Entre 2020 et 2019, la production solaire a progressé de 11,1%* ! Au cœur du développement de cette filière, on trouve bien sûr le panneau solaire. Mais savez-vous comment est fabriqué l’élément indispensable pour produire de l’électricité à partir de l’énergie du soleil ? Dans cet article, je vous propose un guide complet sur la fabrication des panneaux solaires photovoltaïques.
Analyse de la composition d’un panneau solaire
Un panneau solaire n’est pas fait d’un seul bloc. Plusieurs parties le composent. Les voici :
- Un cadre métallique en aluminium ;
- Une jointure d’étanchéité en caoutchouc ;
- Un vitrage, c’est-à-dire une plaque de verre, destinée à protéger la surface contre les chocs extérieurs ;
- Une couche EVA ou éthylène-acétate de vinyle ;
- Une matrice cellulaire, qui est un assemblage de 3 composants : les cellules solaires (captant la lumière et produisant l’électricité), les diodes by-pass (régulant le courant continu des cellules) et la grille conductrice (amenant le courant continu).
- Une feuille de fond en PVF (polyfluorure de vinyle) ;
- Un boîtier de dérivation en plastique ;
- Des câbles de sorties, représentant les câbles de branchement du module ;
- Des connecteurs MC4 qui se clipsent à l’onduleur.
Les étapes de la fabrication d’un panneau solaire
On compte 4 grandes opérations pour fabriquer un panneau solaire. De l’extraction des minerais nécessaires à sa fabrication jusqu’à son assemblage, quelles sont donc les étapes qui permettent de produire un panneau solaire photovoltaïque aujourd’hui ?
L’extraction du Silicium
Pour convertir la lumière en électricité, un panneau solaire doit assembler une multitude de composants, dont les cellules solaires photovoltaïques sont le cœur.
Cette multitude de petites cellules photovoltaïques sont dans leur immense majorité (90% des panneaux solaires produits actuellement) constituée d’une matière première appelée silicium.
Ce matériau photosensible et semi-conducteur, possédant une conductivité électrique moyenne, est le deuxième élément le plus présent sur Terre, derrière l’oxygène. On estime que 28% de l’écorce terrestre est composée de silicium. Seulement, on ne le trouve pas naturellement à l’état pur. Il est généralement extrait du sable ou du quartz, lesquels sont raffinés (chauffés et mis en réaction chimique avec du carbone) pour obtenir et exploiter du silicium.
Aujourd’hui, la Chine est le premier pays producteur de silicium au monde. L’Empire du Milieu fabrique aujourd’hui 71% du silicium utilisé dans les diverses industries mondiales.
La transformation du Silicium
Comme nous l’avons brièvement expliqué, une étape “métallurgique” est nécessaire pour la fabrication du silicium. Il est transformé à partir d’un procédé dit “de réduction” à très haute température. Cela signifie que les industriels produisent un mélange composé de morceaux de silice (morceaux de quartz ou sable) et de bois. Ils portent ensuite ce dernier à une température avoisinant les 3 000° et le purifient à 99,9999 %.
Ceci n’est que la première étape de la transformation : en effet, les « petits cailloux » ou cristaux de silicium solaire obtenus après le procédé de réduction ne sont pas utilisables en l’état.
Ils doivent être cuits à près de 1 450° de manière à former des lingots de silicium, puis, après avoir été refroidis, être coupés en tranches fines et prendre la forme souhaitée (monocristallin ou polycristallin). À noter que ces tranches, qui permettent de créer les cellules photovoltaïques, ne dépassent pas l’épaisseur d’une feuille de papier, soit 200 microns au maximum. On les nomme « wafers ».
Le traitement
Le processus de fabrication des panneaux solaires se poursuit par une phase dite “de traitement”. Les “wafers” subissent un traitement anti-reflet pour optimiser la quantité de lumière possiblement absorbée. Il s’agit en réalité de creuser la surface jusque là lisse du futur panneau d’une multitude de petites pyramides. Elles permettront d’absorber la lumière en plus grande quantité. C’est ce traitement qui donne parallèlement aux cellules photovoltaïques leur couleur bleue caractéristique.
Du phosphore à très haute température (ou du bore) est ensuite déposé sur la face avant du panneau. Enfin on imprime sur la surface du panneau un circuit électrique. C’est ainsi que les cellules exposées à la lumière du soleil pourront produire de l’électricité et transférer ce courant dans les circuits de votre habitation.
L’assemblage du panneau
Une fois les cellules photovoltaïques opérationnelles, il faut encore les connecter les unes aux autres. On soude et on encapsule donc de 48 à 72 cellules entre une plaque de verre trempé et une couche de polymère (film en polyester placé à l’arrière du panneau), avant de les encadrer par de l’aluminium.
L’opération de création d’un panneau solaire photovoltaïque se termine par l’adjonction d’un boîtier à l’arrière du panneau : c’est grâce à lui que le panneau pourra être connecté à l’onduleur ou au micro onduleur.
Quels sont les différents types de cellules photovoltaïques ?
Il n’existe pas une mais trois types de cellules photovoltaïques. Quels sont-ils ?
Cellules photovoltaïques monocristallines
Les panneaux solaires monocristallins sont formés comme leur nom l’indique de cellules résultant de la découpe d’un bloc de silicium unique. Ce silicium est donc formé d’un seul cristal, prenant la forme d’un gros cylindre homogène bleu/noir. C’est d’ailleurs à cette teinte caractéristique qu’on reconnaît ce type de panneaux solaires. En outre, il n’apparaît aucun rainurage sur la face supérieure du panneau, le circuit électrique étant disposé à l’arrière de la cellule.
Cette technique de fabrication assure aux panneaux monocristallins un rendement bien supérieur aux autres panneaux (20% environ) : ils sont en effet plus performants par faible ensoleillement. Ils captent par ailleurs l’ensoleillement sur des plages horaires plus longues (plus tôt le matin et plus tard le soir). Il faut toutefois noter que leur processus de fabrication est relativement énergivore et onéreux. C’est pourquoi ce type de panneaux reste sensiblement plus cher à l’achat.
Cellules photovoltaïques polycristallines
Les panneaux solaires dits polycristallins sont quant à eux composés de multiples cristaux de silicium assemblés. Pour les produire, on récupère des chutes de morceaux de silicium, qu’on fond, refroidit et assemble. Ce processus donne un aspect plus hétérogène aux panneaux : d’une teinte bleutée, ils apparaissent comme une mosaïque.
Plus rapide, plus économique et ayant une empreinte écologique plus faible, ce procédé de fabrication permet aux panneaux polycristallins d’être plus abordables à l’achat. Mais il faut savoir que les rendements seront moins satisfaisants : en moyenne, ils s’échelonnent de 14% à 18%.
Cellules au silicium amorphe
Il existe une dernière typologie de cellules au silicium, moins répandues et moins efficaces que les précédentes : les cellules au silicium amorphe. Les panneaux construits avec cette technologie présentent des rendements s’élevant entre 5 et 7 %.
Cependant leur procédé de fabrication est particulièrement économe : il ne réclame qu’un pourcent de la quantité de silicium indispensable à la production d’un panneau mono ou polycristallin. Autre avantage, les panneaux au silicium amorphe peuvent produire de l’énergie avec un éclairage artificiel.
Sur ce type de panneau, le silicium est non cristallisé. Il est ensuite accolé à un matériau amorphe : du verre, de l’acier ou du plastique. C’est ainsi que sont formés les panneaux solaires souples par exemple.
Peu utilisées actuellement, les cellules au silicium amorphe pourraient connaître un regain d’intérêt avec l’émergence de la technologie dite de l’hétérojonction.
Où sont fabriqués les panneaux solaires ?
Si la Chine a une avance considérable sur les autres pays du globe en matière de production de panneaux solaires, d’autres nations développent leur propre industrie.
Les lieux de fabrication de panneaux solaires en France
Ces dernières années, la France a développé la fabrication des panneaux solaires sur son sol. C’est notamment le cas pour l’entreprise française DualSun, dont les panneaux sont conçus à Marseille et fabriqués dans l’Ain pour une partie. D’autres marques nationales suivent la trace de DualSun : Voltec Solar produit par exemple ses panneaux en Alsace, quand Systovi est basée à Nantes. Des entreprises étrangères installent également des sites de production en France. Sunpower s’est par exemple établi en Moselle ou encore à Toulouse.
Ces entreprises permettent donc l’emploi de centaines de personnes en France. Ainsi, acheter des panneaux Made in France permet non seulement d’accéder à de hauts standards de qualité mais également de soutenir une filière en pleine expansion ainsi que l’investissement dans des solutions innovantes.
A noter que les panneaux solaires sont en majorité assemblés en France. Les cellules photovoltaïques restent en revanche souvent fabriquées en Asie, selon de hauts critères de qualité.
Les lieux de fabrication dans le monde
Comme nous le soulignions, la Chine reste le pays dominant sur le marché des panneaux photovoltaïques : elle rassemble 9 des 10 meilleurs constructeurs mondiaux de panneaux solaires et 70% des producteurs à l’échelle mondiale.
Cependant, une production de panneaux émerge dans d’autres pays : la France, mais aussi les Etats-Unis, l’Allemagne ou encore la Corée du Sud.
Les fabricants les plus connus du milieu
Quels sont les fabricants de panneaux solaires photovoltaïques de confiance ? Mon Kit Solaire revient sur les plus connus d’entre-eux.
Les fabricants de panneaux solaires en France
Pour élaborer nos kits de panneaux solaires, nous avons fait confiance au constructeur français DualSun. Créée en 2010, l’entreprise dispose d’un réel savoir-faire français en la matière. Basée à Marseille, DualSun fabrique une partie de ses panneaux solaires dans le département de l’Ain. L’autre partie de la fabrication et de l’assemblage de ses panneaux est réalisée en Asie, suivant un cahier des charges très exigeant.
D’autres fabricants français existent : on peut citer l’entreprise Voltec Solar, présente sur le marché depuis 2009 et proposant un modèle de panneaux premium ou encore l’entreprise Systovi, créée en 2008, première à proposer des panneaux aérovoltaïques.
Les fabricants de panneaux solaires étrangers
Parmi les nombreux fabricants étrangers, nous citerons d’abord JA Solar. Ce fabricant de panneaux solaires chinois est en effet un des leaders du secteur photovoltaïque. Créée en 2005, l’entreprise propose des panneaux dont les rendements caracolent en tête du classement mondial : la marque garantit par exemple pour ses panneaux JAM60S09/PR un rendement de 83,1% au bout de 25 ans.
Mon Kit Solaire apprécie également la performance des panneaux de la marque américaine SunPower. Affichant les meilleurs rendements du marché, ainsi que les meilleures garanties, ces panneaux sont des produits premium par excellence.
D’autres marques mondiales peuvent par ailleurs être citées : Q-cells, une marque allemande produisant en Corée du Sud, la société Espagnol Eurener, fabriquant historique de panneaux solaires en Europe…
Caractéristiques générales d’un panneau solaire
Si les panneaux solaires sont tous différents, certaines caractéristiques générales peuvent être établies.
Les panneaux solaires sont d’une taille relativement homogène : environ 1,7m2 (L : 1,7m ; l : 1m), pour un poids moyen de 18 kg. D’une durée de vie moyenne de 40 ans, ils sont en grande partie renouvelables. On estime que 94,7 % de leurs composants peuvent être recyclés, tels que la devanture en verre, le cadre en aluminium, le silicium.
Ils sont enfin tous conçus pour supporter des événements météorologiques rudes : la chute de grêlons de 1,25 cm de diamètre, projetés à 140 km/h, par exemple, n’est pas de nature à les abîmer.
Conclusion
Technologiquement complexes, les panneaux photovoltaïques sont produits à la suite de nombreuses opérations et traitements. Extraction du silicium, transformation de ce dernier en cristaux et en cellule photovoltaïques, traitements pour optimiser leur capacité à capter le rayonnement solaire, assemblage… : ces étapes demandent un véritable savoir-faire, que la filière photovoltaïque chinoise, dominante sur le marché, maîtrise parfaitement. Ce qui n’empêche pas certaines marques françaises de tirer leur épingle du jeu, telles que DualSun, avec qui Mon Kit Solaire a établi un partenariat de confiance.
