Bifaziale Solarzellen und Module: der komplette Leitfaden

Eine bifaziale Solarzelle erzeugt Strom über beide Seiten: Die Vorderseite nimmt das direkte Sonnenlicht auf, die Rückseite das vom Boden reflektierte und das diffuse Himmelslicht. Auf dem Papier ist der Vorteil offensichtlich, in der Praxis reicht der Mehrertrag von null bis über 20 %, je nachdem, wie das Modul aufgebaut ist und wo es installiert wird. In diesem Leitfaden zeigen wir, wie die Technologie funktioniert, wie sie gemessen wird, was sie wirklich bringt und wann sie sich lohnt, mit den Zahlen, um selbst nachzurechnen.

So funktioniert eine bifaziale Zelle

Bei einer herkömmlichen monofazialen Zelle ist die Rückseite mit einer durchgehenden, siebgedruckten Aluminiumschicht bedeckt: Sie dient als elektrischer Kontakt und als Spiegel, ist aber undurchsichtig. Licht von hinten gelangt nicht in die Zelle.

Neuere Architekturen verwenden stattdessen einen lokalen Rückkontakt: Anstelle der vollflächigen Schicht gibt es ein Gitter aus Metallfingern wie auf der Vorderseite, dazwischen liegt das Silizium frei und ist passiviert. Diesen Weg gehen bifaziale PERC-Zellen (auch PERC+ genannt), die die vollflächige Aluminiumschicht durch ein Aluminiumgitter ersetzen, und noch ausgeprägter n-Typ-Zellen wie TOPCon und Heterojunction (HJT), die von Haus aus symmetrisch aufgebaut sind.

Das Ergebnis ist eine Zelle, die bei gleichem Format und gleicher Vorderseitenleistung den Ertrag der Rückseite hinzufügt. Die Vorderseite bleibt die Hauptseite: Auf ihr wird die Nennleistung gemessen, und nach ihr wird die Anlage ausgelegt.

Die Technologien im Vergleich

Die Werte sind Richtbereiche aus der Fachliteratur: Für ein bestimmtes Modell gilt das Datenblatt, sofern der Wert angegeben ist.

Der Bifazialitätsfaktor und wie er gemessen wird

Der Bifazialitätsfaktor (φ) ist das Verhältnis zwischen der Leistung der Rückseite und der Vorderseite, getrennt gemessen unter gleichem Licht. Eine Bifazialität von 70 % bedeutet, dass die Rückseite bei 1000 W/m² Beleuchtung 70 % der Vorderseitenleistung liefern würde.

Die Messung regelt die technische Spezifikation IEC TS 60904-1-2, veröffentlicht 2019 und 2024 überarbeitet. Neben den klassischen STC (1000 W/m² nur auf der Vorderseite) definiert sie die BNPI (bifacial nameplate irradiance): 1000 W/m² auf der Vorderseite und 135 W/m² auf der Rückseite, ein typischer Zustand für ein aufgeständertes Modul über Untergrund mit mittlerer Albedo. Die äquivalente Einstrahlung berechnet sich so:

G äquivalent = 1000 + φ × 135 W/m²

Mit φ = 0,70 ergeben sich rund 1095 W/m² äquivalent, also etwa +9,5 % Leistung gegenüber STC. Mit φ = 0,90 sind es etwa +12 %. Deshalb stehen in den Datenblättern bifazialer Module zwei oder mehr Leistungswerte: der STC-Wert und Werte mit einem bestimmten rückseitigen Mehrertrag.

Die Albedo: wie viel der Untergrund ausmacht

Die Albedo ist der Anteil des Lichts, den eine Oberfläche reflektiert. Sie entscheidet mehr als jeder andere Faktor darüber, wie viel Licht die Rückseite erreicht.

Auf einem Flachdach kann eine weiße Dachbahn unter den Modulen mehr ausmachen als die Wahl der Zelle. Im Gebirge macht Schnee bifaziale Module zu einer fast selbstverständlichen Wahl, auch weil ein aufgeständertes, geneigtes Modul schneller schneefrei wird.

Was die Rückseite wirklich bringt

Bifazialität, Albedo und Installationsgeometrie zusammengenommen ergeben im Feld jährliche Mehrerträge in dieser Größenordnung:

• Dachparallel montierte Module, wenige Zentimeter über den Ziegeln: minimaler Gewinn, wenige Prozentpunkte. Die Rückseite sieht fast nur Schatten.
• Feste Freiflächengestelle über Rasen oder Kies, mit der Unterkante mindestens 50-100 cm über dem Boden: etwa 5-15 %.
• Stark reflektierende Flächen (weiße Dachbahnen, heller Sand, Schnee) oder einachsige Tracker: über 15-20 % sind möglich.

Auch Details zählen: Gestellprofile hinter den Zellen verschatten die Rückseite, und zu eng stehende Modulreihen verschatten sich gegenseitig den Boden. Für eine Ertragsprognose bifazialer Anlagen braucht man Software, die die rückseitige Einstrahlung modelliert; für eine erste Abschätzung sind 5 % über Rasen und 10 % über hellen Flächen eine vorsichtige Annahme.

Wo sich bifaziale Photovoltaik lohnt

• Pergolen, Überdachungen und Carports: Das Modul ist aufgeständert, darunter liegt oft heller Belag, und Glas-Glas-Module lassen Licht zwischen den Zellen durch. Mehr dazu auf unserer Seite zur Photovoltaik für bioklimatische Pergolen.
• Senkrechte Zäune und Geländer mit den Seiten nach Osten und Westen: Eine Seite nimmt die Morgensonne auf, die andere die Nachmittagssonne. Über hellem Untergrund kann der Jahresertrag dem eines nach Süden geneigten Moduls nahekommen, verteilt sich aber auf zwei Spitzen, und das Modul bleibt sauberer und schneefrei.
• Agri-Photovoltaik: Senkrechte oder hochgeständerte Module lassen Platz für Landmaschinen und nutzen das von den Kulturen reflektierte Licht. Siehe unseren Leitfaden zur Agri-Photovoltaik.
• Flachdächer mit weißer Dachbahn und ausreichend hohen ballastierten Gestellen.
• Schneereiche Regionen und Anlagen in großer Höhe.

Keinen Sinn hat dagegen ein Aufpreis für ein bifaziales Modul auf einem Schrägdach mit dachparalleler Montage: Dort liefert ein gutes monofaziales Modul praktisch dasselbe.

Was sich beim Modulaufbau ändert

Eine bifaziale Zelle spielt ihren Vorteil nur aus, wenn das Modul hinten lichtdurchlässig ist. Es gibt zwei Lösungen:

• Glas-Glas: Die Zellen werden zwischen zwei Glasscheiben eingebettet. Das ist die robusteste Lösung, mit meist geringerer jährlicher Degradation und längeren Garantien, und die Standardwahl für Pergolen und architektonische Anwendungen.
• Transparente Rückseitenfolie: leichter und günstiger, geeignet, wenn das Gewicht eine Rolle spielt.

Eine bifaziale Zelle mit einer opaken weißen oder schwarzen Rückseitenfolie zu laminieren, macht sie zu einer monofazialen Zelle: ein häufiger Fehler beim Selbstbau. Auch die Anschlussdose gehört an den Rand oder wird in drei kleine seitliche Dosen aufgeteilt, damit sie die Zellen nicht von hinten verschattet.

Achtung bei der elektrischen Auslegung

Die Rückseite liefert vor allem zusätzlichen Strom, kaum Spannung. Unter BNPI-Bedingungen steigt der Kurzschlussstrom ungefähr im gleichen Verhältnis wie die Leistung: bei φ = 0,70 um etwa 9-10 %, auf Schnee oder weißen Dachbahnen um über 20 %. Das ist zu berücksichtigen bei der Wahl:

• des maximalen Stroms je MPPT-Eingang des Wechselrichters: Bei modernen Modulen, die schon nahe an den Grenzen liegen, kann der rückseitige Beitrag zu Abregelung (Clipping) führen;
• der Strangsicherungen und Kabelquerschnitte;
• der Laderegler in Inselsystemen, die nach dem realen Strom und nicht nach dem STC-Strom auszuwählen sind.

Die Spannung ändert sich dagegen kaum: Die Berechnung der maximalen Strangspannung bei Kälte bleibt wie gewohnt.

Ein bifaziales Modul nach Maß bauen

Wer experimentieren oder ein bifaziales Modul in besonderer Form oder Leistung bauen möchte, kann bei den Zellen beginnen. Unsere bifaziale monokristalline 5BB-Solarzelle mit 156,75 mm erreicht 5,40 Wp auf der Vorderseite bei 22,1 % Wirkungsgrad, hat 5 Busbars auf der Vorderseite und Lötpads auf der Rückseite: Sie wird mit normalem Ribbon in Reihe geschaltet, wie in unserem Leitfaden zum Löten von Solarzellen beschrieben. Mit 36 Zellen in Reihe entsteht ein 12-V-Modul mit etwa 190 W allein über die Vorderseite.

Wenn Sie stattdessen das fertige Modul brauchen, entwickelt und fertigt MR WATT Solarmodule nach Maß, auch bifaziale Glas-Glas-Module für Pergolen, Geländer und gebäudeintegrierte Anwendungen.

Häufige Fragen

Produzieren bifaziale Module immer mehr?

Nein. Sie produzieren nur dann mehr, wenn Licht auf die Rückseite fällt: Nötig sind ein Glas-Glas-Modul oder eine transparente Rückseitenfolie, Freiraum unter dem Modul und eine reflektierende Fläche. Auf einem Schrägdach mit dachparalleler Montage beträgt der Gewinn wenige Prozentpunkte und rechtfertigt den Aufpreis selten.

Wie viel Prozent Mehrertrag bringt Bifazialität?

Bei Freiflächengestellen über Rasen oder Kies liegt der jährliche Mehrertrag bei etwa 5-15 %; über weißen Dachbahnen, hellem Sand oder Schnee kann er 15-20 % übersteigen. Er hängt von der Bifazialität der Zelle, der Albedo des Untergrunds, der Modulhöhe und der Verschattung der Rückseite durch das Gestell ab.

Was bedeutet BNPI im Datenblatt eines bifazialen Moduls?

Es ist die Nennbedingung nach IEC TS 60904-1-2: 1000 W/m² auf der Vorderseite und 135 W/m² auf der Rückseite bei 25 °C. Die BNPI-Leistung liegt um etwa φ × 13,5 % über der STC-Leistung, wobei φ der Bifazialitätsfaktor ist. Die Anlagenauslegung geht trotzdem von den STC-Werten aus.

Ist ein senkrechtes bifaziales Modul an einem Zaun sinnvoll?

Ja, wenn der Zaun in Nord-Süd-Richtung verläuft und die Module damit nach Osten und Westen zeigen. Eine Seite produziert morgens, die andere nachmittags, mit einer Ertragskurve mit zwei Spitzen, die gut zum Eigenverbrauch passt. Ein senkrechtes Modul verschmutzt wenig und hält keinen Schnee.

Kann ich selbst ein Modul mit bifazialen Zellen bauen?

Ja, mit Busbar-Zellen wie unserer bifazialen 5BB-Zelle, die sich wie herkömmliche Zellen mit Ribbon und Lötkolben verlöten lässt. Die einzige Regel, die man nicht falsch machen darf, betrifft die Modulrückseite: Sie muss mit Glas oder einem transparenten Material verschlossen werden, sonst arbeitet die Zelle wie eine monofaziale.

Werden bifaziale Zellen heißer?

Nein, in der Regel bleiben sie kühler: Eine Zelle, die Infrarotlicht über die Rückseite durchlässt, und ein aufgeständertes, hinterlüftetes Modul arbeiten bei niedrigeren Temperaturen als ein dachbündiges Modul. Das verringert die thermischen Verluste, die bei monokristallinen Zellen bei etwa 0,3-0,4 % pro Grad über 25 °C liegen.