Cellule solaire vs panneau solaire : ce que les noms de machines ne disent pas

Réponse rapide : La réponse courte : une cellule solaire et un panneau solaire sont fabriqués par deux industries différentes dans deux usines différentes. La fabrication de cellules commence par une plaquette de silicium et utilise des fours de diffusion, un PECVD et des sérigraphes pour produire un dispositif d'environ 0,5 V à 0,6 V, et environ 95 % des cellules commerciales sont en silicium cristallin. La fabrication de panneaux, ou modules, commence par des cellules finies et utilise une tabbeuse-stringeuse, un poste de superposition, un laminateur, une encadreuse et un testeur pour en assembler 60 à 144 dans un module scellé de 400 W à 700 W. Les usines de cellules nécessitent des fours à plus de 800 °C et des conditions de salle blanche ; une ligne de modules fonctionne à des températures de laminage proches de 150 °C dans un hall industriel ordinaire. Ooitech construit des lignes de modules de 5 MW à 1,2 GW et ne fabrique pas d'équipements de fabrication de cellules. La confusion de dénomination est réelle, même dans notre propre catalogue, où des machines qui manipulent des cellules lors de l'assemblage de modules portent des noms de cellules solaires.

Par Jerry, Marketing Produit chez Ooitech

Je reçois une version de cette question presque chaque semaine : un acheteur demande si nous fabriquons des cellules solaires, alors que ce qu'il veut réellement construire est une ligne de modules. Parfois, ils ont comparé des devis de fab de cellules pendant un moment avant que quelqu'un demande ce qui entre au début de leur procédé.

Cela arrive constamment, et ce n'est pas la faute de l'acheteur. Nos propres machines portent des noms comme Machine de découpe laser de cellules solaires et Tabbeuse-stringeuse de cellules solaires. Elles manipulent des cellules, et elles vivent dans une usine de panneaux.

Deux usines, deux activités différentes

Une cellule solaire est un dispositif photovoltaïque unique — d'environ 16 à 23 cm de large, produisant environ 0,5 à 0,6 volt. Un panneau solaire en contient beaucoup, câblées en série pour augmenter la tension, puis en parallèle pour augmenter le courant.

C'est là toute la relation. Les deux produits sont fabriqués par deux industries.

Nous, chez Ooitech, fournissons lignes de production de panneaux de 5 MW à 1,2 GW. Nous ne fabriquons pas de fours de diffusion, de systèmes PECVD ni de sérigraphes. Si vous construisez une fab de cellules, je ne suis pas la bonne personne à qui demander.

Où se termine la fabrication des cellules

La fabrication des cellules commence par du polysilicium et se termine par une boîte de cellules testées. Cinq étapes, environ.

Le polysilicium est fondu et soit coulé en lingots multicristallins, soit tiré en lingot monocristallin par le procédé Czochralski. Les lingots sont tranchés en plaquettes, nettoyés et texturés pour qu'ils captent plus de lumière.

Cellule solaire monocristalline demi-coupée avec busbars, avant l'assemblage du module

Puis le dopage. Le bore et le phosphore sont diffusés pour créer une jonction p-n, et le chemin conducteur qui se forme autour du bord de la plaquette est retiré pour éviter les courts-circuits. Un revêtement antireflet est appliqué ensuite, généralement du nitrure de silicium déposé par dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma. Enfin, les contacts métalliques sont sérigraphiés en pâte d'argent ou de cuivre et cuits.

Quand cela se termine, vous avez une cellule. Elle est testée, triée par courant, emballée et vendue. C'est la fin d'une industrie.

Environ 95 % des cellules PV commerciales sont en silicium cristallin, et le reste est principalement du film mince au tellurure de cadmium. La fabrication de cellules est très capitalistique et dominée par une poignée de grands acteurs. Chaque changement de génération, de l'Al-BSF au PERC et du PERC au TOPCon, a été porté par le même groupe concentré de fabricants. Le PERC seul a ajouté environ 12 % de production d'énergie en plus par rapport à l'ancienne structure Al-BSF.

Où commence la fabrication des panneaux

Cellules solaires triées alimentant une ligne d'assemblage de modules sur un convoyeur

L'assemblage de modules reprend la boîte de cellules et la transforme en produit. Six postes, dans l'ordre.

Cela commence par un laser qui découpe les cellules à la taille voulue pour les formats demi-coupés et shingled. Un laser réglé trop chaud endommage le bord de la cellule, et la microfissure qu'il laisse reste invisible jusqu'à l'électroluminescence — moment où le module est déjà scellé. Ensuite, la stringeuse soude le ruban sur chaque cellule et les joint en une chaîne série. Sur notre AM050FH, la plage de cellules va de 161 mm à 230 mm, la casse de cellules reste sous 0,2 % et le rendement de brasage est supérieur à 95 %. Aucun de ces défauts ne peut être corrigé en aval. Une cellule fissurée qui entre dans le laminateur en ressort en rebut, pas en retouche.

Tête de brasage plaçant un ruban de cuivre sur des cellules solaires

Machine automatique tabbeuse-stringeuse de cellules solaires dans une usine de modules

La superposition est l'étape où l'empilement se forme : les chaînes posées sur le verre, avec l'encapsulant (EVA) au-dessus et en dessous et le backsheet sur le dessus. Ensuite, le laminateur fait le vide, applique une pression et maintient l'empilement près de 150 °C jusqu'à ce que l'EVA réticule en une unité scellée. Cette fenêtre de température est plus étroite que ne le suggèrent les brochures des équipements, et un plateau avec un coin froid laisse de l'encapsulant non polymérisé qui se délaminera des années plus tard. Le laminateur lui-même est là où réside l'essentiel de ce risque. L'encadrement, la boîte de jonction et les tests finaux terminent le module, et les deux portes de test doivent être en ligne plutôt qu'en fin de ligne. Une usine qui ne teste que les modules finis a déjà laminé chaque défaut de stringeuse dans un produit qu'elle ne peut pas retoucher.

Inspection par électroluminescence de chaînes de cellules brasées

Chaque machine de cette liste vit sur une ligne de modules, y compris celles nommées d'après les cellules.

Le côté cellules est traité séparément dans notre guide du procédé de fabrication des cellules solaires TOPCon.

Pourquoi la confusion coûte de l'argent

Se tromper sur ce point modifie votre plan de capital d'un ordre de grandeur.

Une usine de cellules a besoin de fours à haute température, de dépôt sous vide et d'un environnement de classe salle blanche. Une usine de modules a besoin d'un hall industriel, d'une puissance modérée et d'une équipe technique formable en quelques mois. Pour le même rendement nominal, l'investissement diffère d'environ un ordre de grandeur. Cet écart se retrouve dans le bâtiment que vous louez, le raccordement électrique que vous demandez, les permis, les compétences que vous recrutez et le délai avant que le premier module vendable ne quitte l'usine. Les acheteurs qui budgétisent pour le mauvais type d'usine soit lèvent trop de capital qu'ils ne peuvent pas déployer, soit lèvent trop peu et s'arrêtent à mi-parcours avec une coque vide et sans équipement.

Il existe un second piège. Les fournisseurs annoncent des MW annuels, et les MW annuels reposent en partie sur un calcul de puissance. Prenons une machine traitant 24 modules par heure. Avec un module évalué à 275 W, vous obtenez environ 57 MW par an. Avec le même module évalué à 550 W, la même machine produit soudain 114 MW. Rien n'a changé dans la chambre, les pompes ou le cycle. Lorsque vous comparez des devis, demandez des modules vendables par heure et convertissez vous-même en MW en utilisant le produit que vous fabriquerez réellement.

La capacité photovoltaïque installée mondiale a atteint environ 1 185 GW fin 2022, fournissant plus de 6 % de l'électricité mondiale, et le coût de l'électricité solaire a chuté d'environ 85 % depuis 2010. Une telle croissance attire de nombreux nouveaux entrants dans l'assemblage de modules, ce qui explique précisément pourquoi tant d'acheteurs débutants arrivent avec la question cellule contre panneau.

Pourquoi la confusion persiste

Le chiffre de 95 % donne l'impression que la fabrication de cellules est une industrie vaste alors qu'elle est en réalité étroite et concentrée. Le facteur plus important est plus proche de nous. Les lignes de modules achètent, manipulent, découpent et testent des cellules toute la journée, il est donc naturel de nommer l'équipement d'après ce qu'il touche. Cette habitude cesse d'être utile dès que vous essayez de comprendre ce qu'on vous vend.

Quatre questions à poser avant de comparer des devis

Posez-les avant de comparer deux devis.

Commencez par demander la liste des postes. Un devis de ligne de modules liste l'encadreuse, la pose, le laminoir, le cadreur et le testeur — la séquence complète est ici — tandis qu'un devis de ligne de cellules liste les fours, le dépôt et l'impression. Cette seule réponse suffit généralement à trancher.

Si ce n'est pas le cas, demandez ce qui entre au début du processus. Des plaquettes signifie fabrication de cellules ; des boîtes de cellules finies signifie assemblage de modules. Demandez à quoi ressemble le bâtiment — un hall de classe salle blanche avec une alimentation électrique lourde indique une usine de cellules, un hall industriel ordinaire une ligne de modules. Et demandez en quoi la production est mesurée : des modules par heure, c'est une ligne de modules ; des plaquettes par heure, c'est une ligne de cellules.

Un fournisseur incapable de répondre clairement à la première question y a répondu.

FAQ

Un panneau solaire n'est-il qu'un assemblage de nombreuses cellules solaires ? Électriquement, oui — 60 à 72 cellules en série, ou 144 en format demi-cellule. Physiquement, c'est un produit différent issu d'une usine différente. Les cellules arrivent finies et triées ; le rôle de la ligne de modules est de les interconnecter, les encapsuler et les protéger.

Une entreprise peut-elle exploiter les deux ? Certains grands fabricants le font, sur le même site. Ce sont des bâtiments séparés avec des équipements séparés et généralement des équipes séparées, et la plupart des fabricants de modules achètent leurs cellules à des producteurs spécialisés.

Mon fournisseur a proposé une « machine à cellules solaires ». Pour quelle usine est-elle destinée ? Vérifiez le processus. Si elle soude des rubans, découpe des cellules pour des configurations demi-cellule ou teste des modules finis, c'est de l'équipement de ligne de modules.

Qu'est-ce qui est le plus rentable ? L'assemblage de modules, d'après les chiffres que je vois, mais l'avantage est plus mince que ne le suggère l'écart de capital. Une ligne de modules nécessite moins de capital et atteint la production en quelques mois, donc plusieurs usines se disputent les mêmes commandes et les marges restent serrées. La fabrication de cellules nécessite bien plus de capital et est dominée par une poignée de propriétaires, ce qui maintient des prix plus stables mais rend l'entrée presque impossible sans un bilan solide. Dans les deux cas, le taux d'utilisation décide du résultat bien avant la technologie.

Le rendement des cellules limite-t-il ce que mon module peut atteindre ? Oui, et ce plafond est fixé avant même que les cellules ne vous parviennent. Une ligne de modules peut préserver le rendement des cellules ou le perdre, à cause de micro-fissures, de joints de soudure froids ou d'EVA jamais totalement réticulé. Elle ne peut pas ajouter un rendement que la cellule n'avait pas. Une ligne de modules protège un plafond qu'elle n'a pas créé.

Mon devis est en MW par an. Est-ce comparable ? Seulement si les deux devis utilisent la même puissance de module et les mêmes hypothèses de disponibilité. Convertissez d'abord en modules vendables par heure, puis appliquez la puissance de votre propre produit.

Que faire ensuite

La prochaine fois que vous envoyez une demande, ajoutez une ligne en haut : veuillez inclure la liste complète des postes avec le temps de cycle par poste. Les fournisseurs qui l'ont l'enverront en deux minutes. Ceux qui ne l'ont pas enverront à la place un chiffre de MW annuels.