La protection contre l’humidité, la performance d’étanchéité à long terme et la régularité du processus de fabrication sont des éléments essentiels dans la conception des modules photovoltaïques. Dans certaines architectures PV, un ruban butyle ou un matériau d’étanchéité à base de polyisobutylène (PIB) peut être utilisé comme barrière contre l’humidité ou comme couche d’étanchéité comprimée.
La spécification d’un ruban butyle pour la production photovoltaïque ne doit toutefois pas se limiter à choisir un matériau en fonction de son adhérence ou d’une affirmation générique telle que « étanche ».
La fonction du matériau dans l’architecture du module doit d’abord être clairement définie.
Selon le design, un matériau butyle ou PIB peut être utilisé comme :
- barrière contre l’humidité en périphérie du laminé,
- joint d’étanchéité comprimé au niveau du cadre,
- joint périphérique de boîtier,
- ou autre composant d’étanchéité spécifiquement défini.
Ces fonctions ne doivent pas être automatiquement assimilées à un collage structurel, à la fixation d’une boîte de jonction, à une isolation électrique ou à un encapsulage.
Pour les fabricants de modules PV, concepteurs et fournisseurs de composants, le principe essentiel est donc :
Définir d’abord la fonction d’étanchéité, puis qualifier le matériau dans l’assemblage réel de production.
Pourquoi les matériaux butyle et PIB sont utilisés dans les modules photovoltaïques
Les matériaux à base de butyle et de PIB présentent un intérêt pour les applications photovoltaïques car ils peuvent être formulés sous forme de matériaux préformés, non réticulants, capables de maintenir le contact entre les surfaces assemblées.
Dans un laminé photovoltaïque verre-verre, par exemple, un joint périphérique en PIB peut augmenter la longueur du chemin de diffusion de l’humidité autour du module.
Dans les modules encadrés ou les boîtiers, un ruban comprimé peut également contribuer à réaliser un joint résistant aux intempéries lorsque la conception mécanique assure une compression suffisante et contrôlée.
Cependant, les performances finales dépendent de nombreux paramètres autres que le ruban lui-même.
Parmi les principaux paramètres :
- type de verre et de revêtement,
- traitement de surface de l’aluminium,
- chimie du backsheet,
- polymère du boîtier,
- géométrie du joint,
- épaisseur du ruban,
- niveau de compression,
- température de service,
- propreté des substrats,
- pression d’assemblage,
- conception des angles et raccords,
- et régularité du processus de production.
La sélection du matériau doit donc toujours être liée au design final du module et au procédé industriel.
Joint de bord PV, joint de cadre ou joint de boîte de jonction ?
Une étape essentielle de tout projet d’étanchéité photovoltaïque consiste à distinguer clairement les différentes fonctions d’étanchéité et de collage.
- Étanchéité des bords du laminé photovoltaïque
Dans certaines architectures de modules, un joint périphérique à base de PIB peut être intégré autour du laminé afin de réduire la pénétration de l’humidité.
Lors de la spécification, il convient notamment de prendre en compte :
- la géométrie du chemin de barrière,
- l’épaisseur du ruban,
- la continuité dans les angles,
- la conception des raccords,
- la compression,
- l’adhérence après vieillissement,
- et, le cas échéant, la capacité dessiccante.
Les valeurs de transmission de vapeur d’eau peuvent aider à évaluer le matériau, mais une seule valeur MVTR ou WVTR ne doit pas constituer le seul critère de sélection.
La température d’essai, l’humidité relative, l’épaisseur de l’échantillon, la surface exposée, le traitement des bords et le conditionnement peuvent fortement influencer les résultats.
- Étanchéité du cadre d’un module solaire
Le ruban butyle peut également être utilisé comme couche d’appui ou joint contre les intempéries entre différents composants du module photovoltaïque.
Avant spécification, il convient de déterminer si le matériau assure uniquement l’étanchéité environnementale ou si l’assemblage est également soumis à des charges mécaniques.
En présence de mouvements ou de charges, d’autres facteurs deviennent importants :
- fluage à chaud,
- cisaillement sous charge prolongée,
- mouvements dimensionnels,
- extrusion du matériau,
- drainage,
- bords de ruban exposés,
- et adhérence à long terme sur les substrats réels de production.
Un ruban d’étanchéité ne doit pas être considéré automatiquement comme un adhésif structurel.
- Étanchéité et fixation des boîtes de jonction
Pour les boîtes de jonction photovoltaïques, il est particulièrement important de distinguer les différentes fonctions.
La fixation permanente, l’étanchéité périphérique et l’encapsulage interne constituent des fonctions techniques distinctes.
Un matériau adapté à l’étanchéité périphérique n’est pas automatiquement adapté à la fixation structurelle de la boîte.
La qualification doit notamment prendre en compte :
- la masse de la boîte,
- les charges exercées par les câbles,
- l’adhérence au verre ou au backsheet,
- la compatibilité avec le polymère du boîtier,
- l’exposition à la température,
- les charges mécaniques prolongées,
- les exigences diélectriques,
- le conditionnement en atmosphère humide,
- et les essais du boîtier complet.
Pourquoi l’expression « ruban butyle IP68 » peut être trompeuse
Un indice IP selon IEC 60529 s’applique à un boîtier complet soumis à un essai, et non à un rouleau de ruban.
Une affirmation telle que « ruban butyle IP68 » doit donc être utilisée avec prudence.
Une formulation techniquement correcte devrait généralement faire référence à une conception de boîtier spécifique ayant réussi les essais correspondants en utilisant ce ruban comme l’un des composants du système.
Le même principe s’applique aux expressions marketing telles que :
- « qualité PV »,
- « étanche »,
- « résistant aux UV »,
- « isolant électrique »,
- « durée de vie de 25 ans »,
- ou « sans maintenance ».
Dans une spécification B2B professionnelle, ces déclarations doivent être étayées par des méthodes d’essai, des conditions, une géométrie d’échantillon et des critères d’acceptation clairement définis.
Comment évaluer les performances de barrière contre l’humidité
La résistance à la pénétration de l’humidité est l’une des principales raisons pour lesquelles les matériaux à base de PIB sont envisagés pour l’étanchéité périphérique des modules photovoltaïques.
La comparaison des données fournisseurs exige toutefois de la prudence.
Une valeur de perméabilité mesurée à une température donnée ne doit pas être directement comparée à une valeur obtenue dans des conditions différentes si tous les paramètres de l’essai ne sont pas équivalents.
Pour une évaluation technique pertinente, il convient de demander des informations concernant :
- la méthode MVTR ou WVTR,
- l’épaisseur de l’échantillon,
- la température d’essai,
- le gradient d’humidité relative,
- la surface exposée,
- le traitement des bords,
- la procédure de conditionnement,
- et la méthode de présentation des résultats.
Les fiches techniques fournisseurs sont utiles pour une présélection, mais ne remplacent pas la validation spécifique à l’application.
La qualification doit porter sur l’assemblage photovoltaïque complet
Dans la production industrielle de modules PV, la qualification doit évoluer progressivement des essais matériau vers la validation de l’assemblage complet.
Commencer par les substrats réels de production
Les premiers essais doivent utiliser les mêmes substrats que ceux prévus en série, par exemple :
- verre solaire,
- verre revêtu,
- aluminium anodisé,
- backsheets,
- polymères de boîtes de jonction,
- primaires,
- et systèmes de nettoyage.
Les conditions de mise en œuvre doivent également représenter le procédé réel, notamment l’épaisseur du ruban, la pression d’application, le temps de repos, la contamination et la température.
Évaluer les performances mécaniques
Selon la fonction prévue, des essais tels que les suivants peuvent être utiles :
- adhérence au pelage,
- résistance à l’arrachement,
- cisaillement sous charge soutenue,
- et fluage aux températures minimale, ambiante et maximale prévues.
Le mode de rupture doit également être enregistré.
Déterminer si la rupture est cohésive dans le matériau, adhésive à l’interface ou située dans le substrat peut être aussi important que la valeur numérique de la force.
Valider la durabilité environnementale
Après les essais sur éprouvettes, la qualification doit se poursuivre sur des mini-modules puis sur des assemblages complets.
Selon la conception et le programme de qualification applicable, les essais peuvent comprendre :
- damp heat,
- cycles thermiques,
- humidity-freeze,
- vieillissement UV,
- charges mécaniques,
- essais de sécurité électrique,
- essais d’isolation,
- et essais de boîtier.
L’objectif n’est pas simplement de démontrer que le ruban fonctionne correctement isolément, mais que l’assemblage photovoltaïque complet conserve les performances prévues après les sollicitations environnementales et mécaniques pertinentes.
Normes IEC pertinentes pour les projets d’étanchéité PV
Plusieurs normes IEC peuvent être pertinentes lors de la qualification des modules photovoltaïques et de leurs composants.
IEC TS 62788-5-2:2020 traite de l’évaluation de la durabilité des joints périphériques PV et distingue cette fonction de celle des adhésifs de cadre.
IEC 62790:2020 couvre la construction et les essais de sécurité des boîtes de jonction pour modules photovoltaïques.
IEC 61215-1:2021 et IEC 61215-2:2021 concernent la qualification de conception des modules photovoltaïques et les procédures d’essai associées.
IEC 61730-1:2023 et IEC 61730-2:2023 concernent la construction et les essais de sécurité des modules photovoltaïques.
Il est essentiel de comprendre correctement ce que signifie une qualification.
La réussite d’un programme IEC s’applique à la construction documentée du module et à la configuration effectivement testée. Elle ne constitue ni une approbation universelle d’un ruban individuel ni une prévision quantitative d’une durée de vie donnée sur le terrain.
Cinq étapes pour spécifier un ruban butyle dans une application PV
Pour les équipes achats, ingénierie et qualité, une méthode structurée permet de réduire sensiblement le risque de qualification.
- Définir précisément la fonction
Préciser si le matériau doit servir de barrière périphérique, de joint climatique de cadre, de fixation structurelle, de joint périphérique de boîtier ou de système d’encapsulage.
Des fonctions différentes ne doivent pas être regroupées dans une seule exigence générique.
- Geler la nomenclature
Documenter le verre, les revêtements, la finition aluminium, le backsheet, le polymère du boîtier, le primaire, le produit de nettoyage, les dimensions et les fournisseurs.
Toute modification de ces paramètres peut influencer la performance d’étanchéité.
- Définir les méthodes d’essai
Spécifier la géométrie des éprouvettes, le conditionnement, les conditions de vieillissement et les critères d’acceptation pour les performances mécaniques, de barrière, électriques et de boîtier.
- Qualifier par étapes
Passer des éprouvettes matériau aux mini-modules représentatifs, puis aux assemblages complets produits dans des conditions proches de la série.
- Maîtriser la production et les changements
Contrôler la propreté, la température, la pression d’application, le positionnement du ruban, les angles, les raccords et la traçabilité des lots.
Les changements de matériau, de fournisseur ou de procédé doivent entraîner un niveau approprié de revalidation.
Questions qu’un acheteur B2B devrait poser à un fournisseur de ruban butyle
Avant d’approuver un matériau butyle ou PIB pour une application photovoltaïque, les équipes achats et ingénierie devraient demander des preuves spécifiques à l’application.
Questions utiles :
- Pour quelle application PV cette formulation précise est-elle destinée ?
- Quels substrats ont été testés ?
- Quelle préparation de surface a été utilisée ?
- Quelle épaisseur et quelle compression du ruban ont été évaluées ?
- Comment la perméabilité à l’humidité a-t-elle été mesurée ?
- Les conditions MVTR/WVTR sont-elles entièrement documentées ?
- Des données de hot creep ou sustained shear sont-elles disponibles ?
- Quels protocoles de vieillissement ont été appliqués ?
- Les performances électriques ont-elles été évaluées après conditionnement humide ou mouillé ?
- Les TDS et SDS actuelles sont-elles disponibles ?
- Quels paramètres de production doivent être contrôlés ?
- Quels changements nécessitent une nouvelle qualification ?
Le ruban butyle peut-il remplacer le silicone dans la fabrication PV ?
Il n’existe pas de réponse universelle.
Les matériaux butyle/PIB et les systèmes silicone peuvent remplir des fonctions différentes selon l’architecture du module, la conception de la jonction et le procédé de fabrication.
Un joint périphérique PIB ne doit donc pas être présenté automatiquement comme un substitut au silicone utilisé pour le collage structurel, la fixation des boîtes de jonction, l’encapsulage ou d’autres fonctions.
Le choix doit être fondé sur la fonction requise, le procédé industriel et la performance validée de l’assemblage.
Questions fréquentes
Le ruban butyle convient-il à tous les cadres de modules photovoltaïques ?
Non. Il peut constituer une couche d’appui ou un joint contre les intempéries dans une construction donnée, mais la compatibilité des substrats, le drainage, les mouvements, la compression, le fluage et le vieillissement doivent être évalués.
Le ruban butyle peut-il assurer la fixation structurelle d’une boîte de jonction PV ?
Cette conclusion ne peut pas être tirée uniquement du nom du produit ou d’une valeur d’adhérence au pelage. La fixation nécessite des données relatives aux charges prolongées, aux substrats, au vieillissement, aux exigences électriques et à l’assemblage complet.
Une valeur MVTR ou WVTR suffit-elle pour choisir un joint de bord ?
Non. Les données de transmission de vapeur doivent être évaluées avec la méthode d’essai, l’épaisseur, la température, l’humidité, la géométrie, l’adhérence, le procédé et le vieillissement du module.
La qualification IEC 61215 garantit-elle une durée de vie de 25 ans ?
Non. IEC 61215 est une qualification de conception sous des contraintes définies. Elle ne constitue pas une prévision quantitative de 25 années de service.
Le ruban butyle est-il électriquement isolant ?
Un matériau peut présenter une résistivité volumique ou une rigidité diélectrique donnée, mais ces valeurs ne démontrent pas automatiquement les performances d’isolation d’une boîte de jonction ou d’un module complet dans des conditions sèches, humides ou mouillées.
Sélection des matériaux basée sur l’ingénierie
Dans les projets photovoltaïques B2B, le ruban butyle ou PIB doit être considéré comme un composant technique d’un système complet, et non comme une solution autonome.
Une spécification réussie nécessite l’alignement de :
propriétés du matériau + substrats + géométrie du joint + procédé de fabrication + exposition environnementale + essais de qualification.
Lorsque ces paramètres sont définis et validés conjointement, un matériau butyle ou PIB correctement sélectionné peut assurer une fonction d’étanchéité utile dans la conception d’un module photovoltaïque.
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- votre nomenclature,
- le plan de la jonction,
- les informations relatives aux substrats,
- les dimensions requises,
- la plage de température prévue,
- les conditions de charge mécanique,
- le procédé de fabrication,
- et le programme de qualification visé.
Ces informations permettent au fournisseur ou au laboratoire d’évaluer l’application par rapport aux exigences techniques adaptées et de définir un programme de validation approprié.
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