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Communiqué de presse | 11/03/2025
Comment sont fabriqués les modules solaires cristallins : aperçu du processus de production
Avec une part d'environ 11 % de la production d'électricité à l’échelle de l'UE, l'énergie solaire a dépassé pour la première fois en 2024 la production d'électricité à partir du charbon. Pour que le photovoltaïque continue à gagner en importance, les modules solaires doivent être produits de manière efficace, économique et en grande quantité. Les processus de fabrication automatisés jouent un rôle clé à cet égard. Comment sont fabriqués les modules solaires cristallins – de l’interconnexion électrique des cellules solaires au contrôle qualité final...
L'énergie solaire est un élément central de la transition énergétique. Les modules solaires cristallins dominent le marché car leur efficacité et leur longévité en font le choix privilégié dans le domaine du photovoltaïque. Afin qu'ils puissent être produits de manière rentable à grande échelle, des processus de fabrication automatisés sont utilisés. Du stringing précis des cellules solaires au contrôle qualité final jusqu’au processus de laminage, ce sont les étapes les plus importantes de la production.
Introduction : cellules solaires cristallines et structure d'un module solaire
Les modules en silicium cristallin sont la technologie la plus répandue dans le domaine du photovoltaïque. Ils sont constitués de plusieurs cellules solaires, elles-mêmes fabriquées à partir de plaquettes de silicium. La plaquette (wafer) contient du silicium dopé qui peut générer une séparation de charge électrique grâce à l'ajout ciblé d'atomes étrangers. De minces contacts métalliques -– appelés busbars (barres omnibus) et doigts - transmettent le courant. Les doigts fins en métal collectent le courant sur toute la surface de la cellule et le dirigent vers les busbars, qui servent de barres omnibus pour le transport électrique ultérieur.
Un module solaire est composé à son tour de plusieurs cellules solaires. Afin de protéger les cellules sensibles des influences mécaniques et météorologiques, elles sont insérées entre plusieurs couches. Sur la face avant, une plaque de verre assure la stabilité, tandis qu'un film plastique (généralement de l'EVA = éthylène-acétate de vinyle) sert de matériau d'encapsulation. La face arrière est constituée d'un autre film plastique ou d'une deuxième couche de verre, sur laquelle est également fixée la boîte de connexion pour la transmission du courant continu généré. Un cadre en aluminium entoure le module et facilite le montage.
Production d'un module solaire - étape par étape
La production de plaquettes de silicium est un processus hautement spécialisé, généralement réalisé par des entreprises de haute technologie. La production proprement dite de modules solaires commence avec des cellules solaires finies, déjà dopées et pourvues d'un revêtement antireflet.
Étape 1 : connexion des cellules solaires – le procédé Stringer
La première étape de la production de modules solaires est la connexion des différentes cellules solaires entre elles. Ce processus est appelé stringing : les cellules sont soudées via leurs busbars (barres omnibus) à l'aide de fines bandes de cuivre (appelées rubans = ribbons). Les cellules sont disposées en rangées, appelées « strings ». La plus grande précision est requise afin d'éviter les ruptures et les microfissures dans les cellules de silicium sensibles. Le processus de soudage doit être optimisé de manière à minimiser les contraintes mécaniques et thermiques.
Étape 2 : découpe et positionnement des couches – le procédé de Lay-Up (superposition)
Une fois que toutes les couches du module solaire – verre, film EVA, strings et film arrière – ont été découpées, l'étape suivante consiste à les placer avec précision les unes sur les autres. Ce processus est appelé Lay-Up. Le placement automatique s'effectue avec une précision de positionnement de ±0,1 mm.
Étape 3 : laminage
Après placement, les différentes couches sont assemblées pour former une unité stable et durable – c'est ce qu'on appelle le laminage (processus de stratification). Pour ce faire, le module est chauffé dans un sac sous vide ou un autoclave, de manière typique à environ 140 °C, en utilisant soit une sous-pression soit une surpression (jusqu'à 10 bars). Au cours de ce processus, le film EVA, auparavant laiteux, se polymérise en une couche de matière plastique transparente, réticulée et tridimensionnelle. De cette façon, les cellules solaires sont solidement reliées à la vitre et au film arrière.
Étape 4 : ourlage des bords et cadres
Après le laminage, le module est préparé pour son utilisation finale. On procède d'abord à l'ourlage des bords, au cours duquel le matériau saillant – en particulier les restes du film EVA et du film arrière – est enlevé. Ensuite, la boîte de connexion est montée. La dernière étape consiste à doter le module de son cadre en aluminium, qui assure la stabilité mécanique et facilite le montage. Le cadre est fixé soit avec du silicone, soit avec un ruban adhésif spécial.
Étape 5 : contrôle qualité et classification
Avant qu'un module solaire ne quitte la production, il est soumis à des tests de performance et de sécurité. Un simulateur solaire mesure la caractéristique électrique, tandis que des tests d'électroluminescence et d'isolation permettent de détecter les défauts ou les erreurs matériel. Enfin, la classification par niveaux de performance est effectuée avant l’emballage et la livraison des modules.
Pression sur les coûts dans la production de modules solaires
La production de modules solaires est soumise à une immense pression sur les coûts. Alors que la demande en énergie renouvelable augmente, les subventions gouvernementales ont été réduites ou entièrement supprimées dans de nombreux pays. Dans le même temps, la concurrence, notamment de la part des entreprises asiatiques, aggrave la situation du marché. Afin de rester économiquement compétitifs, les fabricants en Europe et d'ailleurs doivent réduire leurs coûts de production, sans pour autant sacrifier la qualité. Un moyen d'y parvenir est d'utiliser des équipements de production d'occasion. Jusqu'au 27 mars, différentes machines destinées à la production de modules solaires sont mises aux enchères chez Surplex.
La production automatisée de modules solaires est la clé de la rentabilité des modules – et donc de la transition énergétique.
Lors du laminage, les différentes couches du module sont reliées entre elles : verre, EVA, strings et autres matériaux d'encapsulation.
Avec l'application précise de silicone, le cadre en aluminium est connecté en toute sécurité au module solaire.
