Menu

Panneaux photovoltaïques énergie solaire

Accumulateurs d'énergie électrique

Accumulateurs d'énergie électrique

Dans les installations autonomes d'alimentation électrique, il est nécessaire de stocker l'énergie captée pendant les heures de rayonnement solaire afin de pouvoir couvrir l'approvisionnement pendant les heures où il n'y en a pas (cycle journalier et cycle saisonnier).

Caractéristiques de l'accumulateur:

  • Les accumulateurs électriques ont une fonction très importante et fondamentale dans le bon fonctionnement et la durée d'une installation solaire photovoltaïque.
  • Ils doivent avoir une capacité suffisante pour assurer l'approvisionnement en électricité pendant les périodes de cloud (autonomie de l'installation).
  • Ce sont des systèmes électrochimiques basés sur des réactions chimiques réversibles qui ont lieu à l'intérieur.

Quels sont les principaux paramètres d'un accumulateur électrique?

    Les principaux paramètres d'un accumulateur d'énergie électrique sont:

    • Capacité: la capacité maximale que vous pouvez stocker.
    • Profondeur de décharge
    • Durée de conservation
    • Auto-décharge

    Capacité

    La capacité est la quantité maximale d'électricité que vous pouvez stocker. En pratique, et pour éviter des dommages irréversibles à la batterie, elle ne peut fournir qu'une partie de la capacité totale, que nous appelons capacité utile.

    La capacité utile dépend du type d'accumulateur et des conditions de travail, mais elle a généralement des valeurs de 30% à plus de 90% (dans des piles alcalines de bonne qualité) de la capacité maximale. La quantité d'électricité qu'un accumulateur peut fournir dépend également du temps de décharge, de sorte que la capacité sera d'autant plus grande que la décharge se produira lentement.

    La capacité de la batterie est exprimée en ampères-heures (Ah). La notation C5, C25, C100 représente le temps de décharge en heures, respectivement 5, 25 ou 100 (C5 = décharge en 5 heures). Ces valeurs nous donnent le nombre d'heures pendant lesquelles théoriquement nous pourrions avoir une certaine intensité de courant provenant de l'accumulateur.

    Profondeur de décharge

    La profondeur de décharge est le pourcentage de la capacité maximale de l'accumulateur qui peut être retiré de la batterie dans des conditions normales. C'est un terme très variable qui dépend beaucoup du type d'accumulateur et qui influence sa durée de vie.

    Quelle est la durée de vie utile d'un accumulateur d'énergie?

    La durée de vie est généralement mesurée en cycles (plutôt qu'en années), donc un cycle est un processus de charge-décharge complet (jusqu'à la profondeur de décharge recommandée). Si nous supposons un cycle moyen d'un cycle par jour et un accumulateur bien entretenu, il devrait durer au moins 10 ans.

    Auto-décharge

    Auto-décharge: c'est un phénomène par lequel un accumulateur, pour diverses raisons, se décharge lentement mais en continu même s'il n'est pas connecté à un circuit externe.

    Quels sont les types d'accumulateurs électriques?

    On peut différencier différents types d'accumulateurs en fonction de leur utilisation:

    • Accumulateurs stationnaires: ils sont généralement dans un endroit fixe et fournissent du courant électrique de façon permanente ou sporadique à diverses fins. À aucun moment, cependant, on ne leur demande de donner des valeurs d'intensité élevée en peu de temps.
    • Accumulateurs de démarrage: ils sont responsables de la production d'énergie électrique avec des valeurs d'intensité de courant élevées pendant de courtes périodes, par exemple, dans les voitures à chaque démarrage ou lorsqu'un moteur est démarré. Les plaques d'électrodes de ces accumulateurs sont plus épaisses que celles des accumulateurs stationnaires et leur durée de vie est plus courte en raison des conditions de travail "difficiles".
    • Accumulateurs de traction: ils sont chargés de fournir du courant aux petits véhicules électriques et, par conséquent, on leur demande des intensités de courant relativement élevées pour des périodes de quelques heures.

    Pour les installations solaires photovoltaïques, utilisez de préférence des accumulateurs fixes.

    Concernant les caractéristiques de l'électrolyte, nous avons les types d'accumulateurs électriques suivants:

    • Acide (plomb-acide, Pb-Sb, Pb-Cd).
    • Alcalin (nickel-cadmium).

      Quelle est la fonction d'un accumulateur électrique?

      Les fonctions de base des accumulateurs dans les installations solaires sont:

      • Fournir de l'énergie en l'absence de rayonnement: nuits et jours avec des nuages, dans le cycle quotidien et dans le cycle saisonnier.
      • Maintenir un niveau de tension stable dans l'installation: la tension en sortie des modules varie en fonction du rayonnement incident, ce qui peut ne pas être très bon pour le fonctionnement de certains appareils.
      • Fournir une puissance instantanée, ou pour une durée limitée, supérieure à ce que le champ des panneaux pourrait générer même dans le meilleur des cas. C'est le cas du démarrage du moteur, comme le moteur du compresseur d'un réfrigérateur.

      Comme nous l'avons dit, les plus utilisées dans les installations solaires photovoltaïques sont celles du type stationnaire au plomb.

      Quels types d'accumulateurs d'énergie électrique existe-t-il?

      Parmi les accumulateurs au plomb sur le marché, nous distinguons trois types:

      • Accumulateurs compacts, type monobloc: (similaire au type démarreur). D'utilisation habituelle dans les petites installations (utilisation le week-end ...).
      • Accumulateurs stationnaires: construits avec des récipients indépendants, des plaques tubulaires et des barres à faible teneur en antimoine. Celles-ci sont idéales pour les installations solaires photovoltaïques, car elles ont été conçues pour pouvoir les décharger lentement et les recharger lorsque l'énergie est disponible.
      • Accumulateurs de traction: conçus pour déplacer des véhicules et des camions électriques; Ils sont moins chers que fixes et peuvent fournir un bon service dans les installations solaires photovoltaïques, à condition qu'ils nécessitent un entretien plus fréquent.

      Il est important de savoir que lorsque l'accumulateur est connecté aux modules photovoltaïques, la tension de l'accumulateur détermine la tension de fonctionnement des modules. Ainsi, la courbe de fonctionnement des modules aura un point de fonctionnement conditionné par l'accumulateur et non l'inverse, donc la valeur de l'intensité donnée par le module est ajustée en fonction de la tension de l'accumulateur connecté.

      Bien que les accumulateurs soient normalement identifiés par leur valeur de tension nominale, en réalité, la tension de chaque cellule ou récipient varie en fonction de l'état de charge. Cette valeur oscille entre environ 1,85 V (non chargé) et 2,4 V (chargé), selon le type et le fabricant.

      Dans un accumulateur composé de 6 récipients (12 V nominal), la marge de fluctuation va de 10,5 à 14,4 V.

      Il convient de garder à l'esprit que, normalement, dans une installation d'énergie solaire photovoltaïque, la tension des modules sera similaire à celle de la batterie (sauf dans les cas où le régulateur a un suiveur du point de puissance maximale des modules). Ce fait implique que les modules fonctionnent à des tensions inférieures à la puissance maximale et donc à une puissance inférieure à la puissance maximale possible.

      Ainsi, lors du choix du bon accumulateur pour une installation solaire photovoltaïque, le choix sera toujours un compromis entre économie et adéquation, respectant une qualité minimale en termes de fiabilité et de durée.

      Dans tous les cas, pour la sélection correcte de l'accumulateur approprié, il faudra disposer des caractéristiques avec les courbes de fonctionnement.

      Quelles sont les caractéristiques d'une batterie?

      Pour la sélection d'une batterie, il faut au moins savoir:

      • Type de batterie avec tension nominale, dimensions, poids ...
      • Capacités de décharge C20, C50, C100 avec valeurs correspondantes de tension de coupure.
      • Plage de température de travail.
      • Profondeur de décharge maximale.
      • Valeur d'auto-décharge.
      • Cycle quotidien maximum autorisé.
      • Temps de travail maximum à 50% de charge et avec un cycle de 10%.
      • Performances de charge.
      • Variation de capacité en fonction de la température.
      • Tensions finales selon le régime de décharge.
      • Tension de charge maximale en fonction de la température et du régime de charge.
      • Température de congélation.
      • Densité selon l'état de charge.

      Comportement d'une batterie d'accumulateurs dans une installation d' énergie solaire photovoltaïque

      La tension aux bornes de la batterie dépend des facteurs suivants:

      • Niveau ou état de charge
      • Vitesse de téléchargement ou de téléchargement
      • température

      Niveau ou état de charge

      La tension aux bornes de la batterie diminue lors de la décharge et augmente lors de la charge au maximum (par exemple 14 V sur des batteries 12 V). Lors de la décharge, avant de décharger complètement, une valeur de tension limite inférieure est atteinte en dessous de laquelle la batterie peut ne pas récupérer si la décharge continue.

      Pour une batterie plomb-acide 12V typique, cette valeur est de 10 V. Dans les batteries plomb-acide, l'effet de sulfatation qui se produit lorsqu'un état de profondeur de décharge élevée est atteint doit être évité. et ça reste comme ça pendant un moment. Le sulfate de plomb entame un processus de décristallisation irréversible. Il bloque la réaction de charge et fait que la batterie se comporte comme si elle avait perdu une partie de sa capacité, elle doit donc être remplacée par une autre.

      D'un autre côté, il faut veiller à ne pas surcharger la batterie, car dans ces conditions, si les panneaux continuent à fournir du courant à la batterie, des réactions chimiques de l'électrolyte continuent de se produire et il commence à produire de l'oxygène gazeux et de l'hydrogène, ce qui endommage et raccourcit la durée de conservation. Certains fabricants intègrent des bouchons de récupération qui, par «catalyse», recombinent l'oxygène et l'hydrogène, renvoyant l'eau dans les cellules. Mais le meilleur moyen d'empêcher le gazage est un régulateur de charge.

      Vitesse de téléchargement ou de téléchargement

      Si une batterie est chargée, la tension à ses bornes est plus élevée que si le courant de charge est déconnecté de sorte que la résistance interne de la batterie produit une chute de tension interne. Une fois déchargée, cela se produit dans l'autre sens: la petite chute de tension dans la résistance interne rend la différence de potentiel aux bornes légèrement inférieure à celle mesurée.

      température

      Étant donné que les réactions internes qui se produisent dans une batterie sont de nature chimique, la température a une influence décisive sur ces réactions. Ainsi, la tension finale recommandée pour atteindre l'état de pleine charge devrait être plus élevée plus la température est basse, car les réactions chimiques ont plus de difficultés à se produire et, par conséquent, nécessitent plus d'énergie pour que le processus se déroule.

      Ce fait est important, car selon l'endroit où se trouve l'installation, la valeur de la tension appliquée doit être corrigée en fonction de la température à laquelle la batterie est soumise. Cela conditionne la salle des batteries, comme nous le verrons plus loin.

      Quels autres éléments devraient être pris en compte?

        En revanche, il faut tenir compte du fait que:

        • À mesure que la température augmente, les réactions s'accélèrent et, par conséquent, la durée de vie utile diminue.
        • En abaissant la température, la durée de vie augmente, mais il existe un risque de gel, qui peut endommager irrémédiablement la batterie. Par conséquent, pour prévoir ce fait, la salle des batteries doit être adaptée à des températures modérées.

        Dans une batterie acide normale (Pb-acide sulfurique), la concentration d'acide est de 40% et, dans ces conditions, le point de congélation est de -60 degrés Celsius. Lorsque la batterie est déchargée, lorsque la concentration en électrolyte diminue, le point de congélation augmente, atteignant la limite du point de congélation de 0 ° C lorsque la concentration en électrolyte est nulle (eau).

        La batterie peut alors être endommagée de façon permanente (installations en haute montagne). Ce phénomène réaffirme la nécessité de maintenir la salle des batteries aussi isolée que possible du froid.

        Auteur :

        Date de publication : 7 avril 2016
        Dernier examen : 28 mars 2020