Vertikale bifaziale PV-Systeme vs. geneigte PV-Systeme: Welches System ist tatsächlich leistungsfähiger?

Die meisten Solaranlagen sind nach Süden ausgerichtet und auf die maximale Stromerzeugung zur Mittagszeit optimiert. Doch eine wachsende Zahl von wissenschaftlichen Studien zeigt, dass vertikale bifaziale Paneele — aufrecht montiert, nach Osten und Westen ausgerichtet — übertreffen herkömmliche geneigte Systeme unter bestimmten und wichtigen Bedingungen. Hier ist, was die Daten tatsächlich zeigen und wann welcher Ansatz sinnvoll ist.

Zunächst einmal: Was vergleichen wir?

Herkömmliche Solarpaneele werden schräg montiert, typischerweise nach Süden auf der Nordhalbkugel, um um die Mittagszeit möglichst viel direktes Sonnenlicht einzufangen. Dies wird als … bezeichnet. geneigtes monofaziales System, und es ist seit Jahrzehnten der Branchenstandard.

A vertikales bifaziales System Dieser Ansatz ist völlig anders. Die Paneele stehen senkrecht – exakt im 90-Grad-Winkel – und sind gleichzeitig nach Osten und Westen ausgerichtet. Sie fangen Morgenlicht auf der einen und Abendlicht auf der anderen Seite ein. Da die Paneele bifazial sind, erzeugen sie gleichzeitig Strom von beiden Seiten.^[1]

Der Vergleich ist wichtig, weil diese beiden Systemtypen nicht nur unterschiedlich aussehen. Sie produzieren Energie zu unterschiedlichen Tageszeiten, reagieren unterschiedlich auf das Wetter und eignen sich für grundlegend unterschiedliche Standortbedingungen.

Was die Forschung tatsächlich zeigt

Im Jahr 2023, Forscher Ghadeer Badran und Mahmoud Dhimish am Universität York führte die erste einjährige empirische Studie eines kommerziellen vertikalen bifazialen Systems im britischen Klima durch, die veröffentlicht wurde in Wissenschaftliche Berichte im August 2024.^[2] Drei Systeme wurden von Februar 2023 bis Januar 2024 parallel auf demselben Dach überwacht:

Im Vergleich zum geneigten System lieferte die vertikale bifaziale Anordnung in jeder getesteten Jahreszeit und jedem getesteten Zeitfenster eine messbar höhere Leistung.^[2]

An einem besonders leistungsstarken Tag im Mai produzierte das vertikale bifaziale System 4,92 kWh — ungefähr 25,381 TP3T mehr als das geneigte System an diesem einen Tag.^[3] CFD-Modellierungen bestätigten, dass die Auftriebskräfte bei 27,2 m/s (~98 km/h) vernachlässigbar sind.^[2]

Warum vertikale bifaziale Verfahren in höheren Breitengraden besser funktionieren

🌅 Das Problem mit dem Sonnenwinkel

Großbritannien liegt zwischen Breitengrad 50°N und 60°N. Im Winter steht die Sonne tief – oft nur 10–20 Grad über dem Horizont. Ein nach Süden ausgerichtetes, geneigtes Solarpanel ist darauf ausgelegt, die Mittagssonne einzufangen, doch im britischen Winter ist diese schwach. Ein vertikales, in Ost-West-Richtung ausgerichtetes Panel ist geometrisch besser geeignet, das flach einfallende Morgen- und Nachmittagslicht zu nutzen. Daher ist der größte saisonale Zuwachs in den Daten der Wintervorteil.^[2]

☁️ Diffuses Licht ist in Großbritannien Standard

Im Vereinigten Königreich liegt der Durchschnitt nur bei etwa 1.000 bis 1.200 Sonnenstunden pro Jahr.^[4] Bewölktes und diffuses Wetter herrscht vor. Unter diesen Bedingungen stellte die Studie der Universität York fest, dass vertikale bifaziale Systeme etwa eine gewisse Sonneneinstrahlung aufrechterhielten. 60% Spitzenleistung, während herkömmliche Solarmodule auf etwa 35%.^[2]

⚡ Der Vorteil des Doppelgipfel-Gitters

Herkömmliche geneigte Solarmodule erzeugen einen Energiepeak zur Mittagszeit – wenn das Stromnetz reichlich vorhanden ist und die Preise oft am niedrigsten sind. Vertikale, bifaziale Ost-West-Systeme erzeugen hingegen… zwei GipfelEine Lieferung erfolgt morgens (05:30–09:00 Uhr) und eine abends (17:00–20:30 Uhr). Diese Zeiten entsprechen dem Bedarf der Haushalte an Heizung, Kochen und dem Laden von Elektrofahrzeugen.^[5]

Forschungsergebnisse der Hochschule für Angewandte Wissenschaften Leipzig (HTWK Leipzig) wurde auf Basis von Energiesystemmodellen für das deutsche Stromnetz im Jahr 2030 bestätigt, dass dieses veränderte Erzeugungsprofil den Bedarf an gasbetriebenen Spitzenlastkraftwerken verringert und die erforderliche Stromspeicherkapazität senkt.^[5]

💡 Wichtiger wirtschaftlicher Aspekt: Eine britische Analyse schätzte die zusätzlichen jährlichen Einsparungen auf etwa GBP 1.221 pro 1.500 kWh Basiswert, unter der Annahme eines Tarifs von 0,28 GBP/kWh – vor allem bedingt durch die Ausrichtung des vertikalen Systems auf die höherwertigen Erzeugungsperioden am Morgen und Abend.^[6]

Wo vertikale bifaziale Photovoltaik den größten Nutzen bietet

🏭 Szenario 1: Gewerbliche Dachflächen in hohen Breitengraden

Großbritannien, Irland, Norwegen und Schottland sind die stärksten Märkte. Der niedrige Sonnenstand im Winter und die häufige Bewölkung begünstigen eine vertikale bifaziale Geometrie. Weiße Kies- oder weiße Membrandachdeckung Die Unterseite der Solarzellen maximiert die rückseitige Reflexion und verstärkt den bifazialen Gewinn.^[3]

🌿 Szenario 2: Flachdächer mit Anforderungen an die Dachbegrünung

Vertikale Paneele mit Holmprofilen blockieren weder Regen noch Vegetation. Dies ist die erste kommerzielle Installation von Easy Solar in den USA. 100 kW, Queens, New York, April 2026 Die Dachbegrünung wurde von einer geneigten auf eine vertikale Anordnung umgestellt, um die Vorgaben des New Yorker Umweltamtes (Department of Environmental Protection) für die Leistungsfähigkeit von Gründächern zu erfüllen. Erwarteter Jahresertrag: ca. 120.000 kWh.^[7]

🌾 Szenario 3: Agrivoltaiksysteme

Die vertikalen Ost-West-Reihen ermöglichen es, dass handelsübliche Landwirtschaftsgeräte ungehindert zwischen den Paneelen hindurchfahren können. Studie der Universität Aarhus 2025 (Energie-Nexus) wurde bestätigt, dass vertikale bifaziale Paneele Strom erzeugen, ohne die Ernteerträge zu mindern, wobei die Paneele nur etwa 101 TP3 T der Feldfläche bedecken.^[8]

• Die Erträge von Weizen und Gras-Klee betrugen vergleichbar mit Ergebnissen im offenen Feld
• Paneele wirken als effektive Windschutzhecken, wodurch die Verdunstung verringert und die Ernte geschützt wird
• 18–26% weniger Land benötigt im Vergleich zu getrennten Solar- und Landwirtschaftsbetrieben
• Kompatibel mit Standard-Mähdrescher und Traktoren

❄️ Szenario 4: Schneereiche und kalte Klimazonen

Schnee gleitet auf natürliche Weise von vertikalen Paneelen ab – keine vergrabenen Anlagen, keine Ertragsverluste im Winter. Untersuchungen des NREL zeigen, dass bifaziale Paneele auf hochreflektierenden Schneeoberflächen die jährliche Energieproduktion steigern können. 11 bis 27%.^[9] Die nordischen Länder, Kanada und das Alpeneuropa profitieren am meisten.

🏗️ Szenario 5: Lärmschutzwände und gebäudeintegrierte Photovoltaikfassaden

Vertikale bifaziale Paneele dienen gleichzeitig als Lärmschutzwände und Stromerzeuger. IEA-PVPS Aufgabe 13 Es wird darauf hingewiesen, dass bifaziale Paneele in der Nähe der Enden von Barrieren-Arrays von einem zusätzlichen Randgewinn aufgrund der ungehinderten Rückseitenbelichtung profitieren.^[10] Für Gebäudefassaden liegen Forschungsdokumente vor, die ungefähr 25% höhere jährliche Stromerzeugung im Vergleich zu gleichwertigen monofazialen Installationen.^[11]

Agrivoltaik: Ein genauerer Blick

Agrivoltaik – die Kombination von Solarenergieerzeugung und aktiver Lebensmittelproduktion – ist eine der am schnellsten wachsenden Anwendungen für vertikale bifaziale Technologie. Die Paneelreihen verlaufen parallel zu den Pflanzenreihen, und handelsübliche Landmaschinen können ungehindert dazwischen hindurchfahren.

Die Studie der Universität Aarhus ergab, dass Weizen und Gras-Klee-Mischungen, die zwischen vertikalen Paneelen angebaut wurden, Erträge erzielten, die mit denen von Freilandkulturen vergleichbar waren. Obwohl die vertikale Anordnung etwa 13% weniger jährlicher Gesamtstromverbrauch als ein geneigtes System, Sein Erzeugungsprofil entspricht besser der Nachfrage, mit Spitzenwerten am Morgen und Abend.^[8]

Eine Modellierung im IEEE Journal of Photovoltaics unter Verwendung von Wetterdaten aus Merced, Houston, Denver und Miami ergab, dass … nach Süden ausgerichtet vertikales bifaziales System mit einem Bodenreflektor erreicht 112 bis 121% der Jahresleistung eines standardmäßigen, um 20° geneigten monofazialen Systems. Ohne Reflektor sinkt die Leistung auf 82–941 TP3T.^[13]

Der Universität von Vermont führt an seinem Gartenbauforschungs- und Bildungszentrum in South Burlington einen vertikalen bifazialen Agrivoltaik-Versuch mit einer Leistung von 50 kW durch – eine der ersten Feldstudien dieser Konfiguration im US-amerikanischen Maßstab für Gemüsepflanzen.^[14]

Vorabkosten vs. langfristige Rendite

Die Kostenschätzungen basieren auf einer ergänzenden Analyse einer Studie der Universität York. Gewerbliche Solaranlagen in Großbritannien kosten typischerweise zwischen 800 und 1.200 £/kW.^[15]

Diese Kostenlücke verringert sich, wenn man drei Faktoren berücksichtigt:

1. Reduzierte Wartungskosten Die vertikalen Paneele reinigen sich selbst bei Regen, sind schmutzabweisend und benötigen keine Neigungsverstellung. Die Kosten über fünf Jahre liegen laut Berichten um ca. 301 TP3T niedriger als bei vergleichbaren geneigten Paneelen.^[3]
2. Höherwertige Generierung — Strom, der morgens und abends verbraucht wird, erzielt im Rahmen der zeitabhängigen Tarife höhere Preise. Jede Kilowattstunde (kWh) kann mehr wert sein, nicht nur, weil mehr kWh produziert werden.
3. Doppelte Landnutzung — Bei Agrivoltaik- oder Gründachanwendungen erzeugt dieselbe Fläche gleichzeitig sowohl landwirtschaftlichen Wert als auch Energiewert.

Wenn Tilted Systems immer noch gewinnen

Vertikale bifaziale Paneele sind nicht überall die richtige Lösung. Hier sind die Anwendungsfälle, in denen herkömmliche geneigte Systeme die bessere Wahl bleiben:

• 🌞 Regionen mit niedrigen Breitengraden und hoher Sonneneinstrahlung (Südspanien, MENA, Subsahara-Afrika) — Einachsige Tracker oder geneigte Festantennenarrays liefern einen überlegenen Jahresertrag, wenn die direkte Normalstrahlung (DNI) am Mittag dominiert.^[17]
• 🏠 nach Süden ausgerichtete Schrägdächer — Das Dach bietet bereits eine optimale Sonnenausrichtung; eine vertikale Montage erfordert bauliche Veränderungen und erzeugt in der Regel weniger Gesamtenergie.
• 💰 Budgetbeschränkte Wohnbauprojekte In den wärmeren Regionen Großbritanniens ist der Kostenaufschlag von ~33% ohne zeitabhängige Tarife schwerer wieder hereinzuholen.
• 🌑 Standorte mit geringer Bodenalbedo — Unbewachsener Boden (Albedo 0,15–0,25) reicht nicht aus, um den bifazialen Rückseitengewinn voll auszuschöpfen.^[16]

Wie unabhängige Gremien die Beweise auswerten

• 📋 IEA-PVPS Aufgabe 13 Ost-West-vertikale Anordnungen werden als “besonders geeignet für bifaziale PV-Technologien” bezeichnet, wobei Vorteile wie die Anpassung des Lastprofils, geringe Verschmutzungsraten und die gemeinsame Landnutzung angeführt werden.^[10]
• 📊 IEEE Journal of Photovoltaics Die Modellierung bestätigt, dass nach Süden ausgerichtete vertikale bifaziale + Reflektorsysteme die Leistung geneigter monofazialer Systeme erreichen oder übertreffen (112–121%).^[13]
• 🌾 Universität Aarhus (2025) Bietet Feldvalidierung unter realen Bedingungen in gemäßigten Klimazonen: kein Ernteausfall, besseres bedarfsgerechtes Erzeugungsprofil.^[8]
• 🔬 HTWK Leipzig Modellierung bestätigt ein CO₂-Reduktionspotenzial von bis zu 10,2 Millionen Tonnen pro Jahr in Deutschland durch die breite Anwendung vertikaler bifazialer Anlagen.^[5]

Das Fazit für B2B-Käufer und Systemdesigner

Vertikale bifaziale Photovoltaik ist keine Nischenneuheit. Sie ist eine eine wirklich andere Energieerzeugungsstrategie — optimiert für Bedarfsdeckung statt Spitzenleistung, für diffuses Licht statt direkter Sonneneinstrahlung und für die Mehrzwecknutzung von Flächen statt für Anlagen mit nur einem Verwendungszweck.

Der stärkste Fall liegt vor, wenn drei Bedingungen zusammentreffen: a Standort in hohen Breitengraden (50°N und darüber), A Bedarf an Morgen- und Abendgenerierung, und ein reflektierende Boden- oder Dachflächen. Sind alle drei Faktoren gegeben, sind die Leistungsdaten überzeugend und die wirtschaftliche Argumentation hält stand.

Für Solarunternehmen, Architekten und Projektentwickler, die sich an die Zielgruppe richten Großbritannien, Irland, Skandinavien, Nordeuropa oder Kanada – und insbesondere bei Agri-Photovoltaik-, BIPV- oder städtischen gewerblichen Flachdachprojekten – verdient die vertikale bifaziale Solarmodule einen ernsthaften Platz in der Designdiskussion.

Referenzen & Anmerkungen

1. Bifaziale Solarmodule erzeugen Strom sowohl über die Vorder- als auch über die Rückseite der Zellen. In vertikaler Ost-West-Ausrichtung fängt die Vorderseite die Morgensonne ein, während die Rückseite gleichzeitig die Nachmittagssonne aufnimmt.
2. Badran, G., & Dhimish, M. (2024). “Umfassende Studie zur Effizienz vertikaler bifazialer Photovoltaiksysteme: eine Fallstudie aus Großbritannien.” Wissenschaftliche Berichte 14, 18380. DOI: 10.1038/s41598-024-68018-1. nature.com | York-Forschungsdatenbank
3. pv magazine (15. April 2026). pv-magazine.com. Reduzierung der Wartungskosten über 5 Jahre (~30%) aus ergänzenden Daten zu [2].
4. Jährliche Sonnenscheindauer in Großbritannien: Klimastatistik des britischen Met Office. metoffice.gov.uk
5. Reker, S. et al. (2022). “Integration vertikaler Solarkraftwerke in ein zukünftiges deutsches Energiesystem.” Intelligente Energie 7, 100069. HTWK Leipzig. DOI: 10.1016/j.segy.2022.100069. sciencedirect.com
6. Die Wirtschaftlichkeitsanalyse basiert auf einer Studie der Universität York [2] und einem ergänzenden Modell. Der Tarif von 0,28 GBP/kWh und der Basisverbrauch von 1.500 kWh dienen der Veranschaulichung. Die tatsächlichen Einsparungen variieren je nach lokalem Tarif und Albedo.
7. Über Easy Solar NYC (Queens, Willets Point), April 2026. pv magazine USA. pv-magazine-usa.com
8. Victoria, M. et al. (2025). “Vertikale Agrivoltaik in einem gemäßigten Klima.” Energie-Nexus 19, 100526. DOI: 10.1016/j.nexus.2025.100526. pure.au.dk
9. NREL-Forschung zur Leistungsfähigkeit bifazialer Schneebeläge (2020). nrel.gov
10. IEA-PVPS Task 13 (2021). “Bifaziale Photovoltaikmodule und -systeme”.” iea-pvps.org (PDF)
11. Jährlicher Energiegewinn bei bifazialer Fassade ~25% im Vergleich zu monofazialer Fassade: Soria et al. (2015), zitiert in Li, Z. et al. (2021). Sonnenenergie 227. DOI: 10.1016/j.solener.2021.07.082. sciencedirect.com
12. Riaz, MH et al. (2021). “Die Optimierung vertikaler bifazialer Photovoltaikanlagen für effiziente Agri-Photovoltaiksysteme.” Sonnenenergie 230, 1004–1012. agrisolarclearinghouse.org
13. Reagan & Kurtz. “Energetischer Vergleich von vertikalen bifazialen und geneigten monofazialen Solaranlagen.” IEEE J. Photovoltaics. Hinweis: 112–121% bezieht sich auf nach Süden ausgerichtet Vertikal + Bodenreflektor, nicht Ost-West. PDF über AgriSolar Clearinghouse
14. Agrivoltaik-Versuch der Universität von Vermont (NE SARE, Projekt LNE22-454R). site.uvm.edu/agrivoltaics
15. Kosten für gewerbliche Solaranlagen in Großbritannien: 800–1.200 £/kW. nu.energy. Der vertikale bifaziale Aufschlag von ~33% ist eine Schätzung aus der ergänzenden Analyse einer Studie der Universität York.
16. Bodenalbedowerte: Marion, B. (2021). Sonnenenergie 215, 321–327. DOI: 10.1016/j.solener.2020.12.067.
17. Rodríguez-Gallegos, CD et al. (2020). “Globale techno-ökonomische Leistungsfähigkeit bifazialer und nachgeführter Photovoltaiksysteme.” Joule 4(7), 1514–1541. DOI: 10.1016/j.joule.2020.05.005.