Introduction aux modules photovoltaïques

La chaîne industrielle photovoltaïque est divisée en quatre étapes : polysilicium, plaquette, cellule solaire et 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 produit 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 PV est donc le plus petit dispositif solaire indivisible capable de fournir un courant continu par lui-même. En tant que plus petite unité de production d'énergie efficace, il se compose de neuf composants principaux : cellules solaires, rubans d'interconnexion, barres omnibus, verre trempé, EVA, feuille arrière, cadre en alliage d'aluminium, mastic 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 servant de 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 un certain degré de 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 fabrication global des modules peut être décomposé en : soudure, empilage, stratification, test EL, encadrement, installation de la boîte de jonction, nettoyage, test IV, inspection finale et emballage. Parmi ceux-ci, la soudure et la stratification ont la plus haute teneur technique et valeur.

Équipements utilisés dans la production de modules

Les équipements de modules correspondent directement à chaque étape du flux de production. Les principales machines comprennent les machines de découpe laser, les soudeuses de rubans, les équipements d'empilage automatique, les stratifieuses et les lignes de production automatiques.

En regardant les étapes individuelles : l'étape de soudure nécessite des machines de découpe laser, des soudeuses de barres omnibus et des soudeuses de rubans de cellules ; l'étape d'empilage utilise des machines de placement de gabarits ; l'étape de stratification nécessite une stratifieuse ; l'étape de test EL nécessite un testeur EL ; l'étape d'encadrement nécessite des machines de placement et d'encadrement automatiques ; l'étape de la boîte de jonction nécessite une soudeuse 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 de 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 chaque étape, 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 du module demi-cellule

Dans les modules demi-cellule, les cellules sont coupées en deux de sorte que le courant de fonctionnement de chaque cellule est 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, augmentant légèrement la lumière réfléchie du verre sur les cellules. Plus le courant de la cellule est élevé, plus le bénéfice tiré de la technologie demi-cellule est grand.

Flux de production des modules

Le processus de production des modules passe généralement par sept étapes : mise en série, empilage, stratification, encadrement, installation de la boîte de jonction, durcissement et test, avant l'emballage final et la livraison sur le marché. Contrairement aux modules à cellules entières, les modules demi-cellule effectuent la découpe des cellules au stade du module, ajoutant une étape de découpe avec une machine de découpe laser, après quoi les processus de mise en série et d'empilage sont ajustés. Du côté des cellules, la technologie demi-cellule nécessite d'ajuster la disposition des cellules.

Mise en série

À l'aide de rubans (manuellement ou automatiquement), l'avant 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 dominante pour les 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.

Empilage

Une fois les chaînes de cellules connectées et inspectées, 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 disposé est placé dans le laminoir. 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 de 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 fissuration des cellules.

Il est à noter qu'avant le laminage, une inspection stricte de l'apparence et un test EL sont nécessaires pour garantir les performances et la sécurité du module.

Inspection d'apparence

Inspection EL

Encadrement

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 PV 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 de cadrage et d'installation de la boîte de jonction est durci pour renforcer l'étanchéité et protéger le module des environnements extérieurs agressifs 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 à la tension d'isolement, qui vérifie la sécurité entre le cadre et les parties actives internes (cellules, rubans, etc.) sous haute tension ; le test de continuité de 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 seul module PV

• Un robot industriel place des cellules PV uniques de la taille d'un livre sur la ligne de production.

• Les cellules PV 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 PV soudées subissent une inspection de qualité. Celles sans problème de qualité sont envoyées directement à l'étape suivante pour disposition et organisation.

• Les cellules PV 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 les cellules PV, 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 PV monocristallins a cinq couches. La stratification fusionne ces cinq couches en une seule.

• Après stratification et quatre heures de durcissement à froid, un dépoussiérage manuel est effectué et les bords et coins sont inspectés.

• Le module PV fini subit un test fonctionnel sous lumière solaire simulée.

• L'inspection finale et l'emballage sont effectués.

Point de vue d'Ooitech

Ooitech estime : la fabrication de modules photovoltaïques se résume à un stringage précis des cellules et à une stratification fiable, la technologie demi-cellule et des tests EL stricts étant les clés d'une efficacité accrue et d'une fiabilité à long terme.