L’énergie solaire est devenue une pierre angulaire dans la quête de solutions énergétiques durables et renouvelables. Parmi les différents types de panneaux solaires disponibles, les panneaux solaires monocristallins se distinguent par leur haute efficacité, leur longue durée de vie et leur attrait esthétique.
Dans cet article, nous allons détailler le processus de fabrication des panneaux solaires monocristallins, explorer les dynamiques du marché mondial, notamment la domination de la Chine, et aborder la misconception concernant les panneaux étiquetés « Fabriqué en France ».
Comprendre les panneaux solaires monocristallins
Les panneaux solaires monocristallins sont fabriqués à partir d’une structure cristalline continue et unique. Cette uniformité de structure leur confère leur haute efficacité et leur apparence élégante par rapport à d’autres types de panneaux comme les polycristallins et les films minces.
Les panneaux monocristallins sont connus pour leur durabilité et leur capacité à produire plus d’électricité par mètre carré, ce qui en fait un choix populaire pour les applications résidentielles et commerciales.
Le processus de fabrication des panneaux solaires monocristallins
1. Production d’Ingot de Silicium
Matières premières et purification
Le processus commence avec du sable de quartz, riche en silicium. Le sable de quartz est traité pour extraire du silicium de haute pureté, généralement à 99,9999 % de pureté, par une série de réactions chimiques et de traitements thermiques.
Le silicium purifié est ensuite fondu dans un four à haute température.
Croissance Cristalline : La Méthode Czochralski
Un cristal de semence de silicium est plongé dans le silicium fondu et lentement retiré tout en étant tourné. Cette méthode permet à un grand cristal unique (lingot) de se former autour de la semence. Le taux de tirage et de rotation doit être méticuleusement contrôlé pour maintenir l’intégrité structurelle du cristal.
Les lingots produits sont cylindriques, et leur diamètre est généralement d’environ 200 mm, mais peut varier en fonction de l’équipement utilisé.
2. Découpe des wafers
Coupe des lingots en wafers
Les lingots de silicium sont précisément découpés en fines tranches appelées wafers à l’aide d’une scie à fil. Ce processus implique un fil enduit de boue abrasive et tendu pour couper le lingot.
Les wafers mesurent généralement environ 200 micromètres d’épaisseur. Cette finesse est cruciale pour équilibrer la durabilité et l’efficacité tout en minimisant l’utilisation de matériaux.
Réduction des déchets
Le processus de découpe génère de la poussière de silicium connue sous le nom de kerf. Des techniques avancées telles que la coupe au fil de diamant sont utilisées pour réduire la perte de kerf. De plus, le kerf de silicium peut être collecté et recyclé pour réduire les déchets.
3. Dopage
Modification des propriétés électriques
Le silicium pur est un mauvais conducteur d’électricité. Pour améliorer ses propriétés conductrices, les wafers subissent un dopage, qui consiste à ajouter de petites quantités d’éléments spécifiques.
Dopage de type N et de type P :
Le dopage de type N implique l’ajout d’atomes de phosphore, qui ont plus d’électrons que le silicium. Ces électrons supplémentaires sont libres de se déplacer, créant un porteur de charge négatif.
Le dopage de type P implique l’ajout d’atomes de bore, qui ont moins d’électrons que le silicium. Cela crée des « trous » ou porteurs de charge positifs.
4. Texturation de la surface
Réduction de la réflectivité
La surface du wafer est texturée pour créer de minuscules structures pyramidales. Cette texturation réduit la réflectivité du wafer, permettant à plus de lumière d’être absorbée.
- Gravure chimique : Les wafers sont immergés dans un bain chimique (généralement un mélange d’acides) qui grave la surface pour créer la texture désirée.
- Texturation laser : Dans certains procédés avancés, des lasers sont utilisés pour graver la surface avec précision.
5. Revêtement antireflet
Amélioration de l’absorption de la lumière
Un revêtement antireflet est appliqué sur les wafers texturés pour réduire encore la réflexion de la lumière et augmenter l’absorption.
Revêtement en nitrure de silicium
Une couche de nitrure de silicium est déposée sur la surface du wafer à l’aide d’un procédé appelé dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PECVD). Ce revêtement réduit non seulement la réflectivité mais fournit également une couche de passivation qui aide à réduire la recombinaison de surface des porteurs de charge.
6. Métallisation
Ajout de contacts électriques
Des contacts métalliques sont ajoutés à l’avant et à l’arrière du wafer pour collecter et transporter l’électricité générée.
- Sérigraphie : Cette méthode consiste à imprimer un motif de pâte métallique (généralement de l’argent pour le contact avant et de l’aluminium pour l’arrière) sur le wafer. Le wafer est ensuite chauffé pour frittage de la pâte, formant un contact métallique solide.
- Réduction de l’ombrage : Les contacts avant doivent être aussi étroits que possible pour minimiser l’ombrage tout en assurant une collecte efficace du courant.
7. Assemblage des cellules solaires en panneaux
Connexion des cellules solaires
Les cellules solaires individuelles sont interconnectées à l’aide de rubans métalliques pour former des chaînes. Ces chaînes sont ensuite disposées en matrice pour former un panneau solaire.
- Encapsulation : Les cellules sont encapsulées dans des couches d’acétate de vinyle-éthylène (EVA) pour les protéger de l’humidité et des dommages mécaniques.
- Backsheet et verre : Un backsheet durable est ajouté à l’arrière du panneau, et un verre de haute transparence est placé à l’avant. Ces couches sont ensuite laminées ensemble à l’aide de chaleur et de pression.
8. Encadrement et installation
Ajout de support structurel
Un cadre en aluminium est ajouté autour du panneau solaire laminé pour fournir un support structurel et faciliter le montage.
Une boîte de jonction est fixée à l’arrière du panneau pour abriter les connexions électriques et fournir un point de connexion pour le panneau à la circuiterie externe.
Chaque panneau complété subit des tests rigoureux pour s’assurer qu’il respecte les normes de qualité et les spécifications de performance.
Considérations particulières pour les panneaux bifaciaux et à double vitrage
Le processus de fabrication des panneaux bifaciaux et à double vitrage inclut des étapes et des considérations supplémentaires :
Panneaux bifaciaux
Ces panneaux sont conçus pour capturer la lumière du soleil des deux côtés, augmentant ainsi leur production d’énergie. La surface arrière du panneau bifacial est en matériau transparent (verre) au lieu de la feuille arrière opaque habituelle. Cela permet à la lumière réfléchie et à la lumière diffuse d’atteindre les cellules par l’arrière. Le processus d’encapsulation et les tests doivent prendre en compte l’exposition supplémentaire et le potentiel de rendement énergétique plus élevé.
Panneaux à double vitrage
Au lieu d’une feuille arrière, ces panneaux ont une couche de verre à l’avant et à l’arrière, améliorant la durabilité et la résistance aux intempéries. L’encapsulation implique de sandwich les cellules entre deux couches de verre, ce qui améliore la capacité du panneau à résister aux conditions environnementales difficiles. Le processus de laminage doit assurer une adhésion forte et une stabilité entre les deux couches de verre.
Le marché mondial des panneaux solaires monocristallins
La Chine détient une part significative du marché mondial (90%+) des panneaux solaires.
Des facteurs tels que des coûts de main-d’œuvre plus bas, des économies d’échelle et des investissements soutenus par l’État ont permis aux fabricants chinois de produire des panneaux solaires à des prix compétitifs, en faisant les principaux fournisseurs mondiaux.
Panneaux fabriqués en France : Un examen plus approfondi
Il y a une idée fausse courante selon laquelle les panneaux étiquetés « Fabriqué en France » sont entièrement produits en France. Cependant, en raison de la nature mondiale de la chaîne d’approvisionnement, de nombreux composants, en particulier les wafers de silicium, sont souvent sourcés en Chine.
Comprendre ces dynamiques est crucial pour les consommateurs recherchant la transparence et l’authenticité dans leurs achats de panneaux solaires ici.
Un point fort potentiel des panneaux fabriqués en France est la garantie fournie par une entreprise basée dans l’UE. Si l’entreprise est susceptible d’exister pendant des décennies, cette garantie peut offrir une sécurité supplémentaire aux consommateurs. Une garantie européenne signifie généralement des normes strictes et une meilleure protection des consommateurs, assurant que les clients peuvent compter sur le service et les réparations à long terme.
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Conclusion
Le processus de fabrication des panneaux solaires monocristallins implique plusieurs étapes complexes, de la purification du silicium à l’assemblage final.
Les avancées technologiques continuent d’améliorer l’efficacité et l’accessibilité de ces panneaux. De plus, comprendre les dynamiques du marché mondial, en particulier la part de marché de la Chine et l’origine réelle des composants, est essentiel pour une prise de décision éclairée.
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