Les batteries solaires sont des accumulateurs électriques permettant de stocker l'énergie électrique générée par un panneau photovoltaïque dans une installation d'énergie solaire. On les appelle parfois aussi batteries photovoltaïques.
Les batteries sont des dispositifs électrochimiques qui utilisent de l'énergie chimique pour stocker ou libérer de l'électricité. Dans les batteries classiques, les réactifs sont introduits lors de la fabrication de la batterie. Lorsque les piles sont épuisées, la tension doit faiblir et la pile doit être remplacée.
Les batteries solaires sont utilisées pour stocker l’énergie électrique générée par les panneaux solaires photovoltaïques pendant les heures de plus grand rayonnement solaire. De cette façon, il peut être utilisé plus tard la nuit ou par temps nuageux.
L’utilisation de batteries permet également de fournir une intensité de courant supérieure à ce que peut offrir un panneau photovoltaïque en fonctionnement. Ce serait le cas si plusieurs appareils électriques étaient utilisés en même temps.
La plupart des kits solaires proposés sur le marché du secteur photovoltaïque incluent des batteries.
Toutes les installations photovoltaïques ne disposent pas de batteries. Parfois, il est préférable de fournir toute l’énergie électrique générée par les panneaux solaires au réseau électrique. En effet, les grandes installations électriques utilisant des énergies renouvelables sont connectées au réseau électrique.
Composition d'une batterie solaire
Une batterie est constituée de petits accumulateurs électriques de 2V intégrés dans un même élément. Les batteries fournissent du courant continu à 6, 12, 24 ou 48V. L'accumulateur est la cellule qui stocke l'énergie grâce à un processus électrochimique.
Par exemple, lorsque nous parlons d’une batterie de 12 volts, nous faisons référence à un ensemble en série de 6 cellules au plomb de 2 volts chacune. Les batteries monoblocs sont des batteries constituées de plusieurs cellules de 2V formant un seul bloc.
Les batteries stationnaires, également appelées accumulateurs solaires, sont des batteries constituées d'éléments de 2 volts connectés en série jusqu'à ce que la tension de fonctionnement souhaitée pour l'installation solaire soit atteinte.
Les batteries 6V sont utilisées dans les installations photovoltaïques de petite et moyenne taille.
Comment fonctionnent les batteries solaires
Les batteries ont pour fonction de fournir de l'énergie électrique au système à un moment où les panneaux photovoltaïques ne génèrent pas l'électricité nécessaire. Par exemple, pendant la nuit ou en période de faible luminosité.
Au moment où les panneaux solaires peuvent produire plus d'électricité que celle demandée par le système électrique, toute l'énergie demandée est fournie par les panneaux et le surplus est utilisé pour charger les batteries.
Les batteries transforment l'énergie électrique reçue des modules photovoltaïques en énergie chimique. Cette conversion est réalisée à partir de la réaction qui se produit lorsque deux matériaux différents, comme ceux des plaques positive et négative, sont immergés dans l'électrolyte. L'électrolyte est une solution d'acide sulfurique et d'eau.
L'électricité sort de la batterie dès qu'un circuit électrique est connecté entre les pôles positif et négatif.
À mesure que la batterie se décharge, la composition du plomb sur les plaques devient plus similaire. A ce moment, la densité de l'acide diminue et la tension entre les bornes diminue.
La capacité à subir une charge et une décharge constantes est connue sous le nom d’endurance cyclable d’une batterie.
Caractéristiques importantes
Caractéristiques les plus importantes lors du choix d’une batterie ou d’un kit solaire :
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Capacité. La capacité est l'intensité du courant en ampères (A) qui peut être obtenue à partir d'une décharge complète de l'accumulateur électrique lorsqu'il est complètement chargé.
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Efficacité de charge. L’efficacité de charge est le rapport entre l’énergie utilisée pour remplir la batterie et celle réellement stockée. Par conséquent, plus on se rapproche de 100 %, mieux c’est.
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Auto-décharge. L'autodécharge est le processus d'une batterie électrique qui a tendance à se décharger sans être utilisée.
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Profondeur de décharge. La profondeur de décharge est la quantité d'énergie obtenue lors d'une décharge à pleine charge (%).
Durée de vie
La durée de vie utile d’une batterie pour installations solaires est généralement d’environ 10 ans.
Cependant, si des décharges profondes fréquentes sont effectuées (> 50 %), sa durée de vie utile s'effondre. Il est donc conseillé d'installer une capacité suffisante pour que le débit ne dépasse pas 50 %.
Un autre facteur très important est la température. Si la température est maintenue entre 20 et 25ºC, la durée de vie utile sera d'environ 10 ans. En revanche, si la température est modifiée de 10 °C, la durée de vie utile peut être réduite jusqu'à la moitié.
Types de piles les plus utilisés
Les batteries sont classées selon le type de technologie de fabrication ainsi que les électrolytes utilisés.
Les types de batteries solaires les plus utilisés dans les installations photovoltaïques sont les batteries au plomb, en raison du rapport prix/énergie disponible. Son efficacité se situe entre 85 et 95 %, tandis que le Ni-Cad est de 65 %.
Les meilleures batteries seraient sûrement celles au lithium, celles utilisées dans les téléphones portables. Cependant, la batterie au lithium n’est pas économiquement viable pour cette application.
Batteries au plomb pour applications solaires
Les batteries au plomb sont les batteries rechargeables les plus anciennes. Ces batteries ont la capacité de délivrer des intensités de courant élevées, leurs cellules ont donc une densité de puissance élevée.
Cette caractéristique et leur faible prix les rendent adaptés à de nombreuses applications, notamment dans l'énergie solaire, pour les kits solaires et pour les véhicules automobiles. Après tout, ils sont capables de fournir le courant élevé dont les démarreurs ont besoin.
Parce qu’elles sont moins chères que tout autre type de batterie, les batteries au plomb sont largement utilisées. Cependant, ces batteries ont une faible densité énergétique en termes de volume et de poids.
Ainsi, si vous souhaitez accumuler de grandes quantités d’énergie, la taille de la batterie devra être très grande. Pour cette raison, ce ne serait pas le meilleur choix pour les applications nécessitant un défilement. Généralement, ils sont utilisés dans de grands espaces.
Ils peuvent être utilisés pour stocker des sources alimentaires sécurisées telles que des tours de téléphonie cellulaire, des hôpitaux, des installations solaires et des systèmes électriques isolés.
Toutes les batteries au plomb tombent en panne prématurément lorsqu'elles ne sont pas complètement rechargées après chaque cycle.
Si une batterie au plomb reste déchargée (pendant des jours) à tout moment, cela entraînera une perte permanente de capacité.
Batteries liquides - électrolyte liquide
Les batteries liquides stockent l’énergie grâce à un combustible rechargeable constitué d’électrodes ou de nanoparticules. Ce carburant se présente à l’état liquide.
Il existe deux types de batteries liquides :
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Ouvert, avec des couvercles qui permettent de changer l'eau.
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De manière étanche, ils sont fermés mais avec des vannes qui permettent aux éventuels gaz de s'échapper lors de charges excessives.
Avantages des batteries liquides
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Le plus vieux
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Sa production permet des prix économiques.
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Ils sont moins problématiques à surcharger.
Désavantages
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Il existe un risque de perte de liquide (agressif).
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Leur durée de vie est généralement courte, entre 400 cycles de charge et de décharge.
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Des températures très basses peuvent les détruire rapidement.
Batteries AGM - Batterie à tapis de verre à absorption
Ce sont les batteries les plus modernes et l'acide est fixé dans des fibres de verre qui l'absorbent. Dans ce type de batterie, l’acide est absorbé mieux et plus rapidement par les plaques de plomb de la batterie.
Presque toutes les batteries AGM sont régulées par valve : VRLA (acide de plomb régulé par valve)
Ils présentent tous les avantages des gels, en plus des suivants :
Avantages des batteries AGM :
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Bonne durée de vie.
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Plus de résistance aux climats froids.
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Son autodécharge est minime : lorsqu'il n'est pas utilisé, les pertes d'énergie sont minimes.
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Faible résistance interne permettant des courants élevés.
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À cycle profond, c'est-à-dire qu'ils sont conçus pour être déchargés de manière répétée jusqu'à 80 % de leur capacité.
Inconvénients de l’utilisation de batteries AGM :
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Prix plus élevé.
Il existe une tendance croissante vers les batteries au plomb AGM. Ils ont leur meilleur rapport durée de vie/prix. Si je conduis, c'est plus facile.
Pour quelqu’un qui peut assurer les soins nécessaires, la batterie liquide peut être la meilleure option. Surtout vu le prix.
Batteries virtuelles
Les batteries virtuelles sont un nouveau concept proposé par certaines compagnies d'électricité, basé sur l'injection d'énergie excédentaire dans le réseau électrique et l'accumulation de sa valeur économique dans un compte virtuel. Plus tard, lorsque vous avez besoin d’énergie, l’entreprise vous la fournit et déduit la valeur de votre compte.
Qu'est-ce que cela signifie qu'une batterie est faible ou à décharge profonde ?
Il existe deux types de batteries selon leur cycle :
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Batteries à faible cycle
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batteries à décharge profonde
Batteries à faible cycle
Les batteries à faible cycle sont conçues pour fournir une quantité de courant pendant une courte période et résister à de petites surcharges sans perdre d'électrolytes, comme c'est le cas pour les batteries d'automobile.
Toutefois, ces batteries ne supportent pas les décharges profondes. S'ils sont déchargés à plusieurs reprises en dessous de 20 %, leur durée de vie est considérablement réduite. Ces batteries ne constituent donc pas un bon choix pour les systèmes solaires photovoltaïques.
batteries à décharge profonde
Ce modèle de batteries est conçu pour être déchargé à plusieurs reprises jusqu'à 80 % de leur capacité. Cette fonctionnalité en fait la meilleure option pour les systèmes d’énergie solaire.
Impact sur l'environnement
Les batteries sont un déchet spécial, toxique et dangereux. Les batteries solaires ne doivent jamais être jetées directement. Leur collecte doit se faire de manière thématique pour les acheminer vers une déchetterie adaptée.
Les batteries ont un pouvoir polluant élevé et le recyclage implique de contrôler ce pouvoir. Par exemple, le mercure contenu dans une pile bouton peut contaminer deux millions de litres d’eau ; Cela présente de graves risques, notamment pour la santé. Il facilite l’utilisation des matières premières contenues dans les batteries.
Après avoir déposé les batteries dans les laveries automatiques et autres installations, les batteries sont emmenées au centre de recyclage ; où sont récupérés le mercure et d'autres métaux (zinc, cadmium, plomb, argent).
Résumé
Les batteries solaires sont des réserves d’électricité. Ils stockent l’électricité produite par les panneaux solaires lorsque la demande est faible et la fournissent lorsque la demande est plus forte.
Ces éléments sont capables de transformer l'énergie électrique en énergie chimique au moment de la charge. Au moment de la décharge, ils transforment à nouveau l'énergie chimique en électricité.