Fabrication Panneau Solaire : Procédés Expliqués

Entre avril et juin 2023 seulement, 50 000 installations en autoconsommation ont été mises en place et raccordées au réseau Enedis, montant désormais le nombre de producteurs individuels à plus de 325 000⁽¹⁾. Ces chiffres expriment clairement l’intérêt croissant des Français pour le solaire, et leur conscience des bénéfices écologiques et économiques de ce mode de production. 

Mais savez-vous concrètement comment est fabriqué un panneau solaire ? Quels sont les matériaux qui le composent, quelles sont les différentes étapes de sa construction ? Où sont produits les modules photovoltaïques, et par qui ?

Dans cet article, nous vous expliquons en détail tout ce qu’il faut savoir pour bien comprendre la fabrication d’un panneau solaire.

Points clés :

• L’élément clé dans la fabrication d’un panneau solaire est le silicium, issu du quartz ou du sable
• Un panneau solaire est constitué de silicium, de verre, de polymères, de cuivre, d’argent et d’aluminium
• Les principaux pays producteurs de panneaux solaires sont la Chine, les États-Unis, la France, l’Allemagne et la Corée du Sud

La composition d’un panneau solaire

Pour comprendre la fabrication d’un panneau solaire, il est d’abord nécessaire de connaître sa composition. Voici les différents éléments qui constituent un module photovoltaïque :

• Un cadre métallique en aluminium, qui assure la solidité et la stabilité du panneau
• Une jointure d’étanchéité en caoutchouc, qui permet d’éviter les infiltrations d’eau de pluie
• Un vitrage, c’est-à-dire une plaque de verre trempé destinée à protéger les cellules photovoltaïques des chocs extérieurs, des saletés et des intempéries
• Une couche d’encapsulant EVA (Éthylène-Acétate de Vinyle), qui apporte une protection supplémentaire contre l’humidité et la poussière
• Une matrice cellulaire, qui est un assemblage de 3 composants : les cellules solaires (qui captent la lumière du soleil et la transforment en électricité), les diodes by-pass (qui régulent le courant continu des cellules) et la grille conductrice (qui transporte le courant continu)
• Une feuille de fond en PVF (polyfluorure de vinyle), une membrane qui sert de film de protection
• Une boîte de dérivation en plastique
• Des câbles de sortie, qui assurent le raccordement du module au reste de l’installation
• Des connecteurs MC4 qui se clipsent à l’onduleur ou au micro-onduleur

Pour avoir plus de détails sur ces différents éléments, rendez-vous sur notre article dédié à la composition des panneaux solaires.

Le silicium : élément clé de la fabrication des panneaux solaires

Revenons une minute sur les cellules photovoltaïques, l’élément central d’un panneau solaire. Et plus précisément sur le matériau semi-conducteur qui les compose et qui rend possible l’effet photovoltaïque : le silicium.

Nous détaillerons un peu plus loin dans cet article d’où vient le silicium, mais pour le moment rappelons simplement qu’il est le composant des cellules photovoltaïques de 90 % des panneaux solaires disponibles aujourd’hui sur le marché, sous forme polycristalline ou monocristalline. 

Les matériaux utilisés et les terres rares

Les matériaux utilisés dans les panneaux solaires et leur provenance

En plus du silicium, qui représente environ 5 % d’un module, les panneaux solaires sont constitués des matériaux suivants :

• Du verre : 75 % à 80 % du panneau. Le verre trempé s’obtient en chauffant du verre à haute température afin de le renforcer. Le verre standard est quant à lui produit en mélangeant du sable fondu à plus de 1 700°C à différents additifs comme la chaux, la soude ou la potasse.
• Des polymères (autrement dit du plastique) : environ 10 % du module. Les polymères proviennent de l’assemblage de différents monomères, eux-mêmes issus du pétrole.
• De l’aluminium : approximativement 8 % du panneau. L’aluminium est produit essentiellement à partir de l’alumine, ou oxyde d’aluminium, contenu dans un minerai : la bauxite.
• Du cuivre et/ou de l’argent, issus de l’extraction minière.

L’utilisation des terres rares dans la fabrication des panneaux solaires

Dissipons immédiatement tout malentendu : les panneaux solaires actuellement présents sur le marché ne contiennent pas de terres rares. Un fait confirmé par une fiche technique⁽³⁾ publiée par l’ADEME (Agence De l’Environnement et de la Maîtrise de l’Énergie) en 2019.

Cette association infondée entre terres rares et panneaux solaires provient probablement de deux points de confusion :

• L’utilisation des terres rares dans la fabrication d’éoliennes (essentiellement pour l’éolien de mer).
• L’utilisation de gallium, d’indium et de sélénium dans les cellules photovoltaïques en couches minces, ou cellules CGIS. Ces métaux ne font toutefois pas partie de la famille des terres rares.

Les étapes de la fabrication d’un panneau solaire

La provenance du silicium

Comme nous l’avons évoqué précédemment, environ 90 % des modules actuellement présents sur le marché contiennent des cellules composées de silicium.

Cet élément clé dans la fabrication de panneaux solaires n’existe pas à l’état naturel. Il s’agit en réalité de quartz ou de sable chauffé à haute température et combiné à du carbone. La grande majorité de ce matériau provient de Chine, qui produit aujourd’hui plus de 70 % du silicium utilisé à travers le monde.

La transformation du silicium en wafers

Comme nous l’avons brièvement expliqué, une étape métallurgique est nécessaire pour la fabrication du silicium. Il est conçu grâce à un procédé dit « de réduction » à très haute température, qui consiste à mélanger de la silice (morceaux de quartz ou sable) et du bois. Ce mix est ensuite chauffé à une température avoisinant les 1 700°C, puis purifié à plus de 99 %. 

Mais ceci n’est que la première étape de la transformation : en effet, les cristaux de silicium solaire obtenus après le procédé de réduction ne sont pas utilisables en l’état.

Ils doivent à nouveau être chauffés à près de 1 450°C afin d’être transformés en lingots de silicium qui, après avoir été refroidis, sont découpés en fines tranches et mis en forme monocristalline ou polycristalline. 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. C’est ce qu’on appelle des « wafers ». 

Le traitement chimique du silicium

Le processus de fabrication des panneaux solaires se poursuit par une phase dite « de traitement ». Les wafers y subissent un traitement antireflet afin d’optimiser la quantité de lumière possiblement absorbée. Il s’agit ici de creuser la surface du futur panneau d’une multitude de petites pyramides, qui permettent d’absorber plus de lumière. 

Du phosphore à très haute température (ou du bore) est ensuite déposé sur la face avant du panneau. 

Mise en place d’un circuit imprimé sur la surface du panneau

L’étape suivante consiste à imprimer un circuit électrique sur la surface du panneau. C’est grâce à celui-ci que les cellules exposées à la lumière du soleil pourront produire du courant et le transférer à votre installation domestique.

Connexion des cellules photovoltaïques

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 polymères, avant de les encadrer par de l’aluminium.

Ajout d’un boitier de jonction au dos du panneau solaire

Pour finir la fabrication et l’assemblage du module, il ne reste plus qu’à ajouter sur sa face arrière une boîte de jonction. C’est celui-ci qui permet le raccordement du panneau à l’onduleur central (ou le micro-onduleur), qui transforme le courant continu en courant alternatif directement utilisable pour alimenter vos appareils électriques.

Quels sont les différents types de cellules photovoltaïques ?

Il existe trois types de cellules photovoltaïques, que nous allons à présent détailler : les cellules monocristallines, les cellules polycristallines et les cellules amorphes.

Cellules photovoltaïques monocristallines

Comme leur nom l’indique, les panneaux monocristallins sont constitués de cellules résultant de la découpe d’un bloc de silicium unique, autrement dit formé d’un seul cristal, qui prend la forme d’un gros cylindre homogène noir ou bleu très foncé. C’est d’ailleurs à cette teinte caractéristique qu’on reconnaît ce type de panneaux solaires. Aucun rainurage n’est visible 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 bien meilleur rendement que les autres modules, généralement supérieur à 20%. Cette productivité les rend plus performants, notamment dans les régions disposant d’un faible ensoleillement. Ils captent par ailleurs le soleil 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 est sensiblement plus cher à l’achat, bien qu’il reste plus rentable sur le long terme.

Cellules photovoltaïques polycristallines

Les panneaux polycristallins sont quant à eux composés de multiples cristaux de silicium. Ils sont produits à partir de chutes de morceaux de silicium fondues, refroidies et assemblées ensemble. Ce processus donne aux panneaux polycristallins un aspect hétérogène et bleuté.  

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 existe une contrepartie à cet avantage, à savoir un rendement moins performant : entre 14 % et 18 % en moyenne.

Cellules au silicium amorphe

Il existe une dernière typologie de cellules au silicium, moins répandue et moins efficace que les précédentes : les cellules au silicium amorphe. Les panneaux construits avec cette technologie offrent des rendements compris entre 5 % et 7 % seulement.

Ils présentent cependant deux avantages notables. D’une part, leur procédé de fabrication est particulièrement économe : il ne réclame que 1 % de la quantité de silicium nécessaire à la production d’un panneau monocristallin ou polycristallin. D’autre part, les panneaux au silicium amorphe peuvent produire de l’électricité à partir d’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 à cause de leur faible productivité, 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 ?

Il est indéniable que la Chine a une avance considérable en matière de production de panneaux solaires. Toutefois, d’autres nations ont fortement développé leur industrie photovoltaïque lors des deux dernières décennies, notamment la France.

Les lieux de fabrication de panneaux solaires en France

Ces dernières années, la France a mis un coup de boost au développement de la fabrication des panneaux solaires sur son sol. On peut notamment citer l’exemple de l’entreprise DualSun, dont les panneaux sont conçus à Marseille et fabriqués dans l’Ain pour une partie. 

D’autres constructeurs français se sont fait une place sur le marché des panneaux photovoltaïques  : Voltec Solar par exemple, qui produit ses panneaux en Alsace, ou encore Systovi, basée à Nantes. Des entreprises étrangères installent également des sites de production dans l’hexagone, comme l’américain Sunpower qui s’est établi en Moselle et à Toulouse. 

Le photovoltaïque est donc plus que jamais un secteur industriel en plein essor sur le territoire français.

Les pays qui fabriquent le plus de panneaux solaires

La Chine est sans contexte le chef de file des concepteurs mondiaux de panneaux photovoltaïques. Elle rassemble à elle seule 9 des 10 plus importants fabricants de modules solaires, et 70 % du total des producteurs dans le monde.

Les États-Unis arrivent loin derrière, suivis de près par l’Allemagne, la Corée du Sud et, comme nous l’avons évoqué précédemment, la France.

Les principaux fabricants de panneaux solaires

Les fabricants de panneaux solaires français

Dualsun

Créée en 2010 et basée à Marseille, DualSun construit 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. La puissance de leurs modules, qui dépasse régulièrement les 400 Wc, fait partie de leur marque de fabrique.

MKSun

Le constructeur français MKSun se distingue par son offre de panneaux photovoltaïques à petit prix, mais d’excellente qualité. Le panneau MKSun 410 Wc monocristallin en est un parfait exemple, avec sa production 5 à 10 % supérieure à un panneau classique et son tarif avantageux.

Voltec Solar 

Les panneaux Voltec Solar sont produits en Alsace et proposés à la vente dans le Grand Est de la France. Ils sont notamment reconnus pour leur garantie de performance élevée, pouvant aller jusqu’à 87 % pendant 25 ans.

Systovi

Basée près de Nantes et apparue sur le marché du panneau solaire en 2008, Systovi est particulièrement réputée pour ses modules thermiques et aérovoltaïques. Bien entendu, elle propose également des panneaux photovoltaïques de très bonne facture.

Les fabricants de panneaux solaires étrangers

JA Solar

Créée en 2005, la marque chinoise est aujourd’hui le n°2 mondial du secteur photovoltaïque, notamment grâce un excellent rapport qualité/prix sur l’ensemble de sa gamme.

Sunpower

Le géant américain Sunpower propose quant à lui des panneaux très haut de gamme, notamment le Sunpower 410 WC monocristallin, considéré comme le plus durable du marché.

AE Solar

Présent depuis 2003, le fabricant allemand AE Solar est spécialisé dans l’innovation et le développement de performances élevées, notamment grâce à des process de fabrication privilégiant des technologies de pointe et des matériaux de haute qualité.

Caractéristiques générales d’un panneau solaire

Si les panneaux solaires sont tous différents, certaines caractéristiques générales peuvent tout de même être établies.

Ainsi, ils sont d’une taille relativement homogène : environ 1,7 m² (1,7 m x 1 m), pour un poids moyen de 18 kg. Par ailleurs, leur durée de vie peut aller jusqu’à 50 ans, et près de 95 % de leurs composants sont entièrement recyclables.

L’impact environnemental de la fabrication des panneaux solaires

La fabrication d’un panneau solaire pollue-t-elle ? 

Comme tout procédé industriel, l’extraction minière des matières premières, leur transformation et le processus de fabrication des panneaux solaires provoquent des émissions de CO₂.

L’empreinte carbone des modules photovoltaïques est cependant contrebalancée par leur utilisation, qui ne génère quasiment aucune pollution et qui permet de produire pendant plusieurs décennies une électricité propre et renouvelable.

La fin de vie et le recyclage d’un panneau solaire

La fin de vie d’un panneau solaire participe également à son empreinte carbone, lors de sa collecte et de son traitement en usine de recyclage. Mais la très haute recyclabilité d’un module photovoltaïque permet de limiter grandement son impact sur l’environnement, comparé aux produits usagers qui finissent incinérés ou enterrés.

Est-il possible de fabriquer un panneau solaire soi-même ?

Il existe sur Internet de nombreux tutoriels pour fabriquer vous-même vos panneaux solaires. Il vous faudra toutefois acheter les cellules photovoltaïques ainsi que différents éléments (câblage, régulateur de charge, etc.) et disposer de solides compétences en bricolage !

Nous ne recommandons pas, dans la majorité des cas, de construire vous-même vos modules solaires. En effet, la moindre imperfection de fabrication peut rapidement entraîner des risques de dysfonctionnement ayant un impact direct sur l’efficacité et la sécurité de votre installation électrique.

Si vous souhaitez limiter le montant de votre investissement tout en vous assurant une centrale photovoltaïque performante et sécurisée, la meilleure option est selon nous d’investir dans un kit solaire prêt à installer.

Conclusion

Extraction du silicium, transformation de ce dernier en cellules photovoltaïques, traitements pour optimiser leur capacité à capter le rayonnement solaire, assemblage… Ces étapes de fabrication d’un panneau solaire demandent un véritable savoir-faire, et le choix du constructeur est un critère déterminant dans la préparation de votre projet photovoltaïque.

C’est pourquoi, chez Mon Kit Solaire, nous sélectionnons rigoureusement les marques et les modèles de panneaux solaires que nous vous proposons, afin de vous garantir une installation photovoltaïque rentable et durable.
Pour plus d’informations sur la fabrication de panneaux solaires et pour bénéficier de conseils personnalisés, n’hésitez pas à prendre contact avec nos équipes d’experts !