Après avoir abordé l’installation de panneaux photovoltaïques, il nous parait logique de couvrir le sujet des batteries, indispensables à la réalisation d’une installation solaire autonome ou pour augmenter son auto consommation solaire. En effet, si vous avez opté pour une installation off-grid donc non reliée au réseau électrique, l’électricité produite par vos panneaux solaires va devoir être stockée dans des batteries pour pouvoir ensuite être utilisée à mesure de vos besoins. En auto-consommation, vous pourrez aussi avoir envie de stocker une partie de votre énergie produite, plutôt que de la revendre directement sur le réseau. Pour se faire, différents choix de batteries s’offrent à vous.
Faisons le point sur les technologies des batteries solaires stationnaires en 2022.
Rappels sur le fonctionnement d’une batterie
La batterie est un dispositif électro-chimique permettant de stocker puis de fournir de l’électricité. Elle se compose de deux électrodes : l’anode et la cathode qui baignent toutes deux dans liquide, une pâte ou un gel appelé électrolyte qui est un milieu permettant le transfert des électrons, donc de l’électricité.
Les électrodes réagissent avec l’électrolyte pour convertir l’énergie chimique en énergie électrique. En effet, les électrodes sont composées de matériaux différents ce qui provoque une tension électrique puisque dès lors que le circuit est fermé, l’anode a tendance à céder des électrons alors que la cathode a tendance à les attirer. La batterie se décharge progressivement au cours de cette réaction.
Lors de la charge, une inversion du processus chimique a lieu, permettant la restructuration des électrodes. Au cours des cycles de décharge puis charge de la batterie, cette dernière a tendance à s’user progressivement, perdant une partie de sa capacité au fil du temps. C’est ce qu’on appelle la sensibilité à la décharge. Ainsi selon le type de batterie utilisée, la sensibilité à la décharge pourra varier, augmentant ou diminuant parfois considérablement la durée de vie de la batterie. Il est donc essentiel de choisir le bon type de batterie en fonction de l’utilisation souhaitée.
Quels sont les différents types de batteries ?
On retrouve trois grands types de batterie :
- Les batteries au plomb sont les plus connues, les plus anciennes et les moins chères à l’achat. On retrouvera par exemple dans cette catégories, les batteries plomb/acide utilisées pour le démarrage des voitures. Globalement les batteries au plomb ont une faible densité énergétique ne leur permettant que peu de stockage d’énergie selon leur poids. Ce seront donc majoritairement des batteries lourdes à manipuler mais ce critère n’est pas très important en stockage stationnaire. D’autre part, ces batteries sont plutôt adaptées dans des situations où on aura besoin d’une forte quantité d’énergie à fournir très rapidement.
- Les batteries au lithium, dont la technologie est la plus récente, ont une durée de vie plus importante mais sont beaucoup plus sensibles à la maintenance. Leur prix d’achat est plus élevé, mais commence à se démocratiser. Leur densité énergétique est forte, ce qui en fait des batteries plutôt légères à manipuler. Cependant, du fait de leur sensibilité électro-chimique, l’utilisation des batteries lithium nécessite un Battery Management System ou BMS, c’est à dire un circuit qui permet de ré-équilibrer la tension entre chaque cellule de la batterie. Ce BMS peut être intégré ou devoir être ajouté selon la marque choisie. Ce sont donc des batteries qui peuvent être plus complexes et couteuses à l’installation, mais qui représentent un gage de sureté et de performances pour une installation au long terme.
- Les batteries au nickel sont la troisième technologie disponible. Ce sont des batteries robustes et capables de tenir une vingtaine d’année facilement si elles sont entretenues régulièrement. D’autre part ce sont des batteries qui peuvent être reconditionnées pour en augmenter la durée de vie. Cependant les batteries au nickel peuvent poser des soucis avec l’environnement et durant le recyclage. Les plus polluantes étaient les batterie Nickel Cadmium, heureusement interdites aujourd’hui.
Quelle batterie utiliser pour mon installation solaire : notre comparatif ?
Malgré l’essor des batteries au Lithium, la technologie de batterie au plomb conserve une part du marché dédiée au solaire. En effet; leur prix avantageux en font des batteries intéressantes pour les petites installations. D’autant plus si celles-ci doivent être utilisées de manière provisoire ou sur de courtes durées. Ce sont des batteries qui ont une durée de vie moyenne d’une dizaine d’années dans le meilleur des cas et à condition de respecter la profondeur de décharge recommandée.
Certaines batteries au plomb sont optimisées pour des décharges plus profondes. C’est le cas notamment des batteries AGM ou opzs pourront avoir des caractéristiques tout à fait intéressantes pour votre installation solaire, tout en restant dans un budget raisonnable.
Les tableaux suivants sont issus de la vidéo :
Comparatif des batteries Plomb
| Type de batterie | Plomb/Acide | AGM | AGM Supercycle | Gel | opzs | opzv |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Prix d’achat moyen | Env 100 euros par kWh | Env 190 euros par kWh | Env 250 euros par kWh | Env 200 euros par kWh | Env 340 euros par kWh | Env 410 euros par kWh |
| Profondeur de décharge | 80% | 100% | 90% | 80% | 80% | |
| Nombres de cycles possibles en fonction de la profondeur de décharge | 30% = 800 cycles 50% = 500 cycles 70% = 300 cycles |
30% = 1500 cycles 50% = 600 cycles 70% = 400 cycles |
40% = 1000 cycles 60% = 700 cycles 100% = 300 cycles |
30% = 1800 cycles 50% = 750 cycles 70% = 500 cycles |
30% = 4400 cycles 50% = 2500 cycles 70% = 1350 cycles |
30% = 4600 cycles 50% = 2600 cycles 70% = 1400 cycles |
| Vitesse de décharge | Lente | Acceptable | Lente | Rapide | Rapide | |
| Densité énergétique | Faible (batterie lourde) | Faible (batterie lourde) | Plus légères que les batteries AGM standard | Faible (batterie lourde) | Faible (batterie lourde) | Faible (batterie lourde) |
| Effet mémoire | Faible | Pas d’effet mémoire | Faible | Faible | Faible | |
| Rendement | 80% | 95% | 90% | 85% | 85% | |
| BMS nécessaire | non | non | non | non | non | |
| Étanchéité | non | oui | oui | oui | non | oui |
| Entretien | Nécessite parfois un ajout de liquide tous les 6 mois | Ne nécessite quasiment aucun entretien | Très peu d’entretien nécessaire | Nécessite parfois l’ajout d’un liquide | Ne nécessite quasiment aucun entretien | |
En autonomie, ou pour des installations plus importantes, pouvoir stocker l’énergie produite efficacement devient essentiel. Les batteries au Lithium offrent alors de nombreux avantages. Moins encombrantes, dotées d’une meilleure étanchéité mais aussi d’une plus longue durée de vie, les côtés pratiques font rapidement oublier leur prix d’achats qui reste plus élevé. Leur durée de vie est également d’une dizaine d’année, mais leur profondeur de décharge est plus souple, ce qui leur confère un meilleur rendement !!
Comparatif des batteries Lithium
| Type de batterie | Lithium Fer Phosphate LiFePO4 ou LiFe |
Lithium Titanium Oxide LTO |
|---|---|---|
| Prix d’achat moyen | Env 480 euros par kWh | Env 600 euros par kWh |
| Profondeur de décharge | 95% | 95% |
| Nombres de cycles possibles en fonction de la profondeur de décharge | 30% = 10000 cycles 50% = 4500 cycles 70% = 3000 cycles |
30% = 20000 cycles 50% = 9000 cycles 70% = 6000 cycles |
| Vitesse de décharge | Rapide | Rapide |
| Densité énergétique | Forte (batterie légère) | Forte (batterie légère) |
| Effet mémoire | Très Faible | Très Faible |
| Rendement | 95% | 97% |
| BMS nécessaire | oui parfois intégré |
oui |
| Étanchéité | oui | oui |
| Entretien | Ne nécessite quasiment aucun entretien | Ne nécessite quasiment aucun entretien |
Enfin, les batteries au Nickel sont des batteries adaptées aux installations réalisées dans des conditions complexes. Elles supportent la décharge
profonde, la sur-charge et ne nécessitent quasiment aucun entretien en plus d’être étanches. Ce sont par contre des batteries qui vont être assez
couteuses à l’achat. Elles seront cependant particulièrement utiles pour réaliser des installations sur site isolé ou dans des conditions climatiques
complexes.
Comparatif des batteries Nickel
| Type de batterie | NiCd (cadmium = polluante) | NiMH | NiFe (Nickel/Fer) |
|---|---|---|---|
| Prix d’achat moyen | Env 400 euros par kWh | Env 700 euros par kWh | Env 500 euros par kWh |
| Profondeur de décharge | 85% | 85% | 85% |
| Nombres de cycles possibles en fonction de la profondeur de décharge | 70% = 2000 cycles | 70% = 2000 cycles | 70% = 2400 cycles |
| Vitesse de décharge | Rapide | Rapide | Assez rapide |
| Densité énergétique | Forte (batterie très légère) | Forte (batterie très légère) | Forte (batterie légère) |
| Effet mémoire | Important | Faible | Faible |
| Rendement | 90% | 90% | 80% |
| BMS nécessaire | facultatif | facultatif | non |
| Étanchéité | oui | oui | oui |
| Entretien | Ne nécessite quasiment aucun entretien | Ne nécessite quasiment aucun entretien | Ne nécessite quasiment aucun entretien |
En parallèle des critères directement lié à la technologie de batterie à utiliser, d’autres éléments sont aussi à prendre en compte. La capacité de stockage est un point important, puisque votre installation doit permettre de stocker toute l’énergie que vous produisez. La durée de la période de garantie est aussi un point intéressant à étudier dans la mesure où c’est un paramètre assez variable selon les différents fournisseurs !! Enfin, il faut veiller à la compatibilité des batteries choisies avec le reste de l’installation solaire.
Comment recycle-t-on les batteries en fin de vie ?
La vidéo suivante donne un aperçu du processus de recyclage des batteries en France :
Il s’agit d’un recyclage en plusieurs étapes voyant intervenir des processus chimiques visant entre autre à récupérer des sels de métaux purifiés pouvant servir à la fabrication de nouvelles batterie. Au vu de la complexité de recyclage, on comprend aisément l’intérêt d’utiliser des batteries qui puissent avoir une durée de vie conséquente, réduisant ainsi la nécessiter de les changer et donc de les recycler trop souvent.
Pour optimiser la durée de vie de vos batteries quelques conseils peuvent être utiles. Le stockage des batteries en intérieur et dans un lieu tempéré permet d’optimiser leurs capacités. En effet les batteries supportent mal la chaleur ou des températures trop froides, et ne sont pas toutes égales face à l’humidité. Par exemple, la température de fonctionnement optimale d’une batterie au plomb est de 19°C. D’autre part, lors de l’installation, il convient de disposer les batteries de manière à laisser un espace entre elles. En fonctionnement vos batteries vont produire de la chaleur qui peut rapidement endommager le dispositif si rien n’est fait pour qu’elle puisse s’évacuer correctement. Enfin, il est important de respecter les indications données par le fournisseur, notamment en ce qui concerne la profondeur de décharge optimale.
Les batteries virtuelle ? La batterie des Start-Up !
Le secteur de l’énergie solaire est en constante évolution, et de nouvelles solutions techniques apparaissent régulièrement. Ainsi si vous cherchez à réaliser une installation, il est possible que vous ayez croisé les termes « batterie virtuelle« , ou « batterie thermique » lors de votre recherche.
La batterie virtuelle est une solution de stockage de l’énergie « sur le réseau ». Le surplus d’énergie produite est injecté sur le réseau de votre fournisseur qui doit être compatible, et peut ensuite être « repris » sous la forme de crédit d’énergie autorisé au moment de vos besoins. Cette solution nécessite par contre forcément une installation en auto-consommation et reliée sur le réseau. Elle a également un coût auprès de votre fournisseur d’énergie. Certains pays commence à taxer cette pratique comme la Belgique avec la Taxe Prosumer.
Enfin, la batterie thermique consiste à stocker l’énergie non pas sous forme d’électricité, mais directement sous forme de chaleur, par exemple dans un ballon d’eau chaude. Cette option baisse drastiquement la rentabilité de votre installation solaire puisqu’un kWh électrique est beaucoup plus cher qu’un kWh thermique.