Les panneaux solaires intéressent de plus en plus de particuliers et de professionnels souhaitant produire de l’électricité ou passer aux énergies renouvelables. Mais avant d’être placés sur une toiture, les panneaux ont été produits selon une méthode précise. IZI by EDF vous en dit plus sur la méthode de fabrication des panneaux solaires photovoltaïques.
Les différents types de panneaux solaires
Il existe différentes catégories de panneaux utilisant l’énergie solaire. Chacun de ces panneaux fait l’objet d’une production spécifique.
Aujourd’hui, les panneaux solaires les plus fréquents sont des panneaux photovoltaïques, c’est-à-dire convertissant l’énergie solaire en électricité. Cette catégorie de panneaux est de loin la plus réputée, si bien que lorsque l’on parle de « panneaux solaires », on parle en règle générale de panneaux photovoltaïques.
Mais il existe des panneaux solaires d’autres catégories. Vous pourrez en apprendre plus sur chacune d’elles en lisant notre article dédié aux types de panneaux solaires. Les panneaux solaires thermiques convertissent pour leur part l’énergie solaire en chaleur. En marge des panneaux installés sur les toits des habitations, il existe des panneaux photovoltaïques portables. Ces derniers servent par exemple à recharger des batteries.
Nous n’évoquerons ici que le solaire photovoltaïque, qui est le panneau solaire le plus courant. Mais il se divise à son tour en sous-catégories. Les cellules photovoltaïques peuvent ainsi devenir des panneaux solaires mono-cristallins, polycristallins ou amorphes.
Production d’un panneau photovoltaïque : le chemin du silicium
Le secteur du solaire photovoltaïque est en plein développement. Chaque jour, des initiatives mettent au point de nouvelles conceptions pour les panneaux solaires.
A l’heure actuelle, la production de panneaux photovoltaïques commence systématiquement par l’extraction de silicium. Le minerai de silicium est l’une des ressources les plus présentes sur Terre. Mais il est également nécessaire dans d’autres applications. Il est utile aux alliages d’aluminium à destination de secteurs comme la conception automobile, le bâtiment ou le transport ferroviaire. L’industrie l’utilise aussi pour la production de silicones et de semi-conducteurs en micro-électronique.
Bien qu’il soit abondant, l’extraction du silicium est donc un enjeu stratégique. C’est pourquoi de nombreux pays l’extraient : les Etats-Unis, le Japon, la République tchèque, l’Argentine ou la Chine disposent de leurs propres carrières.
Après l’extraction, la transformation
Le silicium provient de la silice (ou dioxyde de silicium) dont on l’extrait par carboréduction. Le minerai est chauffé à très haute température dans un four à arc électrique. Une fois porté à plus de 2 000 °C, le silicium se dépose dans le fond du four.
Suite à cette carboréduction, l’industrie obtient un silicium de qualité métallurgique, c’est-à-dire d’une pureté comprise entre 98 et 99%. Toutefois, cette teneur est insuffisante dans le secteur du solaire photovoltaïque.
Pour des panneaux au silicium monocristallin ou polycristallin, le silicium doit atteindre une pureté de catégorie comprise entre 99,999 9 à 99,999 999 9 %. On parle alors de qualité « solar grade ». Des étapes supplémentaires d’affinage sont donc nécessaires.
Du silicium aux cellules
L’industrie fournit ainsi des lingots de silicium. Ceux-ci constituent l’ingrédient principal des modules photovoltaïques, qui sont à la base de l’installation solaire. Découpés en tranches, ces lingots deviennent des « wafers », ou « galettes » en anglais. L’épaisseur d’un wafer est de l’ordre de 300 μm.
Chaque galette reçoit ensuite divers traitements. Après avoir été traitées contre les reflets, les cellules solaires passent par une phase de dopage, ce dernier pouvant être effectué de différentes manières.
Le premier assemblage du panneau consiste à associer deux wafers ayant reçu des dopages spécifiques réalisés avec du phosphore ou du bore. Cela aura pour effet de les charger négativement ou positivement. Pour créer une cellule photovoltaïque, on joint ainsi un wafer ayant reçu un dopage type N (dopage négatif) à un autre dopé type P (dopage positif). Cette opération s’appelle la création de la jonction P-N. Lorsque les deux couches entrent en contact, les électrons en excès du wafer dopé N se dirigent vers le wafer dopé P, ce qui crée un courant électrique.
Les cellules sont prêtes. Il ne reste désormais plus qu’à assembler le panneau photovoltaïque.
Panneau solaire photovoltaïque : le plein de cellules
Une fois raccordées entre elles, les modules créent un réseau chargé de générer de l’électricité à partir du rayonnement solaire. Un panneau solaire courant recense 60 ou 72 cellules photovoltaïques. Plus il en comporte, plus sa puissance-crête (en kWh) sera importante. La production électrique créée par l’installation photovoltaïque est contrôlée par un onduleur.
Ces cellules prennent place dans un cadre pensé pour les protéger. La première couche de protection est l’EVA, pour « éthylène-acétate de vinyle ». Ce matériau polymère scellé autour des cellules par la chaleur empêche l’air et l’eau de les atteindre. De cette façon, il prévient leur oxydation.
Une plaque d’un métal conducteur est disposée derrière le panneau. Il ne reste plus enfin qu’à ajouter une plaque de verre particulièrement résistante. Le cadre scelle cet ensemble complexe, et le panneau solaire est prêt à être posé sur un toit à l’ensoleillement propice !
Les champions du photovoltaïque
Il s’agit là d’un procédé-type pour la production d’un panneau photovoltaïque. Les fabricants de panneaux solaires déclinent ensuite cette recette, par exemple en proposant un nombre différent de cellules par panneau. Ils peuvent être vendus sous la forme d’un kit photovoltaïque regroupant tout ce qu’il faut pour commencer à produire de l’énergie électrique.
Aujourd’hui, la Chine est le principal champion de l’énergie solaire photovoltaïque. Elle est suivie des Etats-Unis, du Japon, de l’Allemagne et de l’Inde. La plupart des plus grands producteurs mondiaux sont chinois.
