Solaire Photovoltaïque

La face avant d’un panneau solaire doit avoir une transmission élevée dans les longueurs d’onde qui peuvent être utilisées par les cellules solaires. Pour les cellules solaires au silicium, cette gamme de longueurs d’onde est de 350 nm à 1200 nm.

De plus, la réflexion du rayonnement solaire doit être faible. En plus de ses propriétés de réflexion et de transmission, le matériau doit être imperméable à l’eau. Mais également être stable sous exposition prolongée aux UV et avoir une faible résistivité thermique. Enfin, il doit avoir une bonne résistance aux chocs.

L’infiltration d’eau ou de vapeur d’eau dans un panneau solaire corrodera les contacts métalliques et les interconnexions. C’est pourquoi cela à pour conséquence de réduire considérablement la durée de vie du panneau.
Les panneaux solaires nécessitent que la surface frontale ou que le verso soit mécaniquement rigide. Afin de supporter les cellules solaires et le câblage de manière stable.

Le verre trempé à faible teneur en fer est le plus souvent utilisé comme élément avant car il est peu coûteux, solide, stable, très transparent. Mais également parce qu’il est imperméable à l’eau et aux gaz et possède de bonnes propriétés autonettoyantes.

Pour les panneaux solaires de petites puissances, c’est le dessous qui tient lieu d’élément de rigidification. Dans ces conditions, la face avant est le plus souvent une mince feuille de PET (Polytéréphtalate d’éthylène). Tout comme le verre, ce matériau est très transparent, imperméable à l’eau et aux gaz. De plus, il possède des propriétés anti-réfléchissantes.

Un encapsulant est utilisé pour enrober les cellules solaires et ainsi les protéger de l’humidité et de la poussière. En second lieu, il est utilisé pour assurer l’adhérence entre les cellules solaires, la surface frontale et le fond du panneau solaire.

Aussi, il est important que cet encapsulant soit stable à des températures élevées et à une forte exposition aux UV. D’autre part, il doit être optiquement transparent et avoir une faible résistance thermique.

L’EVA est le matériau d’encapsulage le plus couramment utilisé. L’EVA se présente sous forme de feuilles minces. Elles sont insérées entre les cellules solaires et chacune des faces. Ensuite, ce « sandwich » est chauffé à 150 °C pour polymériser l’EVA et laminer le panneau solaire.

La cellule solaire de silicium monocristalline est constituée d’un monocristal de silicium pur. Ce monocristal est le plus souvent fabriqué selon la méthode Czochralski de tirage de lingots monocristallins.

Le silicium contenu dans un creuset est porté à sa température de fusion (1450°C). Lorsque le bain de silicium est homogène, un germe (une fraction du cristal obtenu préalablement) est mis en contact avec la surface. Le germe et le creuset tournant en sens opposés. Un monocristal se forme alors dans la continuité du germe. Son diamètre est contrôlé par les paramètres de température, vitesse de tirage, vitesses de rotation du lingot et du creuset).

Les impuretés agissant comme dopants, Le bore est ajouté initialement comme dopant avec la charge de silicium pour obtenir une cellule monocristalline de type-P. (type le plus courant aujourd’hui)

Ce procédé entraine une plus grande consommation d’énergie et sa vitesse de production plus lente entrainant un coût de production élevé que pour les autres types de cellule polycristalline et amorphe.

Le silicium polycristallin est très proche du silicium monocristallin. La principale différence est le procédé de fabrication.

Les cellules polycristallines sont fabriquées par la fusion de morceaux de silicium pur dans un moule de section carrée de 156.75×156.75mm. Le refroidissement (la cristallisation) détermine la grosseur du grain et la distribution des impuretés.

Cette cristallisation s’avère moins coûteuse mais elle donne un matériau de moindre qualité en raison de la présence de joints entre les grains et d’impuretés métalliques. Cela a pour résultat une perte de rendement de conversion d’environ de 1 à 3% comparé au silicium monocristallin.

En revanche le procédé étant plus simple, l’étape de croissance du cristal n’étant pas nécessaire, le coût de production est inférieur.

Un second avantage pour la fabrication des petits panneaux solaires est le format parfaitement carré des cellules. Lorsque les cellules polycristallines sont redécoupées en petits morceaux, l’agencement du panneau solaire peut être optimisé comparé au «pseudo-carré» du monocristallin qui entraine, soit des pertes de matières, soit une moindre souplesse dans le design du panneau solaire.

La principale caractéristique du dessous du panneau solaire est qu’il doit avoir une faible résistance thermique. Comme pour l’avant, il doit aussi empêcher la pénétration de l’eau ou de la vapeur d’eau.

Dans le cas des panneaux construits sur verre, une mince feuille de polymère. Il s’agit typiquement du Tedlar qui est utilisée au dos du panneau solaire.

Pour les plus petits panneaux solaires, le circuit imprimé est utilisé comme substrat. Cela pour les mêmes raisons de rigidité et d’imperméabilité que le verre en face avant des panneaux plus grand.

Le dernier composant de la structure du module est la bordure ou l’ossature du module. Il s’agit d’un cadre de module PV conventionnel.

Le profilé utilisé est généralement fabriqué en aluminium. La structure du cadre doit être exempte de relief prononcé. En effet, cela pourraient entraîner la formation d’amas d’eau, de poussière ou d’autres matières.

Certains panneaux solaires ne possèdent pas de cadre. Car c’est à l’intégration, sur le support ou sur le produit final, que la protection des tranches du panneau solaire est réalisée.