Cellules et modules photovoltaïques bifaciaux : guide complet

Une cellule photovoltaïque bifaciale produit de l'énergie par ses deux faces : la face avant capte la lumière directe du soleil, la face arrière la lumière réfléchie par le sol et la lumière diffuse du ciel. Sur le papier l'avantage est évident ; en pratique le gain va de zéro à plus de 20 % selon la construction du module et son lieu d'installation. Dans ce guide, nous voyons comment fonctionne la technologie, comment elle se mesure, ce qu'elle rapporte vraiment et dans quels cas elle est rentable, avec les chiffres pour faire vos propres calculs.

Comment fonctionne une cellule bifaciale

Dans une cellule monofaciale classique, l'arrière est couvert d'une couche continue d'aluminium sérigraphié : elle sert de contact électrique et de miroir, mais elle est opaque. La lumière qui arrive par l'arrière n'entre pas.

Les architectures plus récentes utilisent au contraire un contact arrière localisé : à la place de la couche pleine, une grille de doigts métalliques, comme en face avant, entre lesquels le silicium est exposé et passivé. C'est la voie suivie par les cellules PERC bifaciales (dites aussi PERC+), qui remplacent l'aluminium plein par une grille d'aluminium, et de manière encore plus marquée par les cellules de type n comme TOPCon et hétérojonction (HJT), symétriques par construction.

Le résultat est une cellule qui, à format et puissance avant égaux, ajoute la production de la face arrière. La face avant reste la face principale : c'est sur elle qu'on mesure la puissance nominale et qu'on dimensionne l'installation.

Les technologies comparées

Ces valeurs sont des fourchettes indicatives de la littérature technique : pour un modèle précis, c'est la fiche technique qui fait foi, lorsque la donnée est indiquée.

Le facteur de bifacialité et sa mesure

Le facteur de bifacialité (φ) est le rapport entre la puissance produite par la face arrière et celle produite par la face avant, mesurées séparément sous la même lumière. Une bifacialité de 70 % signifie que la face arrière, éclairée à 1000 W/m², fournirait 70 % de la puissance de la face avant.

La mesure est encadrée par la spécification technique IEC TS 60904-1-2, publiée en 2019 et mise à jour en 2024. En plus des STC classiques (1000 W/m² sur la seule face avant), elle définit la BNPI (bifacial nameplate irradiance) : 1000 W/m² en face avant et 135 W/m² en face arrière, une condition représentative d'un module surélevé au-dessus d'un sol d'albédo moyen. L'éclairement équivalent se calcule ainsi :

G équivalent = 1000 + φ × 135 W/m²

Avec φ = 0,70, on obtient environ 1095 W/m² équivalents, soit environ +9,5 % de puissance par rapport aux STC. Avec φ = 0,90, on atteint environ +12 %. C'est pourquoi les fiches techniques des modules bifaciaux affichent deux valeurs de puissance ou plus : la valeur STC et celles avec un certain gain arrière.

L'albédo : le poids du sol

L'albédo est la fraction de lumière qu'une surface réfléchit. C'est le facteur qui décide le plus de la quantité de lumière qui atteint la face arrière.

Sur une toiture-terrasse, une membrane blanche sous les modules peut compter davantage que le choix de la cellule. En montagne, la neige fait des modules bifaciaux un choix presque évident, d'autant qu'un module surélevé et incliné se déneige plus vite.

Ce que la face arrière apporte vraiment

En combinant bifacialité, albédo et géométrie de l'installation, les gains énergétiques annuels observés sur le terrain sont de cet ordre :

• Modules posés à plat sur la toiture, à quelques centimètres des tuiles : gain minime, de quelques points de pourcentage. La face arrière ne voit presque que de l'ombre.
• Structures fixes au sol sur pelouse ou gravier, bord inférieur à au moins 50-100 cm du sol : environ 5-15 %.
• Surfaces très réfléchissantes (membranes blanches, sable clair, neige) ou trackers mono-axe : on peut dépasser 15-20 %.

Les détails comptent aussi : les profilés de la structure qui passent derrière les cellules ombragent la face arrière, et des rangées de modules trop rapprochées s'ombragent mutuellement le sol. Pour estimer la production d'une installation bifaciale, il faut un logiciel qui modélise l'éclairement arrière ; pour une première évaluation, partir de 5 % sur pelouse et de 10 % sur surfaces claires est une hypothèse prudente.

Où le photovoltaïque bifacial est rentable

• Pergolas, auvents et carports : le module est surélevé, le sol est souvent clair et les modules verre-verre laissent filtrer la lumière entre les cellules. Voir notre page sur l'intégration de panneaux photovoltaïques sur pergolas bioclimatiques.
• Clôtures et garde-corps verticaux avec les faces tournées vers l'est et l'ouest : une face reçoit le soleil du matin, l'autre celui de l'après-midi. Sur sol clair, la production annuelle peut se rapprocher de celle d'un module incliné plein sud, mais elle est répartie sur deux pics et le module reste plus propre et sans neige.
• Agrivoltaïsme : les modules verticaux ou surélevés laissent passer les engins agricoles et exploitent la lumière réfléchie par les cultures. Voir notre guide de l'agrivoltaïsme.
• Toitures-terrasses avec membrane blanche et structures lestées suffisamment hautes.
• Zones enneigées et installations en altitude.

En revanche, payer un surcoût pour un module bifacial destiné à une toiture en pente en pose surimposée n'a guère de sens : un bon module monofacial y rend pratiquement autant.

Ce qui change dans la construction du module

Une cellule bifaciale n'exprime son avantage que si le module est transparent à l'arrière. Deux solutions existent :

• Verre-verre : les cellules sont encapsulées entre deux plaques de verre. C'est la solution la plus robuste, avec une dégradation annuelle généralement plus faible et des garanties plus longues, et le choix standard pour les pergolas et les applications architecturales.
• Backsheet transparent : plus léger et moins cher, adapté lorsque le poids est une contrainte.

Laminer une cellule bifaciale avec un backsheet blanc ou noir opaque la transforme en cellule monofaciale : une erreur fréquente en autoconstruction. La boîte de jonction doit aussi être placée sur le bord ou divisée en trois petites boîtes latérales, pour ne pas ombrager les cellules par l'arrière.

Attention au dimensionnement électrique

La face arrière ajoute surtout du courant, pas de la tension. En conditions BNPI, le courant de court-circuit augmente à peu près dans la même proportion que la puissance : environ 9-10 % de plus avec φ = 0,70, et plus de 20 % sur neige ou membranes blanches. Il faut en tenir compte dans le choix :

• du courant maximal par entrée MPPT de l'onduleur : avec des modules modernes déjà proches des limites, la contribution arrière peut provoquer de l'écrêtage ;
• des fusibles de chaîne et des sections de câble ;
• des régulateurs de charge en site isolé, à choisir sur le courant réel et non sur le courant STC.

La tension, elle, varie très peu : le calcul de la tension maximale de chaîne par temps froid reste le même.

Construire un module bifacial sur mesure

Pour expérimenter ou réaliser un module bifacial de forme ou de puissance particulière, on peut partir des cellules. Notre cellule solaire bifaciale monocristalline 5BB de 156,75 mm atteint 5,40 Wp en face avant avec 22,1 % de rendement, possède 5 busbars en face avant et des plots de soudure à l'arrière : elle se relie en série avec du ruban classique, comme expliqué dans notre guide sur la soudure des cellules solaires. Avec 36 cellules en série, on obtient un module de 12 V nominaux d'environ 190 W en face avant seule.

Si vous avez besoin du module fini, MR WATT conçoit et fabrique des panneaux solaires sur mesure, y compris des modules bifaciaux verre-verre pour pergolas, garde-corps et intégration architecturale.

Questions fréquentes

Les panneaux bifaciaux produisent-ils toujours davantage ?

Non. Ils ne produisent davantage que si la lumière atteint la face arrière : il faut un module verre-verre ou à backsheet transparent, un dégagement sous le module et une surface réfléchissante. Sur une toiture en pente en pose surimposée, le gain est de quelques points de pourcentage et justifie rarement le surcoût.

Quel pourcentage de gain apporte le bifacial ?

Sur des structures au sol au-dessus de pelouse ou de gravier, le gain annuel est d'environ 5-15 % ; sur membranes blanches, sable clair ou neige, il peut dépasser 15-20 %. Il dépend de la bifacialité de la cellule, de l'albédo du sol, de la hauteur du module et de l'ombrage de la structure à l'arrière.

Que signifie BNPI sur la fiche technique d'un module bifacial ?

C'est la condition nominale définie par l'IEC TS 60904-1-2 : 1000 W/m² en face avant et 135 W/m² en face arrière à 25 °C. La puissance BNPI dépasse la puissance STC d'environ φ × 13,5 %, où φ est le facteur de bifacialité. Le dimensionnement de l'installation part néanmoins des valeurs STC.

Un module bifacial vertical a-t-il du sens sur une clôture ?

Oui, si la clôture est orientée nord-sud et que les modules regardent donc l'est et l'ouest. Une face produit le matin et l'autre l'après-midi, avec une courbe de production à deux pics bien adaptée à l'autoconsommation. Un module vertical s'encrasse peu et ne retient pas la neige.

Puis-je construire moi-même un panneau avec des cellules bifaciales ?

Oui, avec des cellules à busbars comme notre bifaciale 5BB, qui se soudent au ruban et au fer comme les cellules classiques. La seule règle à ne pas rater concerne l'arrière du panneau : il doit être fermé par du verre ou un matériau transparent, sinon la cellule fonctionne comme une monofaciale.

Les cellules bifaciales chauffent-elles davantage ?

Non, en général elles chauffent moins : une cellule qui laisse passer l'infrarouge par l'arrière et un module surélevé et ventilé fonctionnent à des températures plus basses qu'un module posé à fleur de toiture. Cela réduit les pertes thermiques, de l'ordre de 0,3 à 0,4 % par degré au-dessus de 25 °C pour les cellules monocristallines.