Bifaziale Module
Bifaziale Module werden in PV*SOL® wie herkömmliche PV-Module gerechnet, auf die eine erhöhte Einstrahlung trifft. Die erhöhte oder effektive Einstrahlung wird definiert über:
$$ E_\text{effective} = E_\text{front} + E_\text{rear} \cdot BF $$
Der “Bifazialitäts-Faktor” $ BF $ ist eine Datenbank-Angabe des PV-Moduls. Üblich sind Werte zwischen 0.7 und 0.8 (70 bis 80 %). Der Faktor gibt an, wieviel Prozent der auf die Rückseite auftreffenden Leistung vom PV-Modul zur Stromerzeugung genutzt werden können.
Berechnung der Rückseiten-Strahlung
Bei dachparallelen oder fassadenintegrierten Anlagen
Keine Strahlung auf die Rückseite.
Bei vertikalen Modulreihen
Bei Aufständerungswinkeln von mehr als 80° wird die Einstrahlung auf die Vorderseite und die Rückseite mit den gängigen Strahlungsmodellen berechnet.
Bei aufgeständerten Modulreihen
Die Strahlung auf die Modul-Rückseite setzt sich zusammen aus der vom Boden reflektierten Strahlung, der von benachbarten Modulen reflektierten Strahlung und dem Anteil der Diffus- und Direktstrahlung, die direkt die Modul-Rückseite erreichen kann.
$$ E_\text{rear} = E_\text{rear,Boden} + E_\text{rear,Module} +E_\text{rear,diffus} $$
Abbildung 1: Schematische Darstellung der Strahlung auf die Modul-Rückseite.
Der für die Rückseite des Moduls sichtbare Bereich des Bodens startet bei $$ x_\text{Start} = x_\text{M} + \frac{\tan γ_\text{M}}{h} $$ und endet bei $$ x_\text{End} =x_\text{M} +d + \frac{ h(d-b \cos γ_\text{M})}{(b \sin γ_\text{M})} $$
mit der Modulbreite b, der Höhe über dem Boden h und dem Modulabstand d.
Es wird für jeden Punkt auf dem für das Modul sichtbaren Bereich des Bodens die eintreffende Strahlung berechnet $$E_\text{In,Prüfpunkt} =E_\text{direkt,Prüfpunkt} +E_\text{diffus,Prüfpunkt} $$
Die direkte Strahlung erreicht den Prüfpunkt in den Bereichen $$ [x_\text{M} + b \cos γ_\text{M} -d+ \frac{h+b \sin γ_\text{M}}{\tan γ_\text{S}} , x_\text{M} + \frac{ h}{\tan γ_\text{S}} ] $$ und $$ [x_\text{M} + b \cos γ_\text{M} +\frac{(h+b \sin γ_\text{M})}{\tan γ_\text{S}} , x_\text{M} + d + \frac{h}{\tan γ_\text{S}} ] $$
Die diffuse Strahlung erreicht anteilig zum sichtbaren Bereich des Himmels den Prüfpunkt. Vom Prüfpunkt aus sind zwei Bereiche des Himmels sichtbar, zwischen Vorgänger-Modul und Modul, sowie zwischen Modul und Nachfolger-Modul.
Die vordere Begrenzung des vorderen Bereichs verläuft zwischen Prüfpunkt und Oberkante des Vorgänger-Moduls. $$ \tan δ_\text{(1,v)} = \frac{h+b \sin γ_\text{M}}{b \cos γ_\text{M} -d-x} $$ Die hintere Begrenzung des vorderen Bereichs verläuft zwischen Prüfpunkt und Unterkante des Moduls. $$ \tan δ_\text{(1,h)} = \frac{h}{x} $$ Die vordere Begrenzung des hinteren Bereichs verläuft zwischen Prüfpunkt und Oberkante des Moduls. $$ \tan δ_\text{(2,v)} = \frac{h+b \sin γ_\text{M}}{x+b \cos γ_\text{M} } $$ Die hintere Begrenzung des hinteren Bereichs verläuft zwischen Prüfpunkt und Unterkante des Nachfolger-Moduls. $$ \tan δ_\text{(2,h)} = \frac{h}{x+d} $$
Die Diffusstrahlung am Prüfpunkt ergibt sich dann zu
$$ E_\text{diffus,Prüfpunkt} = E_\text{diffus} \frac{(δ_\text{(1,h)}-δ_\text{(1,v)} )+(δ_\text{(2,h)}-δ_\text{(2,v)} )}{180° } $$
Von der Strahlung, die den Prüfpunkt erreicht, wird je nach Albedo ρ ein Teil reflektiert: $$ E_\text{Out,Prüfpunkt} = ρ \cdot E_\text{In,Prüfpunkt} $$
Von dieser als isotrop angenommenen Strahlung erreicht nur ein Teil die Rückseite des Moduls, die noch mit dem Einstrahlungswinkel $ θ_\text{rear,Prüfpunkt} $ gewichtet wird: $$ E_\text{Out,Prüfpunkt,Modul} = E_\text{Out,Prüfpunkt} \frac{ δ_\text{(1,h)}-δ_\text{(2,v)}}{180° } \cdot IAM \cdot θ_\text{rear,Prüfpunkt} \cdot (1-f_\text{Shading by structure} ) $$
Der mittlere Einstrahlwinkel wird angenähert durch
$$ θ_\text{rear,Prüfpunkt} = \frac{δ_\text{(1,h)}+δ_\text{(2,v)}}{2} - γ_\text{M} $$
Die Berechnung wird für $ n $ Prüfpunkte zwischen $ x_\text{Start} $ und $ x_\text{End} $ wiederholt, wobei jede Einstrahlung auf den Prüfpunkt mit $ (x_\text{End} - x_\text{Start} )/n $ gewichtet wird. Anschließend wird über alle $ E_\text{Out,Prüfpunkt,Modul} $ integriert und man erhält die vom Boden reflektierte Strahlung auf die Modul-Rückseite.
$$ E_\text{rear,Boden} = \sum_{i=0}^{n} E_\text{Out,Prüfpunkt,Modul, i} (x_\text{End} - x_\text{Start} )/n $$
$ E_\text{rear,diffus} $ entspricht dem Anteil der Diffusstrahlung, die von der Rückseite des Moduls aus sichtbar ist.
$$ E_\text{rear,diffus} =E_\text{diffus} \frac{γ_\text{M} -γ_\text{M,next} }{180°} $$
Der Winkel von der Unterkante des Moduls zur Oberkante des nächsten Moduls $ γ_\text{M,next} $ berechnet sich mit $$ \tanγ_\text{M,next} = \frac{b \sin γ_\text{M}}{d+b \cos γ_\text{M} } $$
Siehe auch