Processus et technologie de fabrication des modules solaires
Table des matières
Réponse rapide : La chaîne de valeur photovoltaïque comporte quatre étapes : le polysilicium, la plaquette, la cellule solaire et le module. Le module se situe en aval, entre la cellule finie et le système photovoltaïque installé. La fabrication de modules prend des cellules individuelles fragiles et les transforme en une unité scellée, encadrée et résistante aux intempéries : les cellules sont soudées en chaînes, les chaînes sont disposées avec un encapsulant EVA entre le verre avant et la feuille arrière, l'empilement est laminé sous vide et à chaleur, puis encadré, muni d'une boîte de jonction et testé sur un testeur IV. Le découpage en demi-cellules et les configurations multi-busbars ont modifié chaque étape, augmentant la puissance et réduisant les pertes résistives. Comme une seule cellule ne produit que quelques watts à environ 0,6 V, c'est l'étape d'assemblage qui permet d'obtenir un module utilisable de 400 W à 700 W. Le module est également l'endroit où tous les problèmes de qualité en amont deviennent visibles sous forme de pertes de rendement.
Fabrication de modules PV · par Jerry, Ooitech
Introduction aux modules photovoltaïques
La chaîne industrielle photovoltaïque est divisée en quatre étapes : le polysilicium, la plaquette, la cellule solaire et le module. Le module PV se situe en aval de la chaîne, entre la cellule solaire et le système PV complet.
Une seule cellule solaire ne génère qu'une quantité limitée d'électricité. Les cellules doivent être connectées en série et encapsulées dans un module avant de pouvoir servir de source d'énergie utilisable. Le module photovoltaïque est donc le plus petit dispositif solaire indivisible capable de fournir à lui seul un courant continu. En tant que plus petite unité de production d'énergie efficace, il se compose de neuf composants essentiels : cellules solaires, rubans d'interconnexion, barres omnibus, verre trempé, EVA, feuille arrièrecadre en alliage d'aluminium, agent d'étanchéité, et boîte de jonction.
Parmi les quatre étapes de la chaîne PV, le segment des modules a été le premier à se développer et à mûrir en Chine.
La production de modules implique principalement deux étapes clés : l'interconnexion des cellules et le laminage. L'interconnexion des cellules détermine les performances électriques du module. Le nombre standard de cellules pour un module PV est de 60 ou 72 cellules, connectées par 10 ou 12 rubans de cuivre agissant comme barres omnibus, avec six groupes interconnectés pour former un module.
Un module PV est censé durer au moins 25 ans, il doit donc résister aux contraintes environnementales et offrir une certaine résistance mécanique. Après l'interconnexion des cellules, les matériaux sont généralement disposés de bas en haut comme suit : verre trempé, EVA, cellules et feuille arrière, puis scellés ensemble par laminage. La feuille arrière et le verre trempé encapsulent les cellules et l'EVA à l'intérieur, tandis que le cadre en aluminium et le mastic protègent et scellent les bords.
Le flux de travail global de fabrication des modules peut être décomposé en : soudure, empilement, laminage, test EL, encadrement, installation de la boîte de jonction, nettoyage, test IV, inspection finale et emballage. Parmi ceux-ci, la soudure et le laminage ont la plus haute teneur technique et la plus grande valeur.
Équipement utilisé dans la production de modules
L'équipement de module correspond directement à chaque étape du flux de production. Les principales machines comprennent découpe laser machines de cellules solaires, tabber stringers, l'équipement de pose automatique, les lamineuses et les lignes de production automatiques.
En examinant les étapes individuelles : l'étape de soudure nécessite des machines de découpe laser, des machines de soudure de barres omnibus et des enfileuses de rubans de cellules ; l'étape de pose utilise des machines de placement de gabarits ; l'étape de laminage nécessite une lamineuse ; l'étape de test EL nécessite un testeur EL ; l'étape de cadrage nécessite des machines automatiques de pose de cadre et machine de cadrages ; l'étape de boîte de jonction nécessite une machine de soudure de boîte de jonction ; l'étape de nettoyage nécessite des unités de retournement de modules ; l'étape de test IV utilise un testeur de courbe IV; l'inspection finale nécessite une unité d'inspection par retournement ; et l'emballage nécessite une ligne d'emballage.
Au-delà des machines individuelles, les fournisseurs d'équipements peuvent également fournir des lignes d'assemblage de modules entièrement automatisées couvrant toutes les étapes, permettant des projets clés en main.
La qualité et le coût des modules solaires affectent directement la qualité et le coût de l'ensemble du système. Alors, à quoi ressemble réellement le flux de production des modules ?
Structure du module
Structure des modules demi-cellules
Dans les modules demi-cellules, les cellules sont coupées en deux afin que le courant de fonctionnement de chaque cellule soit réduit de moitié. Cela réduit considérablement les pertes électriques sur les rubans et améliore le rapport cellule-module (CTM) du module.
Les espaces entre les cellules dans un module demi-cellule sont plus grands, ce qui augmente légèrement la lumière réfléchie par le verre sur les cellules. Plus le courant de la cellule est élevé, plus le bénéfice de la technologie demi-cellule est grand.
Flux de production des modules
Le processus de production des modules passe généralement par sept étapes : le rubanage, la pose, le laminage, l'encadrement, l'installation de la boîte de jonction, le durcissement et les tests, avant l'emballage final et la livraison sur le marché. Contrairement aux modules à cellules entières, les modules demi-cellules mettent en œuvre la découpe des cellules au stade du module, ajoutant une étape de découpe avec une machine de découpe laser, après quoi les processus de rubanage et de pose sont ajustés. Côté cellules, la technologie demi-cellule nécessite d'ajuster la disposition des cellules.
Rubanage
En utilisant des rubans (manuellement ou automatiquement), le devant et l'arrière de chaque cellule sont soudés ensemble pour former une chaîne de cellules connectées en série.
Contrôles clés du processus : soudure à froid, sur-soudure, fissuration des cellules et résistance à la traction de la soudure.
La disposition standard des modules demi-cellules adopte une conception en deux sections (comme illustré). Les moitiés supérieure et inférieure sont connectées en parallèle et utilisent des diodes de dérivation. Le point de sortie passe du haut d'un module pleine cellule au milieu, ce qui le rend adapté à une installation verticale.
Empilement
Après la connexion des chaînes de cellules et leur inspection, les chaînes de cellules, le verre, l'EVA découpé et la feuille arrière sont disposés dans un ordre spécifique en préparation du laminage. Pendant la pose, les positions relatives des chaînes de cellules et des matériaux tels que le verre sont maintenues fixes, et l'espacement entre les cellules est ajusté pour fournir une bonne base au laminage. L'ordre de pose de bas en haut est : verre, EVA, cellules, EVA, fibre de verre et feuille arrière.
Laminage
L'assemblage de cellules posé est placé dans la lamineuse. L'air à l'intérieur du module est éliminé par vide, puis de la chaleur est appliquée pour faire fondre l'EVA, liant les cellules, le verre et la feuille arrière ensemble. Enfin, le module est refroidi et retiré. Le laminage est l'étape critique de la production des modules, la température et le temps de laminage étant déterminés par les propriétés de l'EVA. Lors de l'utilisation d'EVA ordinaire, le temps de cycle de laminage est d'environ 10 à 15 minutes, avec une température de durcissement de 135 à 145 degrés Celsius.
Contrôles clés du processus : bulles, rayures, bosses, gonflements et fissures des cellules.
Il est à noter qu'avant le laminage, une inspection stricte de l'apparence et des tests EL sont nécessaires pour garantir les performances et la sécurité du module.
Inspection de l'apparence
L'inspection EL
Cadrage
Le cadre protège les bords et les coins du verre trempé du module et du module laminé, facilitant ainsi l'installation ultérieure.
Contrôles clés du processus : bosses, abrasions, rayures, trous de montage manquants, débordement de mastic à l'arrière, bulles et manque de mastic.
Installation de la boîte de jonction
La boîte de jonction connecte et protège le module photovoltaïque tout en conduisant le courant généré par le module vers l'utilisateur.
Contrôles clés du processus : bulles et débordement de mastic.
Durcissement
Le mastic injecté lors des étapes précédentes d'encadrement et d'installation de la boîte de jonction est durci pour renforcer l'étanchéité et protéger le module des environnements extérieurs difficiles par la suite.
Contrôles clés du processus : temps de durcissement, température et humidité.
Tests
Les paramètres de performance électrique sont mesurés pour déterminer le grade du module. Trois tests principaux sont inclus : le test de tenue en tension d'isolement, qui vérifie la sécurité entre le cadre et les parties internes sous tension (cellules, rubans, etc.) sous haute tension ; le test de continuité de mise à la terre, qui mesure la résistance entre le cadre et la terre pour confirmer si la mise à la terre du cadre est correcte ; et le test IV, qui mesure les paramètres de performance électrique pour déterminer le grade du module.
Flux de production d'un module photovoltaïque unique
Un robot industriel place des cellules photovoltaïques uniques de la taille d'un livre sur la ligne de production.
Les cellules photovoltaïques disposées sont collées et soudées, avec une rangée de 12 cellules soudées et coupées. Avant la mécanisation, ce travail nécessitait environ quatre ou cinq personnes travaillant simultanément.
Les cellules photovoltaïques soudées subissent un contrôle qualité. Celles sans problème de qualité sont envoyées directement à l'étape suivante pour l'arrangement et l'organisation.
Les cellules photovoltaïques sont disposées en six rangées de 12 cellules chacune par groupe.
Le chauffage, le collage et l'application de film sont effectués.
La première couche est le verre, la deuxième est l'EVA, le milieu est constitué des cellules photovoltaïques, la quatrième est à nouveau l'EVA, et la cinquième est la feuille arrière, utilisée pour l'imperméabilisation et la résistance à la corrosion.
Un groupe de modules photovoltaïques monocristallins a cinq couches. La stratification fusionne ces cinq couches en une seule.
Après la stratification et quatre heures de durcissement à froid, un dépoussiérage manuel est effectué et les bords et les coins sont inspectés.
Le module photovoltaïque fini subit un test fonctionnel sous lumière solaire simulée.
L'inspection finale et l'emballage sont effectués.
Point de vue d'Ooitech
Ooitech croit : la fabrication de modules photovoltaïques se résume à un câblage précis des cellules et à une stratification fiable, avec la technologie des demi-cellules et des tests EL stricts comme clés pour une efficacité supérieure et une fiabilité à long terme.
