Quels sont les principaux composants d'un panneau solaire ?
Les panneaux solaires, pierre angulaire de la technologie de l'énergie solaire, sont composés de plusieurs parties intégrantes, chacune contribuant à leur capacité à capter la lumière du soleil et à la convertir en énergie électrique. Dans cet article, nous allons explorer les composants essentiels qui constituent un panneau solaire, en examinant comment chaque partie joue un rôle critique dans le fonctionnement et l'efficacité du panneau. Du verre protecteur de la surface à la boîte de jonction vitale pour les connexions électriques, chaque composant est essentiel à la performance du panneau solaire. Plongeons dans le monde des panneaux solaires et découvrons les subtilités de leur construction !
Contenu：
1. Verre du panneau solaire
2. Film d'encapsulation du panneau solaire
3. Cellule solaire
4. Feuille arrière du panneau solaire/verre arrière
5. Cadre du panneau solaire
6. Boîte de jonction du panneau solaire (J-Box)
1. Verre du panneau solaire
Dans les panneaux solaires, le verre photovoltaïque joue un rôle essentiel. Il sert de bouclier vital, protégeant les cellules solaires et les rubans de soudure des éléments environnementaux difficiles tels que les impacts, la grêle, l'humidité, le brouillard salin et l'ammoniac. En outre, il joue un double rôle dans la collecte, la transmission et la réduction de la réflexion de la lumière, ce qui permet de maximiser la production d'électricité.
Les principales caractéristiques et applications du verre photovoltaïque sont les suivantes :
Transmission exceptionnelle de la lumière : Le verre photovoltaïque présente une transmission lumineuse exceptionnelle. Le verre trempé ordinaire laisse passer environ 91,5 % de la lumière, tandis que le verre spécialement traité (par exemple, le verre à couche) peut atteindre une transmission d'environ 93,5 %. Cela signifie que davantage de lumière solaire peut atteindre directement les cellules solaires à travers le verre, ce qui augmente l'efficacité globale de la conversion énergétique du panneau solaire.
Capture d'un large spectre : Ce verre capte efficacement la lumière dans le spectre allant de 380 à 1100 nanomètres, exploitant ainsi les principales bandes d'énergie de la lumière du soleil. En outre, il réfléchit les rayons infrarouges (longueurs d'onde supérieures à 1200 nanomètres), ce qui réduit l'absorption de la chaleur et empêche les températures élevées de compromettre l'efficacité du panneau.
Résistance robuste aux chocs : Le verre photovoltaïque présente une forte résistance aux chocs. Par exemple, un verre entièrement trempé de 3,2 mm peut résister à une bille d'acier de 1 kg tombant d'un mètre et à des grêlons de 2,5 mm de diamètre, ce qui garantit la sécurité et la stabilité des panneaux solaires, même dans des conditions météorologiques difficiles.
Types et épaisseurs de verre pour différents panneaux solaires :
Panneaux solaires mono-verre : Ils utilisent généralement un verre entièrement trempé de 3,2 mm, avec une feuille de protection à l'arrière.
Panneaux solaires à double vitrage : Ils utilisent généralement du verre semi-trempé de 2,0 mm ou de 1,6 mm à l'avant et à l'arrière. Le verre semi-trempé se situe entre le verre plat standard et le verre entièrement trempé en termes de résistance aux chocs et de tolérance à la température. Sa planéité et ses contraintes minimales le rendent utile pour le processus de production des panneaux solaires à double vitrage, améliorant ainsi le rendement et la qualité.
2. Film d'encapsulation pour panneaux solaires
Les films d'encapsulation, également connus sous le nom d'encapsulants pour panneaux solaires, sont des composants essentiels des panneaux solaires. Placés entre la vitre avant et la feuille arrière du panneau solaire, ils jouent un rôle essentiel dans la fixation et la protection des cellules solaires, tout en assurant l'isolation et l'étanchéité nécessaires.
Les principales fonctions et caractéristiques des films d'encapsulation sont les suivantes
Protection des cellules solaires : Les films d'encapsulation stabilisent les cellules solaires, empêchant leur déplacement ou leur rupture, garantissant ainsi la stabilité structurelle et l'efficacité opérationnelle à long terme du panneau.
Transparence et résistance aux intempéries : Les films d'encapsulation de haute qualité possèdent une excellente transparence, ce qui minimise la perte d'énergie solaire. Ils doivent également être résistants aux intempéries, aux rayons UV, aux températures élevées et à d'autres conditions environnementales difficiles.
Isolation et étanchéité : Ces films assurent l'isolation du panneau, empêchant l'humidité et d'autres éléments environnementaux de pénétrer, protégeant ainsi les cellules solaires de la corrosion et des dommages.
Durabilité : Le matériau du film d'encapsulation doit être capable de supporter une exposition prolongée à la lumière du soleil et à divers changements climatiques, et de conserver ses performances au fil du temps.
Les types de films d'encapsulation les plus courants sont l'EVA (éthylène-acétate de vinyle), le POE (élastomère de polyoléfine) et l'EPE coextrudé.
Film EVA : Généralement utilisé pour encapsuler les modules Perc monocristallins de type P. Fabriqué à partir d'un copolymère éthylène-acétate de vinyle, dont le principal composant est l'ester éthénique de l'acide acétique (40-70%). Les avantages sont le faible coût, la facilité de traitement, la réticulation rapide et une application simple, stable et mature. Cependant, l'EVA est sujet à l'hydrolyse à la lumière, à l'oxygène et dans des environnements humides et chauds, ce qui entraîne la production d'acide acétique qui peut corroder les cellules solaires et les rubans de soudure. Il réagit également avec le sodium dans le verre, formant une grande quantité d'ions sodium mobiles, ce qui entraîne une atténuation de la puissance. L'EVA a tendance à jaunir dans des conditions photothermiques, ce qui affecte la transparence et entraîne une perte de puissance du module.
Film POE : Utilisé pour encapsuler les modules photovoltaïques bi-verre et de type N. Le POE, un type de polyéthylène, possède des propriétés supérieures à celles de l'EVA, telles qu'une faible perméabilité à l'eau, une résistance à l'hydrolyse, une résistance aux températures élevées et à l'humidité, une résistance au vieillissement, une excellente résistance au PID, une résistivité électrique élevée et des propriétés supérieures de barrière à la vapeur d'eau. Toutefois, la complexité et le coût du traitement sont plus élevés que ceux de l'EVA.
Film EPE : Composé d'EVA+POE+EVA. Il combine la facilité de traitement de l'EVA avec l'excellente résistance au PID et à la vapeur d'eau du POE. Adapté aux cellules solaires Topcon de type N et aux modules bi-verre, l'EPE offre un rapport coût-performance équilibré.
3. Cellules solaires
Les cellules solaires transforment la lumière du soleil en énergie. Elles constituent le cœur des panneaux solaires. L'efficacité et les caractéristiques de ces cellules dépendent du type de matériau semi-conducteur utilisé.
Il en existe deux types principaux : Le type P et le type N.
Cellules solaires de type P :
Elles sont fabriquées en ajoutant des éléments trivalents (comme le bore) à des matériaux semi-conducteurs de base comme le silicium, ce qui crée des "trous" chargés positivement (zones dépourvues d'électrons).
Lorsque ces "trous" sont soumis à un champ électrique, ils deviennent les principaux porteurs de charge et créent un courant électrique.
Les matériaux de type P sont couramment utilisés dans les cellules solaires au silicium multicristallin et dans certaines cellules solaires au silicium monocristallin parce qu'ils sont bon marché et faciles à fabriquer.
Cellules solaires de type N :
Le dopage du silicium avec des éléments pentavalents, comme le phosphore, ajoute plus d'électrons de valence au matériau, ce qui lui permet de mieux conduire l'électricité.
En présence d'un champ électrique, ces électrons supplémentaires se déplacent en tant que porteurs de charge principaux, ce qui crée un courant électrique.
Parce qu'ils sont stables dans le temps et qu'ils fonctionnent bien, les matériaux de type N deviennent de plus en plus importants dans les technologies TOPCon, IBC et HJT, qui sont des technologies de cellules solaires à haut rendement.
Types de cellules solaires les plus courants sur le marché :
La technologie progresse rapidement dans le domaine des cellules solaires. Les matériaux de type N, en particulier, ont fait l'objet d'une grande attention ces derniers temps, car ils fonctionnent très bien. Par exemple, les cellules solaires HJT (hétérojonction) combinent les meilleures caractéristiques du silicium cristallin et du silicium amorphe. Elles rendent les cellules plus stables et plus efficaces en plaçant une couche de silicium amorphe entre le silicium de type N et le silicium de type P. Cela empêche les électrons et les trous de se reconnecter. Cette couche empêche les électrons et les trous de se recombiner. Les couches d'oxyde tunnel et de silicium polycristallin sont utilisées comme électrodes dans la technologie TOPCon, ce qui améliore le fonctionnement général de la cellule. Les cellules IBC (Interdigitated Back Contact) absorbent également plus de lumière et réduisent les effets d'ombrage car toutes leurs électrodes se trouvent à l'arrière de la cellule.
Les cellules solaires de type N joueront probablement un rôle plus important sur le futur marché de l'énergie solaire à mesure que la technologie s'améliorera et que les coûts diminueront. Les cellules de type P, en revanche, continueront à être largement utilisées car elles bénéficient d'une position stable sur le marché et de processus de production bien développés. Ces améliorations ne rendent pas seulement les cellules solaires plus efficaces pour convertir la lumière en électricité, mais elles jettent également les bases d'options énergétiques plus durables et plus respectueuses de l'environnement.
4.Feuille arrière du panneau solaire / Verre arrière
La feuille arrière du module est principalement utilisée dans un environnement extérieur pour protéger le module de cellules solaires afin de résister à l'érosion de la lumière, de l'humidité, de la chaleur, du gel et d'autres influences environnementales sur le film d'encapsulation, la cellule et d'autres matériaux, et pour jouer le rôle de protection isolante résistante aux intempéries, la qualité de la feuille arrière déterminant la durée de vie du module.
Feuilles arrières :
Les backsheets sont des composants critiques des panneaux solaires, jouant un rôle essentiel dans leur protection contre les facteurs environnementaux tels que la lumière, l'humidité, la chaleur et le froid. Cette couche protectrice est indispensable pour prolonger la durée de vie des panneaux solaires tout en protégeant leurs composants internes des dommages potentiels.
Voici un examen plus approfondi des feuilles de protection :
Variété d'apparence : Les backsheets existent en différentes couleurs, notamment en blanc, noir et transparent. Les backsheets blancs sont conçus pour réfléchir la lumière du soleil sur les cellules solaires, améliorant ainsi l'efficacité énergétique. Les panneaux noirs, très prisés en Europe et en Amérique, rehaussent l'attrait esthétique des installations sur les toits. Les toiles transparentes permettent aux panneaux solaires de produire de l'électricité des deux côtés.
Composition du matériau : En règle générale, les feuilles arrière sont composées de trois couches : un revêtement extérieur, un substrat PET intermédiaire et un revêtement intérieur. Pour garantir la durabilité et la protection contre les rayons UV, différents matériaux, tels que des films fluorés et PVDF, sont couramment utilisés dans ces couches.
Compatibilité des performances : Les dorsales sont conçues pour être compatibles avec différents types de cellules solaires, notamment les cellules Perc, de type N et TOPCon. Leur faible perméabilité à l'eau est essentielle pour maintenir l'efficacité et la longévité des cellules, garantissant ainsi le fonctionnement efficace des panneaux solaires pendant une longue période.
Verre arrière :
Le verre arrière existe en deux épaisseurs, 2,0 mm et 1,6 mm, et gagne en popularité en raison de sa durabilité exceptionnelle et de sa résistance aux conditions environnementales.
Voici quelques avantages et applications du verre arrière :
Barrière contre l'humidité : Le verre arrière présente une perméabilité à l'humidité quasi nulle, ce qui le rend idéal pour les environnements à forte humidité, où il prévient efficacement les dommages causés par l'eau.
Résilience et longévité : Sa grande résistance à l'usure, aux intempéries et à la corrosion lui permet d'être utilisé dans des conditions extrêmes, ce qui prolonge la durée de vie des panneaux solaires.
Sécurité incendie : Les panneaux solaires équipés de verre arrière présentent une résistance élevée au feu, ce qui en fait un choix plus sûr pour les installations résidentielles et industrielles.
Propriétés d'isolation : Les excellentes propriétés d'isolation du verre arrière permettent aux panneaux solaires de supporter des tensions de système plus élevées, offrant potentiellement des solutions rentables pour les grandes centrales solaires.
L'intégration du verre arrière dans la conception des panneaux solaires améliore leur durabilité, leur sécurité et leurs performances, ce qui en fait des contributeurs fiables et efficaces à la production d'énergie propre. Lisez l'article ci-dessous pour en savoir plus sur la feuille arrière des panneaux solaires !
5. Cadre du panneau solaire
L'aluminium étant le métal le plus abondant sur terre, il est utilisé comme cadre, généralement en alliage d'aluminium. Il joue également un rôle important dans les panneaux solaires.
Support structurel : Le cadre fournit un support structurel au panneau solaire, augmentant ainsi sa résistance et sa rigidité globales. Cela permet d'éviter que le panneau ne se plie ou ne se torde pendant l'installation et le transport, et de le maintenir plat et stable.
Protection des bords : Le cadre protège les bords du panneau contre les dommages physiques tels que les coups, les chocs ou l'écrasement. Il réduit l'usure des bords des panneaux et prolonge leur durée de vie.
Réduction de la contamination et de l'infiltration d'humidité : La présence d'un cadre réduit la quantité de saleté, de poussière et d'humidité qui peut pénétrer sous le panneau, ce qui contribue à maintenir la propreté et les performances du panneau.
Simplification de l'installation : Les bordures comportent souvent des trous et des pinces prémontés qui facilitent l'installation des panneaux solaires. Les installateurs peuvent facilement fixer les panneaux sur un support ou un toit sans avoir à toucher directement à la surface du panneau, ce qui réduit le risque de dommages potentiels.
6. Boîte de jonction pour panneaux solaires (J-Box)
La boîte de jonction (J-Box) est un composant essentiel des panneaux solaires, qui sert principalement de connecteur entre les panneaux solaires et les circuits externes. Son rôle principal est d'agir comme une station de transfert pour l'énergie électrique générée par les panneaux solaires afin de la transmettre à des circuits externes ou à des systèmes de stockage.
Les principales caractéristiques d'une boîte de jonction sont les suivantes
Transmission de l'énergie : À l'intérieur de la boîte de jonction se trouvent des points de connexion conducteurs et des barres omnibus qui recueillent le courant généré par les panneaux solaires et le transfèrent par des câbles vers les circuits externes ou les systèmes de stockage de la batterie.
Fonction de protection : Les boîtes de jonction sont généralement bien scellées, empêchant l'eau, la poussière et d'autres substances externes de pénétrer et protégeant les circuits internes des panneaux. Ils offrent également un certain degré de résistance aux impacts mécaniques et à l'érosion environnementale.
Protection par diode : Pour empêcher le flux de courant inverse et éviter les effets de point chaud, les boîtes de jonction contiennent généralement des diodes. Ces diodes fournissent une voie de contournement dans les cas où les panneaux solaires sont partiellement ombragés ou peu performants, ce qui garantit un fonctionnement et une efficacité stables.
Résistance à l'eau et à la poussière : Les boîtes de jonction sont conçues pour répondre à des normes spécifiques de résistance à l'eau et à la poussière, telles que IP65, IP67 ou IP68, afin de garantir un fonctionnement stable dans diverses conditions environnementales.
Fonctionnalités intelligentes : Les boîtes de jonction modernes peuvent également être dotées de fonctions intelligentes telles que la surveillance à distance, l'arrêt intelligent et l'optimisation de la puissance (MPPT). Ces fonctions contribuent à améliorer l'efficacité et la sécurité globales des centrales solaires.
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