Principaux matériaux des modules de panneaux solaires : une répartition complète
Table des matières
Introduction
La plupart des modules photovoltaïques sont construits à partir d'une poignée de matériaux de base. Un module solaire typique est composé d'un matériau de surface avant, de cellules solaires, d'un matériau d'encapsulation, d'un matériau de surface arrière, du cadre et de quelques pièces de support. Chaque couche a son propre rôle, et ensemble, elles déterminent les performances du module et sa durée de vie. Passons-les en revue une par une.
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 processus, elles incluent TOPCon, BC, HJT et autres. Par spécification de taille, il y a 182, 183, 210 et plus. Même au sein de la même technologie et de la même taille, les cellules sont encore 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 connecte les cellules à l'intérieur d'un module ; il est soudé directement aux barres conductrices sur la surface de la cellule par une machine de stringer, conduisant et collectant le courant de chaque cellule. Le ruban de bus connecte les chaînes de cellules dans un module ; il est soudé aux rubans d'interconnexion et rassemble le courant produit par les cellules dans la 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.
