale Module auf Flachdächern eingesetzt werden?

Ja. Besonders Aufbauhöhe, Dachoberfläche, Reihenanordnung, Windlast und Ballastierung müssen dabei gemeinsam betrachtet werden.

Projektspezifische Unterkonstruktionen für bifaziale PV-Systeme

 

Bifaziale Solarmodule erweitern klassische Photovoltaik um eine zweite aktive Modulfläche. Damit die Rückseite sinnvoll zur Energieerzeugung beitragen kann, müssen Modultyp und Unterkonstruktion technisch aufeinander abgestimmt sein. Bodenfreiheit, Albedo, Modulneigung, Reihenabstand, Trägerposition, Windlast und Schneelast beeinflussen gemeinsam das Gesamtergebnis.

Electraplan E-Solar entwickelt projektspezifische Photovoltaik-Montagesysteme für Freiflächenanlagen, Flachdächer und Solar-Carports. Engineering, statische Berechnung und konstruktive Optimierung bilden dabei die Grundlage für sichere, langlebige und wirtschaftlich realisierbare PV-Projekte.

Sie planen eine Photovoltaikanlage mit bifazialen Modulen und benötigen eine geeignete PV-Unterkonstruktion?

Kontaktieren Sie Electraplan E-Solar für die technische Abstimmung Ihres Projekts.