Processus de production de panneaux solaires : stratification
Processus de production de panneaux solaires : stratification
Aujourd'hui, nous examinons l'un des processus clés de la fabrication des modules solaires : le laminage.
Dans une ligne de production de modules photovoltaïques, le laminage n'est pas seulement une étape de chauffage. C'est l'un des processus les plus importants qui détermine les performances finales, la fiabilité, l'apparence et la durée de vie du panneau solaire fini. Grâce à une température, un vide et une pression contrôlés, les cellules solaires, le verre, l'encapsulant EVA ou POE, la feuille arrière et d'autres matériaux sont liés en un module intégré solide.
Un bon processus de laminage contribue à améliorer la production d'énergie à long terme et protège le module contre l'humidité, les contraintes mécaniques, les cycles thermiques et les conditions météorologiques extérieures. Si le laminage n'est pas bien contrôlé, des problèmes tels que des bulles, une mauvaise adhérence, des fissures de cellules, des défauts de bord ou un faible réticulation de l'encapsulant peuvent apparaître.
Principe de fonctionnement d'un laminoir de modules solaires
Un laminoir de panneaux solaires typique est principalement composé des parties suivantes :
| Partie principale | Fonction |
|---|---|
| Plaque inférieure / Plaque chauffante | Une surface de chauffage plate. Elle est généralement chauffée par de l'huile à haute température ou des tiges chauffantes électriques pour atteindre la température de processus requise. |
| Couvercle supérieur | Équipé d'une membrane en silicone, d'un joint d'étanchéité et de composants associés. Il descend pour fermer la chambre et applique une pression à travers la membrane. |
| Chambre supérieure | L'espace entre le couvercle supérieur et la membrane en silicone. |
| Chambre inférieure | L'espace entre la plaque chauffante et le couvercle supérieur après fermeture. |
| Pompe à vide | Utilisé pour évacuer la chambre supérieure ou inférieure et retirer l'air de l'empilement du module. |
| Pompe à air / Système de gonflage | Utilisé pour gonfler la chambre supérieure ou inférieure et appliquer une pression pendant le laminage. |
Après avoir compris ces parties principales, nous pouvons voir comment la lamineuse fonctionne étape par étape.
Étape 1 : Fermeture du couvercle
Après l'entrée du module dans la lamineuse, le couvercle supérieur descend sous la force des vérins hydrauliques. Lorsqu'il atteint la bonne position, le joint d'étanchéité sur le couvercle supérieur entre en contact étroit avec la plaque inférieure, créant un espace scellé. Cet espace scellé est la chambre inférieure.
Le dessin peut sembler simple, mais il aide à expliquer clairement la structure de base.
Étape 2 : Mise sous vide de la chambre inférieure
La pompe à vide commence à évacuer la chambre. Dans de nombreux environnements de production, le processus de mise sous vide dure environ 6 minutes, bien que le temps exact dépende du type de module, du matériau d'encapsulation, de la conception de la lamineuse et de la recette du processus.
Pendant la mise sous vide, la plaque inférieure est déjà chauffée. Une fois que le module entre dans la lamineuse, il est continuellement chauffé jusqu'à approcher la température de consigne de la plaque chauffante. À ce stade de chauffage, le film d'encapsulant commence à fondre, passant de l'état solide à l'état fluide.
L'environnement sous vide permet à l'air et aux gaz volatils à l'intérieur de l'encapsulant fondu et de l'empilement du module de s'échapper. C'est très important. Si le gaz piégé n'est pas éliminé avant que l'encapsulant ne commence à durcir, des bulles peuvent rester à l'intérieur du module après le laminage.
Étape 3 : Gonflage de la chambre supérieure et pression de laminage
Après la mise sous vide, la chambre supérieure est gonflée. La membrane en silicone est un matériau flexible, elle se dilate et se déforme sous la pression de l'air. Elle appuie ensuite fermement contre la surface du module et applique une pression uniforme.
Cette pression aide à forcer les bulles restantes hors du module. En même temps, la combinaison de chaleur et de pression fait que l'encapsulant fluide commence à durcir et à réticuler. L'encapsulant passe progressivement d'un état liquide à une couche de liaison solide stable.
Ce schéma montre qu'après le gonflage, la membrane en silicone s'adapte étroitement au module. Elle aide également à empêcher l'encapsulant fondu d'être excessivement expulsé sous pression.
Étape 4 : Maintien de la pression et durcissement
Lorsque la chambre supérieure atteint la pression requise, la stratifieuse maintient cette pression pendant un certain temps. Pendant cette période de maintien, l'encapsulant continue de réticuler jusqu'à atteindre le degré de réticulation requis.
Une fois le processus terminé, la chambre inférieure est gonflée pour libérer l'état de vide. En même temps, la chambre supérieure est évacuée pour libérer la pression. Ensuite, le couvercle supérieur se sépare de la plaque inférieure et le module se déplace vers la chambre de refroidissement avant le déchargement.
Ce schéma provenant d'un site web donne une idée générale du flux du processus.
Remarques importantes sur le processus
Un tissu antiadhésif est requis
Le module n'entre pas directement en contact avec la membrane en silicone ou la plaque chauffante. Une couche de tissu antiadhésif est placée entre eux. Sa fonction principale est d'empêcher l'EVA fondu ou tout autre encapsulant de coller à la plaque chauffante ou à la membrane en silicone.
Les stratifieuses modernes utilisent généralement trois chambres de travail
La plupart des stratifieuses modernes pour modules PV sont conçues avec trois chambres de travail, chaque chambre ayant un objectif de processus différent.
| Étape | Objectif principal | Caractéristique typique du processus |
|---|---|---|
| Première étape | Faire fondre l'encapsulant et éliminer les bulles d'air | Température plus basse, vide et pression plus faible. Généralement autour de 120°C selon le matériau et la recette. |
| Deuxième étape | Réticulation de l'encapsulant et liaison finale | Température plus élevée et pression plus élevée. Généralement autour de 140°C selon le matériau et la recette. |
| Troisième étape | Refroidissement et stabilisation de la forme | Vide, pression très faible et température de plaque basse autour de 20°C pour refroidir le module. |
La raison de l'utilisation de trois étapes est principalement d'améliorer l'efficacité de production et la stabilité du processus.
Dans la première étape, l'objectif principal est de faire fondre l'encapsulant et d'éliminer les bulles d'air. La température ne doit pas être trop élevée et la pression ne doit pas être trop forte. Si l'encapsulant commence à réticuler trop tôt, les bulles internes peuvent ne pas s'échapper correctement et des bulles resteront à l'intérieur du module fini.
Dans la deuxième étape, l'objectif principal est la réticulation. La température est plus élevée et la pression est plus forte, ce qui permet d'accélérer la réaction de durcissement de l'encapsulant et d'améliorer les performances de liaison.
Dans la troisième étape, le refroidissement est la tâche principale. Seule une faible pression est nécessaire pour réduire la déformation ou le cintrage pendant le refroidissement.
Anomalies courantes dans le processus de laminage
| Défaut | Causes possibles |
|---|---|
| Bulles à la surface de la cellule solaire | Température de première étape trop élevée, réticulation de l'encapsulant avant que les bulles ne s'échappent, condition de vide anormale, vitesse de vide insuffisante ou temps de vide trop court. |
| Bulles en forme de flocon de neige sur les bords ou aux quatre coins | La hauteur du cadre de laminage peut être inadaptée, ou la taille du cadre peut ne pas correspondre correctement au module. |
| Résistance au pelage ou degré de réticulation non conforme | Température trop basse, pression trop faible, temps de maintien trop court ou problème de qualité de l'encapsulant. |
| Fissures des cellules après laminage | Pression de laminage trop élevée, corps étrangers sur le tissu haute température ou surface du tissu inégale. |
| Bulles autour de la zone des rubans | Problème de qualité du flux, flux non complètement séché ou problèmes de résidus liés au soudage. |
Pour une qualité de module stable, les recettes de laminage ne doivent pas être copiées aveuglément d'un produit à un autre. Différentes épaisseurs de verre, technologies de cellules, types d'encapsulant, tailles de module, structures de feuille arrière et vitesses de production peuvent toutes nécessiter un ajustement de la recette.
Point de vue d'Ooitech
En tant que fournisseur d'équipements, nous voyons les choses ainsi : le laminage est souvent l'étape où de petits écarts de processus deviennent des problèmes de qualité visibles, donc les usines devraient traiter la recette du laminoir comme un paramètre de production contrôlé, et non comme un simple réglage de machine. Pour les modules à haut rendement tels que MBB, TOPCon, IBC ou les produits shingled, une pression uniforme, des performances de vide stables et des zones de chauffage correctes sont particulièrement importantes car la structure de la cellule et la conception de l'interconnexion peuvent être plus sensibles aux contraintes. Ooitech estime qu'une bonne ligne de modules ne consiste pas seulement à acheter des équipements, mais aussi à intégrer la formation aux processus, le comportement des matériaux et la maintenance quotidienne dans un système de production stable.
