L’objectif de Seamless-PV est de développer des équipements de fabrication de pointe, des procédés innovants et des stratégies de numérisation, en se concentrant sur le laminage « verre-verre » ainsi que sur des technologies légères à base de matériaux composites et de polymères.
En tenant compte des environnements industriels réels, ainsi que des diverses demandes et opportunités du marché, Seamless-PV a mis en place six lignes pilotes et 11 démonstrateurs IPV à travers l’Europe, répartis entre des applications liées aux écrans antibruit, au bâtiment, aux véhicules électriques et à l’agriculture.
La machine flexible de pré-laminage : une avancée pour le photovoltaïque intégré (IPV)
Les avancées issues de la collaboration entre le CEA et Mondragon Assembly, ont permis de réaliser un démonstrateur crucial : la machine flexible de pré-laminage en ligne. La nécessité technique passe par le laminage en deux phases. La fabrication de modules photovoltaïques intégrés nécessite des solutions hautement personnalisées, difficiles à produire en série. Le démonstrateur a été conçu pour améliorer les capacités de production en introduisant un procédé en deux phases :
- Phase 1 (Pré-laminage) : La machine crée des pré-laminés photovoltaïques ou des chaînes de cellules pré-encapsulées. Il s’agit de composants intermédiaires.
- Phase 2 (Intégration finale) : Les pré-laminés sont prêts pour une intégration ultérieure ou un laminage final sur une grande variété de supports et de formes.
Cette segmentation du procédé vise à accroître la flexibilité dans la production de modules photovoltaïques destinés à être intégrés dans l’environnement bâti ou toute autre application adaptée.
Innovation dans la conception : un prototype inédit
Ce prototype de pré-laminage, un équipement conçu pour offrir une grande flexibilité, constitue une première dans le domaine de la production de systèmes photovoltaïques flexibles.
- Inspiration de conception : L’outil s’inspire des techniques « roll-to-roll » (procédés en continu par rouleaux), typiques de l’industrie des polymères, mais a été adapté pour traiter des matériaux plus massifs, tels que les cellules solaires en silicium cristallin.
- Principe de fonctionnement : Afin de garantir la stabilité de l’empilement des cellules durant le processus, un mécanisme spécifique a été mis en Å“uvre : le rouleau se déplace tandis que l’empilement reste fixe.
- Matériaux et dimensions : L’équipement traite des chaînes (« strings ») de cellules solaires en silicium cristallin, laminées avec divers films d’encapsulation. Il permet de traiter des chaînes d’une longueur supérieure à 1 mètre.
- Systèmes de chauffage : Trois sources de chaleur distinctes (par rayonnement ou par conduction) ont été intégrées, avec un contrôle indépendant via des commandes dédiées sur l’interface homme-machine (IHM).
- Interface homme-machine (IHM) : Une interface tactile permet aux opérateurs de créer des « recettes » afin de piloter automatiquement le déplacement du rouleau, sa vitesse, la pression appliquée, ainsi que les différents systèmes de chauffage.
- Sécurité : Bien qu’il s’agisse d’un prototype à commande manuelle, plusieurs dispositifs de sécurité ont été intégrés. L’outil est conforme aux exigences du marquage CE (selon une procédure d’auto-évaluation), garantissant son utilisation par du personnel qualifié.
Développement et mise en œuvre
L’outil a été conçu, assemblé et raccordé (électricité, air comprimé) au sein de l’atelier MASS, en Espagne. Des essais préliminaires ont permis d’évaluer sa conformité ainsi que la disponibilité d’une puissance et d’un contrôle suffisants pour réaliser les premiers pré-laminés. Par la suite, la machine a été installée au laboratoire de R&D du CEA, en France. Les chercheurs du CEA ont défini et optimisé le procédé de pré-laminage, en étudiant la sensibilité des résultats aux consignes de température des trois sources de chauffage. Différents matériaux d’encapsulation ont été évalués afin de permettre une production stable et efficace. Plusieurs dizaines d’échantillons ont été réalisés et un protocole opératoire a été défini pour les matériaux initiaux, consolidant ainsi la capacité du CEA à mener des essais sur cet équipement entièrement dédié à la production de modules photovoltaïques (PV) flexibles. Bien que la machine soit compatible, tant par sa conception que par son logiciel d’interface homme-machine (IHM), avec une ligne industrielle de connexion de cellules (fournie par Mondragon Assembly), les opérations de chargement et de déchargement demeurent manuelles dans la phase actuelle de prototypage ; en effet, la priorité est donnée à la maîtrise du procédé plutôt qu’à l’augmentation de la productivité. Les pré-stratifiés ont été intégrés dans des modules photovoltaïques finis, présentant des structures de type « verre/verre » ou « verre/feuille arrière » (backsheet). Des essais de vieillissement ont été réalisés avec succès, conformément aux normes CEI.
