L’utilisation des panneaux solaires pour produire des sources d’énergie renouvelables est aujourd’hui incontournable. Leur fabrication à l’aide de techniques avancées telles que la photovoltaïque, la thermique ou encore l’intégration sont primordiales pour garantir leur efficacité énergétique et leur durabilité. Découvrons ensembles les secrets de ces technologies innovantes.
Les principes de base de la fabrication des panneaux solaires
Qu’est-ce qu’un panneau solaire
Qu’est-ce qu’un panneau solaire ?
Un panneau solaire est un dispositif conçu pour absorber et convertir l’énergie du soleil en source d’énergie électrique. Il utilise les propriétés thermodynamiques des matériaux pour convertir le rayonnement solaire en courant électrique. Le panneau photovoltaïque est le plus ancien et le plus largement utilisé des types de panneaux solaires. Les panneaux solaires sont fabriqués à partir de matériaux semi-conducteurs, tels que le silicium, qui détectent et capturent l’énergie solaire.
Les principes de base de la fabrication des panneaux solaires
La technologie photovoltaïque peut être divisée en deux grandes catégories : les panneaux solaires à base de silicium monocristallin et polycristallin. Le silicium est le matériau semi-conducteur le plus populaire utilisé pour la fabrication des cellules photovoltaïques, car il est relativement bon marché et capable de convertir efficacement l’énergie solaire en courant électrique. Les cellules photovoltaïques sont assemblées en modules ou en panneaux qui peuvent être installés pour produire de l’électricité renouvelable.
Les cellules photovoltaïques sont fabriquées selon un processus appelé diffusion, qui inclut le pompage du gaz à travers une membrane semi-conductrice et l’utilisation de matériaux spécialisés pour contrôler le transport des charges. Une fois les cellules construites, elles sont assemblées en modules et des connecteurs sont ajoutés à chaque cellule pour former un circuit fermé. De plus, les panneaux solaires nécessitent des cadres métalliques pour leur support et des systèmes d’onduleurs pour convertir le courant continu en courant alternatif qui peut être utilisé dans la plupart des ménages et entreprises.
La production d’énergie à partir du soleil
La fabrication des panneaux solaires est un processus complexe et intéressant qui commence par des principes de base très simples. En règle générale, la production d’énergie à partir du soleil commence par l’utilisation de cellules solaires photovoltaïques. Ces cellules sont constituées de matériaux semi-conducteurs qui absorbent la lumière du soleil et convertissent cette énergie en courant électrique.
Une cellule photovoltaïque typique mesure environ 0,5 cm et est constituée de silicium polycristallin ou monocristallin. Lorsque la lumière du soleil traverse la couche supérieure de silicium, elle est convertie en énergie électrique. La couche inférieure fonctionne comme un collecteur électrique, permettant à cette énergie d’être stocks dans des batteries.
Les cellules sont ensuite assemblées et reliées entre elles pour former des panneaux solaires. Pour obtenir des performances optimales, ces cellules sont disposées selon des réseaux en forme d’hexagones. Ces schémas hexagonaux créent des connexions électriques interconnectées, ce qui permet aux cellules de travailler ensemble pour produire plus d’énergie.
Les panneaux solaires produits par ces techniques sont assez simples à comprendre, mais une certaine connaissance en matière de fabrication et de conception est nécessaire pour obtenir des résultats optimaux. Des choses comme le choix des matériaux, la taille et le type des cellules, ainsi que le type d’encapsulant sont tous des facteurs qui peuvent affecter considérablement le rendement énergétique.
Avec les technologies modernes, il est possible de fabriquer des panneaux solaires plus efficaces et à moindre coût. Les fabricants ont donc recours à des techniques de production plus avancées telles que les réseaux fibrés à microstructures, qui permettent la production d’une large gamme de cellules très efficaces et qui peuvent produire plus d’énergie que les designs traditionnels. De plus, ces technologies permettent d’inclure des cataphotes pour aider à refléter la lumière du soleil vers le reste de la cellule et ainsi augmentation l’efficacité de la production d’énergie.
Les matériaux des panneaux solaires
Les cellules photovoltaïques
Les cellules photovoltaïques: Les panneaux solaires sont composés de petites cellules photovoltaïques qui sont la base physique des panneaux solaires.
Les cellules photovoltaïques, appelées aussi cellules solaires, sont fabriquées à partir de matériaux semi-conducteurs. Ils ont la propriété de convertir les rayons du soleil en énergie électrique. Cette conversion est due à un effet photoélectrique appelé effet photovoltaïque.
Le matériau semi-conducteur qui est le plus couramment utilisé dans la fabrication des cellules photovoltaïques est le silicium, aussi appelé silicium cristallin. Un silicium est obtenu à partir de cristaux fins qui sont façonnés pour former des plaques minces appelées wafers. Ces wafers sont ensuite assemblés et recouverts d’une couche protectrice, le plus souvent en argent ou en métal.
Le silicium cristallin seul peut être conçu pour fournir une certaine efficacité, mais la plupart des cellules photovoltaïques sont fabriquées à partir d’un matériau multicouche dans lequel différents constituants sont incorporés pour augmenter l’efficacité. Par exemple, les cellules à base de silicium cristallin peuvent être enrichies par un dopage phosphore qui augmente leur rendement énergétique.
Enfin, des techniques avancées comme l’impression 3D sont utilisées pour former des liaisons métalliques entre les wafers qui connectent les cellules et permettent la création de panneaux photovoltaïques.
Les matériaux d’encapsulage et de sous-pontage
Les panneaux solaires sont fabriqués à partir de matériaux variés qui doivent être robustes, durables et économiques. Les matériaux d’encapsulage et de sous-pontage sont parmi les principaux matériaux dont la fabrication des panneaux solaires nécessite. Ils sont essentiels à la résistance des panneaux et à leur efficacité.
Matériaux d’encapsulage
Les matériaux d’encapsulage sont ceux qui protègent les cellules solaires des intempéries et à des températures extrêmes. Les matériaux d’encapsulation traditionnels comprennent le verre, le plastique et tout autre matériau qui peut être transparent afin de maximiser la quantité de lumière reçue par les cellules solaires. Les matériaux d’encapsulage plus récents, comme le mica, le fluoropolymère et le PCV / acrylique, offrent également une protection durable contre les rayons ultraviolets, les rayons infrarouges et la pluie.
Matériaux de sous-pontage
Les matériaux de sous-pontage servent à relier les cellules solaires entre elles pour former une plaque solaire. Ils doivent être des conducteurs solides et bons isolants qui peuvent supporter des températures élevées. Les matériaux de sous-pontage les plus populaires sont l’aluminium et le cuivre revêtus de plastique, qui offrent une bonne résistance aux intempéries et aux conditions climatiques. Le cobalt, le tungstène et le carbone sont également utilisés pour le sous-traitement des panneaux solaires.
La fabrication des panneaux solaires exige une technique élaborée qui combine la robustesse et le rendement de tous les matériaux utilisés. Les matériaux d’encapsulage et de sous-pontage garantissent la résistance et l’efficacité des panneaux solaires, ce qui en fait une source durable, durable et économique d’énergie renouvelable.
La fabrication des cellules photovoltaïques
La mise en forme du silicium en plaquettes
Les techniques de fabrication des plaquettes de silicium sont cruciales pour les panneaux solaires. La fabrication des cellules photovoltaïques commence par le façonnage et le revêtement du bloc de silicium. Le processus consiste à trancher, percer et façonner le bloc de silicium brut pour le transformer en plaquettes. Les plaquettes sont ensuite revêtues de revêtements spécifiques, comme les oxydes métalliques et les nitrures métalliques, pour les protéger.
Trancher le silicium
- Le bloc de silicium brut est tranché en lingots à l’aide de scies à tronçonner et de disques diamantés.
- Le diamètre des disques et la vitesse de rotation de la scie peuvent être contrôlés pour produire des lingots dont l’épaisseur est comprise entre 0,1 et 0,5 mm.
Percer le silicium
- Lorsque les lingots de silicium sont tranchés, ils sont stockés et traités sous une pression augmentant pour faciliter le perçage.
- Les lingots sont stockés dans une cuve où ils sont soumis à une pression hydraulique constante pendant quelques heures.
Façonner le silicium
- Une fois que le silicium a été tranché et percé, il est façonné en plaquettes.
- Les plaquettes sont façonnées à l’aide d’un moule spécialisé. Le moule est chauffé à une température supérieure à 1000 °C et la plaquette de silicium est injectée dans le moule.
- Une fois les plaquettes façonnées, elles sont soumises à un procédé de revêtement qui ajoute des couches protectrices aux plaquettes métalliques.
- Les couches protectrices comprennent des oxydes métalliques ou des nitrures métalliques.
- Tests de fonctionnement : des tests standardisés sont effectués pour vérifier que les panneaux solaires fonctionnent de manière optimale et peuvent résister aux rigueurs des intempéries. Ces tests incluent leur performance photovoltaïque, leur résistance thermique et leur indice de protection contre les UV.
- Tests de stabilité : pour être homologués, les panneaux doivent effectuer des tests de stabilité d’une durée de 15 ans. Ces tests évaluent leurs performances dans des conditions qui exigent une puissance maximale, en prenant en compte l’âge du produit et l’exposition au rayonnement solaire.
- Tests de résistance aux chocs : les panneaux solaires doivent résister à des chocs répétés et être capables de supporter jusqu’à 1000 modifications du cycle jour/nuit.
- Tests d’étanchéité : tous les produits photovoltaïques en Europe sont soumis à des tests d’étanchéité qui vérifient les propriétés mécaniques et électriques des matériaux. Ces tests vérifient également que les produits ont une durée de vie suffisante pour résister à l’exposition aux intempéries sans perte significative d’efficacité.
