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Matériaux des panneaux solaires : chaque couche expliquée
Table des matières
Réponse rapide : Un module de panneau solaire est constitué de huit matériaux principaux, chacun jouant un rôle spécifique dans l'empilement. Le verre avant trempé à faible teneur en fer supporte la charge optique et protège les cellules. L'encapsulant — généralement de l'EVA — lie les couches et empêche l'humidité de pénétrer, et il réticule à environ 150 °C pendant la lamination. Les cellules solaires génèrent le courant. Le ruban les connecte, la feuille arrière scelle l'arrière contre les UV et l'humidité, la boîte de jonction transporte la sortie, et le cadre en aluminium fournit la résistance mécanique et l'interface de montage. Deux éléments plus petits complètent la liste : le mastic d'étanchéité des bords et les matériaux isolants à l'intérieur de la boîte. Chaque matériau a une spécification qui compte — transmittance du verre, teneur en gel de l'encapsulant, rigidité diélectrique de la feuille arrière — et une incompatibilité entre deux d'entre eux se manifeste plus tard par une délamination, une corrosion ou un échec à un test de sécurité.
Fabrication de modules PV · par Jerry, Ooitech
Introduction
Le rôle optique de la surface du verre de protection, et pourquoi la texture est spécifiée plutôt qu'accessoire, est abordé dans pourquoi le verre des panneaux solaires est texturé.
La plupart des modules photovoltaïques sont fabriqués à partir d'une poignée de matériaux de base. Un module solaire typique est composé d'un matériau de surface avant, de cellules solaires, encapsulant matériau, d'un matériau de surface arrière, du cadre et de quelques pièces de support. Chaque couche a son propre rôle, et ensemble elles déterminent la performance du module et sa durée de vie. Passons-les en revue un par un.
Matériau de surface avant
Ce qu'il fait et pourquoi le verre est gagnant
Le matériau de surface avant d'un module PV doit avoir une transmittance élevée sur la plage de longueurs d'onde utilisable par les cellules solaires, ainsi qu'un faible indice de réfraction, afin que la lumière du soleil soit absorbée aussi efficacement que possible. Au-delà de la transmission et de la réflexion, le matériau avant doit être imperméable à l'eau, avoir une bonne résistance aux chocs, rester stable sous une exposition UV à long terme et avoir une faible résistance thermique pour empêcher l'eau ou la vapeur d'eau de corroder les contacts métalliques et les interconnexions, ce qui raccourcirait la durée de vie du module.
Comme les modules sont installés à l'extérieur et sont souvent confrontés à des conditions météorologiques difficiles telles que le vent, le sable, la pluie et la neige, le matériau avant doit également avoir une certaine rigidité pour protéger les cellules à l'intérieur des impacts externes.
Il existe plusieurs options pour la surface avant, notamment l'acrylique, les polymères et le verre. Le choix le plus courant est le verre trempé à faible teneur en fer, car il est peu coûteux, résistant, stable, très transparent, étanche à l'eau, étanche à l'air et offre de bonnes performances d'auto-nettoyage.
Cellules solaires
Le cœur de la production d'énergie
La cellule solaire est l'une des parties les plus importantes d'un module PV et détermine directement la puissance de sortie globale du module. C'est une plaquette semi-conductrice qui génère de l'électricité à partir de la lumière du soleil, et tant que certaines conditions d'éclairage sont remplies, la cellule produit une tension et génère un courant lorsqu'elle est connectée dans un circuit.
Il existe de nombreuses options de cellules. Par technologie de fabrication, on trouve TOPCon, BC, HJT et autres. Par spécification de taille, il y a 182, 183, 210 et plus. Même au sein d'une même technologie et d'une même taille, les cellules sont en outre classées par efficacité.
Matériau d'encapsulation
La couche de liaison qui maintient tout ensemble
L'encapsulant assure l'adhésion entre les cellules solaires et les surfaces avant et arrière du module. Il doit rester stable sous des températures élevées et une forte exposition aux UV. Il doit également être optiquement transparent, avec une faible résistance thermique et une résistance électrique élevée.
L'EVA (éthylène-acétate de vinyle) est l'encapsulant le plus couramment utilisé. Il se présente sous forme de film mince placé entre les cellules et les surfaces avant et arrière, formant une structure en sandwich. Ce sandwich est ensuite chauffé à 140-150°C sous une certaine pression pendant un certain temps, permettant à l'EVA de polymériser et de lier le module. Dans l'image ci-dessous, le film semi-transparent sur les cellules est de l'EVA.
Feuille arrière
La surface arrière protectrice
La feuille arrière photovoltaïque est la surface arrière du module. Ses exigences clés sont une faible résistance thermique et la capacité d'empêcher l'eau ou la vapeur d'eau de pénétrer. Les modules à simple verre utilisent généralement un film polymère comme feuille arrière, tandis que les modules à double verre utilisent du verre à la place, car un verre arrière transparent peut absorber la lumière réfléchie par le sol et augmenter la production d'énergie.
Ruban photovoltaïque (ruban de cuivre étamé)
Comment le courant est collecté et transporté
Le ruban photovoltaïque, un ruban de cuivre étamé, se divise principalement en ruban d'interconnexion et ruban de bus. Le ruban d'interconnexion relie les cellules à l'intérieur d'un module ; il est soudé directement aux barres omnibus conductrices à la surface de la cellule par une machine à enficher, conduisant et collectant le courant de chaque cellule. Le ruban de bus relie les chaînes de cellules à l'intérieur d'un module ; il est soudé aux rubans d'interconnexion et rassemble le courant produit par les cellules dans le boîte de jonction.
La base du ruban photovoltaïque est en cuivre métallique, recouvert d'une fine couche d'étain. La base en cuivre offre une conductivité élevée et une faible résistance, réduisant la résistance interne du module et diminuant les pertes de puissance. Le revêtement d'étain est nécessaire car le cuivre a un point de fusion élevé et une mauvaise soudabilité en soi ; le revêtement d'étain sur la base en cuivre donne au ruban une bonne soudabilité et permet au ruban d'interconnexion de se lier fermement aux barres conductrices sur la surface de la cellule, assurant un bon flux de courant.
Boîte de jonction
Le pont vers le circuit externe
La boîte de jonction transmet le courant sur le module photovoltaïque. Elle se connecte au ruban conducteur interne et relie le module au circuit externe. Elle nécessite de bonnes performances électriques, et sa conception et ses dimensions doivent répondre aux exigences de l'environnement d'exploitation, notamment en matière de résistance électrique, mécanique, thermique, à la corrosion et aux intempéries, tout en ne présentant aucun danger pour les utilisateurs ou l'environnement. Les boîtes de jonction courantes des modules photovoltaïques utilisent des connecteurs rapides MC4.
Cadre
Résistance, étanchéité et installation facile
Le cadre sert à plusieurs fins. Premièrement, il protège le bord du verre et empêche le module de se fissurer sous une force externe. Deuxièmement, combiné au mastic d'étanchéité des bords, il renforce l'étanchéité du module. Troisièmement, il améliore considérablement la résistance mécanique globale du module. Quatrièmement, il facilite l'installation et le transport du module, et il sert de support reliant le module à la structure de montage, de sorte qu'une fixation appropriée offre la meilleure résistance aux charges, allant des supports individuels aux réseaux intégrés, et renforce la capacité mécanique de l'ensemble du système de centrale électrique.
Mastic d'étanchéité
Protection contre l'humidité
Le mastic d'étanchéité est utilisé pour coller la boîte de jonction à la face arrière du module photovoltaïque, rendant l'espace entre eux étanche à l'eau et améliorant la résistance aux intempéries du module. Il colle également le module au cadre, renforçant la connexion entre les deux et empêchant la vapeur d'eau de pénétrer dans le module.
Point de vue d'Ooitech
Ooitech est convaincu que les performances et la durée de vie d'un module solaire dépendent de la manière dont ses matériaux en couches, du verre avant au mastic d'étanchéité, fonctionnent ensemble comme un système unique.
Associé : Verre de couverture solaire spatial : pourquoi le cérium, et comment l'interpréter est la couche externe de cette pile, prise isolément.
Lectures complémentaires et données contextuelles
Documents de référence publics sur ce sujet, publiés par les organisations qui maintiennent la feuille de route technologique et les données de marché du secteur :
