Énergie solaire photovoltaïque
Semaine 13 : Fabrication des cellules et modules photovoltaïques
Guidance
Fabrication des modules classiques
Les cellules fabriquées ne sont d'ordinaire pas vendues séparément à l'utilisateur. On constitue des ensembles reliés électriquement qui sont encapsulés ensemble, ce qui fournit un module photovoltaïque.
Le but de cette association est triple :
Les matériaux utilisés pour l'encapsulation doivent avoir une durée de vie élevée malgré la température, les variations de température et l'exposition aux rayons UV. Les modules doivent aussi résister aux efforts mécaniques (transport, montage, efforts éoliens) et aux averses de grêle. Ils doivent pouvoir se fixer facilement sur une structure.
Il existe deux philosophie opposées :
Dans le premier cas, les risques de pénétration d'humidité sont plus grands, mais des traces d'humidité pourront plus facilement être évacuées. Dans le second cas, l'étanchéité est meilleure, mais toute entrée d'humidité est catastrophique.
C'est le second cas que nous allons considérer par la suite. Les opérations permettant de fabriquer un tel module sont
Soudure des connexions sur la face avant
On utilise pour les connexions des bandes de cuivre étamé (avec une forte épaisseur d'étain) assez longues pour assurer la connexion d'une cellule à l'autre et avec une section suffisante pour ne présenter qu'une faible résistance au passage du courant. On commence par souder (par chauffage avec un fer à souder ordinaire, ce qui fait fondre l'étain de la bande) une ou plusieurs bandes (selon la forme des métallisations) sur la face avant de la cellule solaire, là où une largeur suffisante des métallisations a été prévue.
Mise en série des cellules
L'autre bout de la bande de connexion est alors soudé à l'arrière de la cellule suivante. Comme nous l'avons vu, pour un module destiné à alimenter une batterie 12V, on utilise souvent 36 cellules. Ces cellules peuvent donc se disposer en lignes et colonnes selon une des formules 3 x 12, 4 x 9 ou 6 x 6 . On dévie vers l'extérieur non seulement les extrémités de la chaîne, mais aussi le point central. L'idéal pour l'utilisateur serait de dévier séparément vers l'extérieur les bandes + et - de la liaison centrale, afin de pouvoir disposer de deux chaînes de 18 cellules chacunes isolées galvaniquement l'une de l'autre, ce qui offrirait plus de choix pour les connexions externes...
La composition de la structure sandwich avec différents matériaux
Une fois les cellules assemblées, on superpose les différentes couches constituant le module :
La plaque avant doit non seulement être transparente, mais aussi résister aux chocs (grêle notamment). Il s'agit normalement d'une plaque de verre à faible teneur en fer (le verre ordinaire, à cause de sa teneur en fer, absorbe une partie importante des rayonnements de longueur d'onde supérieure à 600 nm ) trempé (pour assurer la résistance aux chocs). Le verre présente aussi l'avantage d'une étanchéité parfaite à l'humidité et d'un bon pouvoir autonettoyant sous l'effet de la pluie. Son indice de réfraction est voisin de 1.5 , ce qui est une bonne moyenne entre l'air (indice 1) et les cellules (indice 2 si elles sont munies d'une couche antireflet).
L'EVA (acétate de vinyle) sert de matériau d'enrobage. Les deux plaques d'EVA seront lors de la lamination fondues et l'EVA remplira tous les interstices. Il possède une bonne résistance aux ultraviolets et à la température, un indice de réfraction identique à celui du verre et sa mise en oeuvre est relativement facile.
Le feutre de fibres de verre facilitera l'évacuation de l'air lors de la lamination, et évite la dislocation des cellules lors de la mise sous pression du module.
L'arrière du module a pour principale fonction la protection contre l'humidité. Le verre pourrait être utilisé, mais on préfère un matériau plus léger. Il s'agit souvent d'un film en PVF (Tedlar) ou d'une feuille laminée Tedlar/aluminium/Tedlar. L'aluminium constitue une bonne barrière contre l'humidité, tandis que l'un des films de Tedlar isole l'aluminium des cellules tandis que l'autre protège l'aluminium des conditions atmosphériques. En choisissant un Tedlar blanc, on peut réfléchir une partie de la lumière qui est parvenue à traverser les cellules solaires et lui donner une seconde chance.
La lamination
La lamination a pour but d'éliminer tout l'air du module et de réticuler l'EVA, afin de conférer à ce matériau une meilleure résistance à la température et aux UV. Le dispositif utilisé est symbolisé à la figure ci-dessous.
Figure S13-15 : laminateur de modules photovoltaïques
On commence par mettre les deux chambres sous vide, et on augmente la température jusqu'à 110°C afin de liquéfier l'EVA. On laisse alors rentrer de l'air dans la chambre 2, ce qui met le sandwich sous pression. Tout l'air est alors expulsé et l'EVA remplit tous les interstices. On élève alors la température à 150°C pour obtenir la réticulation de l'EVA. On peut alors laisser refroidir le module et amener les deux chambres à pression atmosphérique.
Montage du cadre et des connexions
Souvent, le module est muni d'un cadre d'aluminium anodisé qui renforce la
solidité et facilite la fixation du module sur une structure.
L'arrière du module est muni d'un boîtier de connexion qui contient les diodes
de protection contre les points chauds et permet la connexion du module au circuit
extérieur. Comme pour les modules eux-mêmes, il y deux philosophies relatives
à l'étanchéité du module.
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Dernière mise à jour le 12-05-2005
