Structure des panneaux solaires : analyse détaillée des 6 composants clés et de leur rôle

Les panneaux solaires ne sont pas des éléments fonctionnels isolés, mais des modules constitués de plusieurs unités structurelles. Chaque composant remplit une fonction spécifique en matière de protection optique, de conversion de l’énergie, de support mécanique et de connexion électrique. La puissance et le rendement sont souvent les indicateurs les plus directs pour évaluer les performances d’un panneau photovoltaïque, mais la conception structurelle joue également un rôle déterminant dans la stabilité et la cohérence du fonctionnement en conditions réelles. Comprendre ces bases structurelles permet d’établir des critères d’analyse plus clairs lors des comparaisons techniques ultérieures.

Sommaire

1. Structure optique et de protection
2. Unité de conversion de l’énergie
3. Structure de support mécanique et de fixation
4. Structure de connexion électrique et de sécurité

1. Structure optique et de protection

La structure optique et de protection est l’unité du panneau solaire chargée de la gestion de la lumière incidente et de l’isolation vis-à-vis de l’environnement extérieur. Située sur la couche la plus externe du module, elle est la première à subir l’impact des conditions environnementales. Bien qu’elle ne participe pas directement à la conversion de l’énergie, son niveau de conception influence directement l’utilisation de la lumière, la sécurité mécanique et la régularité du fonctionnement à long terme, des éléments essentiels dans la composition d’un panneau photovoltaïque.

D’un point de vue structurel, cette partie comprend principalement les deux composants clés suivants :

1.1 Verre frontal

Le verre frontal est situé sur la face externe du module. Il constitue la première interface traversée par la lumière et assure en parallèle la protection mécanique des structures internes. Ses fonctions principales sont les suivantes :

• Assurer la transmission optique : la transmission lumineuse d’un verre trempé standard est généralement d’environ 91,5 %, tandis que celle d’un verre photovoltaïque traité antireflet peut atteindre environ 93,5 %. En fonctionnement à long terme, cette différence se traduit de manière continue sur le niveau de production électrique.
• Utilisation efficace du spectre solaire : le verre photovoltaïque couvre efficacement la bande principale du rayonnement solaire, environ 380–1100 nm, et réfléchit une partie du rayonnement infrarouge, contribuant ainsi à limiter l’absorption thermique inutile sous forte irradiation.
• Capacité de protection mécanique : un verre photovoltaïque entièrement trempé de 3,2 mm peut résister à l’impact d’une bille d’acier d’environ 1 kg lâchée d’une hauteur de 1 m, ainsi qu’à des charges de grêle d’un diamètre d’environ 2,5 mm, offrant une base de protection mécanique indispensable face au vent, à la grêle et aux conditions météorologiques extrêmes.

Dans les applications réelles, la conception du verre frontal doit trouver un équilibre entre performances de transmission lumineuse et capacité de protection. Sa stabilité est directement liée au comportement opérationnel du module sous différents climats, ce qui constitue un critère important dans l’évaluation de la structure des panneaux solaires.

1.2 Matériaux d’encapsulation (EVA / POE / EPE)

Les matériaux d’encapsulation sont situés entre le verre frontal et les cellules solaires. Leur rôle principal n’est pas d’améliorer les performances optiques, mais de maintenir la stabilité de la structure interne du module sur le long terme. D’un point de vue fonctionnel, leurs apports clés se manifestent principalement par :

• Fixation et positionnement des cellules : après le processus de laminage, la couche d’encapsulation stabilise la position des cellules et évite les déplacements structurels liés à la dilatation thermique ou aux sollicitations mécaniques lors du transport, de l’installation et de l’exploitation, ce qui permet de préserver une répartition homogène des contraintes internes.
• Amortissement des contraintes mécaniques et thermiques : en cas de fortes amplitudes thermiques jour-nuit ou de fonctionnement à haute température, les matériaux d’encapsulation absorbent une partie des contraintes, limitant leur transmission directe aux cellules et aux rubans de soudure.
• Isolation environnementale et soutien à l’isolation électrique : associés au verre frontal, ils participent au système d’isolation du module, réduisant la pénétration de l’humidité et d’autres facteurs externes, et offrant aux cellules un environnement de fonctionnement relativement stable.

Dans la structure réelle d’un panneau photovoltaïque, le choix du matériau d’encapsulation est généralement lié au type de cellule et à la configuration du module. Par exemple, les modules monoverre traditionnels à cellules de type P utilisent le plus souvent l’EVA, tandis que les cellules de type N et les modules à double verre recourent plus fréquemment au POE ou à des solutions composites EPE. Les différentes options présentent des écarts en termes de résistance à l’humidité et à la chaleur, de barrière à la vapeur d’eau et de stabilité de l’isolation à long terme. Le choix dépend donc davantage de la conception structurelle et des conditions d’exploitation que d’un simple critère de performance matériau.

2. Unité de conversion de l’énergie

L’unité de conversion de l’énergie est la structure centrale du panneau solaire chargée de transformer l’énergie lumineuse incidente en énergie électrique. Ses performances déterminent directement le niveau de production du module en conditions de fonctionnement réelles.

2.1 Cellules solaires

En tant qu’unités de base de la conversion photoélectrique, la taille des cellules, leur mode de découpe et leur disposition dans le module influencent fortement la distribution du courant et le comportement opérationnel réel.

Sur le plan technologique, les cellules utilisées dans les principaux panneaux photovoltaïques actuels se répartissent essentiellement entre cellules de type P et de type N. Avec l’augmentation des exigences en matière de rendement et de stabilité à long terme, les cellules de type N occupent désormais une part plus importante des nouvelles capacités de production et des modules grand public, tandis que les cellules de type P restent utilisées en parallèle dans certains contextes d’application.

Du point de vue de la conception structurelle du module, la forme des cellules ne se limite plus au format plein. Elle évolue progressivement vers des solutions segmentées afin d’optimiser les performances en conditions réelles :

• Cellules half-cut : cette structure consiste à diviser une cellule complète en deux parties, réduisant l’intensité du courant sur chaque trajet électrique et, par conséquent, les pertes résistives internes. Elle est devenue une configuration courante des modules actuels et améliore la stabilité de production sous forte irradiation ou en cas d’ombrage partiel.
• Cellules 1/3-cut : sur la base du concept half-cut, la découpe en trois parties permet de réduire encore l’intensité du courant par trajet et d’en améliorer l’uniformité. Dans des conditions d’exploitation complexes, elle contribue à une meilleure stabilité de sortie et est progressivement adoptée dans les modules de forte puissance ces dernières années.

Du point de vue de l’évolution structurelle, la segmentation des cellules ne vise pas uniquement l’augmentation du rendement nominal. Elle s’inscrit davantage dans une logique de réduction des pertes en fonctionnement, d’amélioration de la gestion thermique et de renforcement de la cohérence de la production réelle.

3. Structure de support mécanique et de fixation

La structure de support mécanique et de fixation est l’unité du panneau solaire chargée de supporter les composants internes, de maintenir la forme globale du module et de résister aux charges mécaniques externes. Bien qu’elle ne participe pas directement au processus de production d’électricité, la pertinence de sa conception conditionne directement la stabilité structurelle et la fiabilité du module lors du transport, de l’installation et de l’exploitation à long terme.

Du point de vue de la structure des panneaux solaires, cette partie est principalement composée du backsheet ou du verre arrière, ainsi que de la structure de cadre. Ces deux éléments assurent conjointement la répartition des efforts mécaniques, le maintien de la forme du module et son adaptation à l’environnement extérieur.

3.1 Backsheet / verre arrière : couche de base pour le support structurel et l’isolation environnementale

Le backsheet ou le verre arrière est situé à l’arrière du module. Il constitue la couche structurelle clé qui soutient l’empilement laminé interne et garantit la stabilité globale du panneau. Les différences de conception entre ces deux solutions influencent directement la rigidité du module, sa capacité d’adaptation environnementale et ses domaines d’application.

• Dans les modules simple verre, le backsheet assure principalement le support structurel et l’isolation environnementale. Ce type de structure est plus léger dans son ensemble et convient mieux aux projets présentant des contraintes strictes de charge sur toiture et des exigences élevées en matière de flexibilité d’installation. Il est donc largement utilisé dans des applications commerciales et industrielles courantes, ainsi que sur certains toits.
• Dans les modules double verre, le verre arrière et le verre frontal forment une structure symétrique, conférant au module une rigidité globale plus élevée et contribuant à une meilleure cohérence structurelle sur le long terme. Grâce à la durabilité et à la stabilité intrinsèques du verre, cette configuration est particulièrement adaptée aux environnements à forte humidité, corrosifs ou aux applications exigeant une fiabilité élevée à long terme.

Du point de vue du choix structurel, le backsheet met davantage l’accent sur la légèreté et l’adaptabilité à l’installation, tandis que le verre arrière privilégie la stabilité structurelle et la résistance aux conditions environnementales. Il n’existe pas de solution intrinsèquement supérieure : l’adéquation dépend avant tout du type de projet, des conditions d’installation et des exigences de stabilité en exploitation à long terme.

3.2 Structure du cadre : élément clé de la rigidité globale et de l’adaptabilité à l’installation

La structure du cadre est située sur le pourtour du module. Elle constitue l’interface essentielle entre la structure laminée interne et le système de montage externe. Sa conception influence directement la rigidité globale du panneau, la protection des bords et la compatibilité avec les systèmes d’installation.

Une structure de cadre bien conçue permet généralement de :

• maintenir la stabilité de la forme du module sous l’effet prolongé des charges de vent et de neige ;
• répartir les contraintes mécaniques générées lors de l’installation et de l’exploitation, en évitant les concentrations de stress au niveau des bords de la structure laminée ;
• assurer une adaptation stable à différents types de systèmes de montage, améliorant la cohérence de l’installation et la stabilité du maintien à long terme.

D’un point de vue technique, il n’existe pas de standard unique pour la structure du cadre. L’enjeu principal réside dans la capacité à trouver un équilibre entre résistance mécanique, poids global et compatibilité avec le système de montage. Le niveau atteint dans cet équilibre conditionne directement la sécurité structurelle du module sur la durée.

4. Structure de connexion électrique et de sécurité

La structure de connexion électrique et de sécurité est l’unité fonctionnelle du panneau solaire chargée de la collecte de l’énergie, de sa sortie vers le système et de la protection électrique de base. Bien qu’elle n’influence ni les performances optiques ni les performances mécaniques du module, elle constitue en pratique un élément déterminant pour définir les limites de risque de l’ensemble du système.

4.1 Boîte de jonction : point clé pour la sortie d’énergie et la sécurité du système

La boîte de jonction (J-Box) est située à l’arrière du module. Elle représente le point de connexion électrique entre les circuits internes du panneau solaire et le système externe. Ses fonctions principales comprennent :

• La collecte et la sortie de l’énergie électrique : grâce à une conception interne de regroupement des courants, elle permet d’acheminer de manière ordonnée le courant produit par les cellules et de former une interface de sortie stable du module ;
• La protection électrique de base : en cas de conditions de fonctionnement anormales, elle assure une certaine isolation et protection des circuits internes, limitant la propagation des risques électriques vers le reste du système ;
• La limitation de l’impact des anomalies locales : au moyen de dispositifs de dérivation internes, elle réduit l’influence des ombrages ou des défaillances locales sur le fonctionnement global du module.

Les structures de connexion électrique sont souvent sous-estimées. Pourtant, en cas de défaillance, leurs conséquences sont généralement plus systémiques. Comprendre le positionnement structurel de la boîte de jonction au sein du module permet d’évaluer de manière plus complète le niveau de risque global sur le long terme.

Les panneaux solaires résultent de l’interaction de multiples unités structurelles, chacune assumant une fonction spécifique. Les choix effectués lors de la conception de ces structures se reflètent inévitablement dans les performances réelles du module. Lors des évaluations pratiques, la puissance et le rendement sont souvent les indicateurs les plus immédiats, mais ils ne décrivent pas entièrement le comportement du module dans différents contextes d’application.

Comprendre la structure de base du module permet d’établir une logique d’analyse plus claire lors de la comparaison de solutions technologiques différentes, et d’éviter des décisions fondées uniquement sur des paramètres superficiels. Ce n’est qu’en intégrant cette compréhension aux scénarios d’application concrets et aux exigences du système que les discussions de sélection prennent une réelle pertinence opérationnelle.

Maysun Solar opère sur le marché européen en proposant aux grossistes, distributeurs et partenaires de projets des modules photovoltaïques basés sur différentes technologies de cellules, dont IBC, TOPCon et HJT, adaptés aux applications commerciales et industrielles. Lors de la sélection et de la fourniture des modules, l’accent est mis sur l’adéquation structurelle, la stabilité en exploitation et les performances réelles, afin de soutenir des décisions fondées sur des critères techniques et d’ingénierie.

Lectures recommandées :