Vues : 0 Auteur : Éditeur du site Heure de publication : 2026-04-07 Origine : Site
En tant qu'unité de conversion d'énergie de base des systèmes de production d'énergie photovoltaïque, les modules photovoltaïques jouent un rôle crucial dans la conversion directe de l'énergie solaire en énergie électrique. Les modules photovoltaïques en silicium cristallin conventionnels adoptent une structure d'emballage laminée, composée principalement de six composants principaux : des cellules solaires, du verre trempé à haute transmission, un film d'encapsulation EVA, une feuille de fond isolante, un cadre en alliage d'aluminium et une boîte de jonction. Chaque composant remplit ses propres fonctions de conversion photoélectrique, de protection mécanique, de connexion électrique et de résistance environnementale, déterminant collectivement l'efficacité de conversion, la résistance mécanique, les performances d'isolation et la fiabilité opérationnelle à long terme des modules. Cet article développe systématiquement la structure de composition de base des modules photovoltaïques conventionnels et analyse en détail les caractéristiques des matériaux, le mécanisme de fonctionnement et les fonctions de base de chaque composant, fournissant ainsi une référence théorique pour la conception, la production et la fabrication de modules photovoltaïques, l'inspection de la qualité et les applications techniques.
Dans le contexte d’une structure énergétique mondiale en transition vers la propreté et une faible carbonisation, la production d’énergie photovoltaïque est devenue l’une des technologies les plus largement utilisées et en développement rapide dans le domaine des énergies renouvelables. Les modules photovoltaïques constituent l'équipement de production d'électricité de base des centrales photovoltaïques, et leurs performances et leur durée de vie affectent directement la capacité de production d'électricité et le retour sur investissement de l'ensemble du système. Les modules photovoltaïques conventionnels prennent des cellules de silicium cristallin comme noyau et forment un tout modulaire grâce au laminage et à l'encapsulation de matériaux fonctionnels multicouches, offrant une forte résistance aux intempéries, une structure stable et une installation facile à grande échelle.
Lors d'un fonctionnement extérieur à long terme, les modules doivent résister à des tests environnementaux complexes tels que l'alternance de températures élevées et basses, le rayonnement ultraviolet, le gel-dégel par chaleur humide, le vent, le sable et la grêle. Par conséquent, leur conception structurelle doit équilibrer une transmission lumineuse élevée, une isolation élevée, une force de liaison élevée et une stabilité environnementale élevée. Une analyse approfondie de la composition et des fonctions des modules photovoltaïques conventionnels constitue une base importante pour optimiser les performances des modules, améliorer la fiabilité et réduire le taux d'atténuation.
Les modules PV conventionnels adoptent une structure stratifiée typique « sandwich », qui est, de haut en bas : verre trempé, couche supérieure en EVA, chaîne de cellules, couche inférieure en EVA, feuille arrière, avec cadre en alliage d'aluminium et boîte de jonction fixées à l'extérieur pour obtenir une fixation mécanique et une sortie électrique. Les fonctions de chaque partie sont hautement coordonnées et indispensables.
Les cellules solaires sont les composants essentiels des modules photovoltaïques pour la conversion d'énergie. Les produits principaux sont les cellules en silicium cristallin, notamment les cellules PERC de type P et les technologies de cellules à haut rendement de type N telles que TOPCon et HJT.
Leur fonction principale est de convertir directement le rayonnement solaire incident en énergie électrique CC sur la base de l’effet photovoltaïque. Grâce au processus de diffusion, une jonction PN se forme dans la cellule. Sous l'excitation des photons, des paires électron-trou sont générées, qui sont séparées et se déplacent directionnellement pour former un courant sous l'action du champ électrique intégré. Des paramètres tels que l'efficacité de conversion, la résistance série, le courant de fuite et la réponse des cellules en cas de faible luminosité déterminent directement la puissance nominale et les performances réelles de production d'énergie des modules.
À l'intérieur du module, les cellules sont connectées en série via des interconnecteurs pour former des chaînes de cellules, qui sont ensuite connectées en parallèle via des barres omnibus pour obtenir une configuration raisonnable de tension et de courant, répondant finalement aux exigences de conception électrique du système.
La couche superficielle des modules photovoltaïques adopte un verre trempé ultra-blanc à haute transmittance et à faible teneur en fer, qui constitue la première structure de protection et de collecte de lumière du module.
Ses principales fonctions comprennent :
Transmission lumineuse élevée : la formule à faible teneur en fer peut réduire considérablement la teneur en fer, réduire l'absorption et la réflexion de la lumière, améliorer la transmission solaire, garantir que les cellules reçoivent un rayonnement suffisant et améliorer l'efficacité de la conversion photoélectrique.
Protection mécanique : le traitement de trempe confère au verre une résistance élevée et une résistance aux chocs, qui peut résister aux impacts externes tels que la grêle, le gravier et la pression du vent, évitant ainsi d'endommager les cellules internes.
Résistance aux intempéries : il présente une excellente résistance aux UV, à l'humidité, à la chaleur et au vieillissement, et n'est pas facile à jaunir, à se fissurer ou à se corroder lors d'une utilisation extérieure à long terme.
Isolation et support : en tant que support rigide sur la surface du module, il fournit un support plat à la structure interne et remplit une fonction d'isolation électrique de base.
Le film EVA (copolymère éthylène-acétate de vinyle) est un matériau d'encapsulation clé pour les modules photovoltaïques, qui est posé sur les côtés supérieur et inférieur des cellules et durci par stratification à haute température.
Ses rôles principaux se traduisent par :
Collage et fixation : collez fermement le verre trempé, les cellules et la feuille arrière en un tout, éliminez les espaces entre les couches et améliorez l'intégrité structurelle du module.
Couplage optique : une transmission lumineuse élevée peut réduire la réflexion de la lumière de l'interface, améliorer le taux d'utilisation de la lumière et contribuer à améliorer l'efficacité de la production d'énergie.
Protection d'isolation : il présente d'excellentes performances d'isolation électrique, empêchant les fuites de cellules et les courts-circuits et assurant la sécurité du système.
Tampon et étanchéité : tamponnent les contraintes externes, bloquent l'intrusion de la vapeur d'eau, de l'oxygène et de la poussière, et évitent l'oxydation des cellules, la corrosion et l'atténuation du PID.
Résistance au vieillissement environnemental : des absorbeurs UV et des agents de réticulation sont ajoutés pour garantir l'absence de jaunissement, de délaminage ou de défaillance lors d'une utilisation extérieure à long terme.
La feuille arrière est située sur la couche inférieure du module PV, qui est un matériau polymère composite. Les types courants incluent TPT, KPE, KPK et d’autres structures.
Ses principales fonctions sont :
Isolation arrière : une résistivité de volume et une résistivité de surface élevées empêchent les fuites électriques, respectant les réglementations de sécurité et les exigences d'isolation du système.
Barrière à l'eau et à l'oxygène : Excellentes performances de barrière à la vapeur d'eau, formant une structure entièrement fermée avec de l'EVA pour retarder le vieillissement interne du module.
Résistance aux UV et aux intempéries : bloque efficacement la pénétration des UV, protège l'EVA interne et les cellules et s'adapte aux environnements à haute température, humidité élevée et basse température.
Protection mécanique : améliore la résistance aux rayures et aux perforations du dos du module et protège la structure interne pendant le transport et l'installation.
Le cadre des modules PV adopte généralement des profilés en alliage d'aluminium anodisé, qui forment un cadre extérieur rigide grâce à une connexion par code d'angle.
Ses fonctions principales comprennent :
Amélioration structurelle : améliore la résistance globale à la flexion et à la pression du vent du module, empêchant ainsi la déformation et la rupture de la pièce laminée.
Protection des bords : protégez le bord en verre du module, réduisez le risque de collision et d'écaillage et améliorez la sécurité du transport et de la construction.
Installation facile : la conception standardisée du cadre peut s'adapter aux méthodes d'installation telles que les blocs de pressage et les fixations, permettant une fixation rapide du module sur le système de support.
Mise à la terre et conduction du courant : il peut réaliser la mise à la terre du module, réduire les dommages causés au module par la foudre et l'électricité statique et améliorer la sécurité du système.
La boîte de jonction est installée à l'extérieur de la feuille arrière du module, qui constitue l'interface de sortie électrique et le dispositif de protection du module PV, intégrant des diodes de dérivation à l'intérieur.
Ses principales fonctions sont :
Sortie d'énergie électrique : collectez l'énergie électrique CC générée par la chaîne de cellules et envoyez-la à l'onduleur via des câbles pour réaliser une connexion électrique.
Protection de dérivation : lorsque le module est partiellement ombragé, endommagé ou incompatible, la diode de dérivation conduit, évitant ainsi la surchauffe et les brûlures locales causées par « l'effet de point chaud » et assurant la sécurité du module.
Étanchéité et isolation : il a un niveau de protection élevé (généralement IP67 et supérieur), qui est étanche, anti-poussière et anti-fuite, s'adaptant aux environnements extérieurs difficiles.
Expansion de la connexion électrique : prend en charge la connexion en série de plusieurs modules, facilitant la formation de chaînes photovoltaïques et répondant aux exigences de conception de tension du système de la centrale électrique.
La performance globale des modules photovoltaïques n'est pas déterminée par un seul composant, mais par la synergie de tous les composants :
Le verre trempé et l'EVA déterminent ensemble le taux d'utilisation optique, affectant directement les performances de production d'énergie sous une lumière faible et forte ;
L'efficacité des cellules et la perte d'encapsulation déterminent la puissance nominale du module ;
L'étanchéité de l'EVA, de la feuille de fond et du cadre détermine la résistance aux intempéries et la capacité anti-atténuation à long terme ;
La conception de la boîte de jonction et de l’isolation détermine la sécurité et la fiabilité électriques ;
La conception structurelle globale détermine la résistance mécanique, l’adaptabilité de l’installation et l’adaptabilité environnementale.
Des défauts de matériaux ou un processus incontrôlable dans un seul lien peuvent entraîner des problèmes tels que le délaminage, le jaunissement, les fissures cachées, les points chauds et l'atténuation PID du module, réduisant ainsi considérablement sa durée de vie.
Les modules photovoltaïques conventionnels prennent des cellules de silicium cristallin comme noyau et forment un système fonctionnel complet composé de verre trempé, d'un film EVA, d'une feuille arrière, d'un cadre en alliage d'aluminium et d'une boîte de jonction. Chaque composant a une division claire du travail : les cellules solaires réalisent la conversion photoélectrique, le verre trempé et la feuille arrière assurent la protection de l'environnement, l'EVA complète l'encapsulation, la liaison et l'isolation, le cadre réalise le renforcement mécanique et la boîte de jonction assure la production électrique et la protection de sécurité.
Cette conception structurelle garantit non seulement une production d'énergie efficace, mais permet également d'obtenir une excellente résistance mécanique, des performances d'isolation et une fiabilité à long terme en extérieur, ce qui en fait la solution technique principale pour les applications actuelles de production d'énergie photovoltaïque. Avec l'itération continue de la technologie des cellules à haut rendement et des matériaux d'encapsulation, la structure du module sera continuellement optimisée, mais la composition du noyau et la logique fonctionnelle de base resteront stables pendant une longue période, ce qui joue un rôle de soutien important dans la promotion du développement à grande échelle et standardisé de l'industrie photovoltaïque.
