Les batteries sont-elles un mal nécessaire ?

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En site isolé, sans réseau électrique, les batteries rechargeables couplées aux panneaux photovoltaïques sont inévitables.

Elles permettent de stocker de l’électricité en basse tension continue.

Ces générateurs autonomes sont apparus dans les années 1970 avec les panneaux solaires montés sur les satellites.

Ce besoin d’accumuler de l’énergie avait poussé les ingénieurs du spatial à maîtriser la technologie des batteries pour rendre les satellites de plus en plus gros (donc dévoreurs d’énergie) et de plus en plus autonomes.

Ont très vite suivis des applications pour le civil et notamment pour le photovoltaïque.

Le bon choix des batteries

Il existe deux principales catégories de batteries :

Les batteries de démarrage : ce sont celles que l’on trouve dans les véhicules. Elles sont capables de délivrer une forte intensité (en Ampères) pendant de courts instants. Leur autodécharge est élevée. Avec une capacité donnée à C5 ou C10 (décharge en 5 ou 10 heures), elles ne sont pas appropriées au stockage de l’énergie et au « cyclage ». Acheter ce genre de batteries de démarrage parce qu’elles sont moins chères à l’achat serait une hérésie pour le stockage de l’électricité générée par des panneaux solaires.

Batteries de démarrage pour les véhicules

Les batteries stationnaires : ce sont des batteries pour les applications autonomes, pour la traction électrique des véhicules (automobiles, Segway, golf cart). Elles peuvent fournir un effort soutenu et constant dans la durée. C’est ce genre d’accumulateurs qui nous intéressent pour le solaire. Capables de délivrer moins de courant mais longtemps, avec un faible taux d’autodécharge, elles supportent une alternance régulière (même quotidienne) de cycles de charge et de décharge, qu’on appelle le « cyclage ».

Parc de batteries stationnaires pour le photovoltaïque

Construction et caractéristiques des batteries rechargeables

La première batterie rechargeable développée par Gaston Planté en 1859, utilisait des plaques de plomb solides.

L’oxyde était formé sur une plaque durant la charge.

Ce type de batterie « Planté » est encore utilisé aujourd’hui pour des applications spéciales, mais elles sont chères à fabriquer, lourdes avec une mauvaise densité énergétique.

Les batteries plus récentes utilisent la technique de grilles de plomb solide avec des électrodes, anode et cathode dans un électrolyte.

Il existe deux types de batteries :

A électrolyte liquide (acide sulfurique) : il faut régulièrement compléter le niveau avec de l’eau distillée pour compenser l’évaporation au cours de la recharge, par la chaleur dégagée par la batterie elle-même. Ce sont des batteries fiables mais qui demandent un peu d’entretient.
A électrolyte gélifié : on les appelle aussi, batteries sans entretien. On peut les utiliser dans toutes les positions et l’électrolyte ne risque pas de fuir. Elles sont par contre plus fragiles, elles ne supportent pas les surtensions électriques et durent moins longtemps.

Entretien d’une batterie à électrolyte liquide

Cycles et durée de vie

Le nombre de cycles maximal et la durée de vie des batteries sont fortement dépendants de la technologie de fabrication et des conditions d’utilisation.

En pays chaud, avec une température supérieure à 35°C, la durée de vie des batteries et le nombre maximal de cycles ne seront jamais atteints, par les phénomènes de corrosion.

On choisira donc pour limiter l’investissement, des cycles journaliers de charge/décharge de l’ordre de 80%.

A l’inverse, dans les pays tempérés, les phénomènes de corrosion étant limités, le choix du dimensionnement de la batterie et de la profondeur de décharge dépendra de :

L’autonomie désirée en tenant compte des variations d’ensoleillement.
Des coûts de remplacement des batteries.
Des capacités d’investissement au départ.
De l’aspect environnemental, comment recycler les batteries.

Le nombre de cycles est toujours inversement proportionnel à la profondeur de décharge : par exemple une batterie pouvant fournir 300 cycles à 100 % de décharge doit pouvoir fournir 600 cycles à 50 % de décharge.

En conclusion

Les batteries sont des déchets toxiques : métaux lourds, acides.

Des améliorations sur leur longévité, leur rendement, pour des composants moins toxiques, pour leur recyclage, ont été apportées ces dernières années.

En site isolé ou pour une parfaite autonomie, ces « réservoirs d’électricité » sont indispensables.

Consommons-les à bon escient et avec modération.

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