Batteries solaires pour les systèmes d’énergies renouvelables au Sénégal

Une batterie solaire est également appelée batterie à décharge lente ou batterie à décharge profonde. Elle est très différente d’une batterie de voiture de par sa constitution et son mode d’utilisation. Une à décharge profonde est aussi plus cher qu’une batterie de voiture. Découvrez dans cette page tous les secrets des batteries solaires.

Principe

Une batterie solaire à décharge profonde est bien différente d’une batterie de voiture. Elle est conçue pour délivrer une énergie faible ou moyenne sur de longue durée (endurance) alors qu’une batterie de voiture est conçue pour fournir beaucoup d’énergie pendant un bref instant (démarrage du moteur). Dès que la voiture est démarrée, l’alternateur charge la batterie, celle-ci ne travaille donc qu’un très court moment.

 

 

batterie solaire

batterie voiture

Application

Stationnaire

Mobile

Utilisation de l’énergie

courant faible à moyen / longue durée

courant fort à très fort / courte durée

Nombre de cycle

élevé

faible à moyen

Profondeur de décharge

80%

20%

Durée de vie

3 à 20 ans

1 à 5 ans

Prix

élevé

faible à moyen

 

les batteries de voiture sont déconseillées pour une installation solaire

 Fonctionnement

Comme toutes les batteries, les batteries solaires exploitent la réaction chimique entre le plomb et l’acide sulfurique. Des plaques en plomb constituent l’anode et la cathode, qui baignent dans de l’acide sulfurique, appelé électrolyte. La réaction chimique est réversible, elle fonctionne dans les deux sens : la batterie peut fournir de l’électricité ou en absorber pour la stocker.

 

Réaction chimique dans une batterie Plomb Acide. Source : batterie-solaire.com

L’électricté fournie par une batterie est toujours en courant continu.

Lors de la charge de la batterie, de l’hydrogène se dégage. L’hydrogène est explosif, donc le local batterie doit être bien ventilé.

Une batterie possède une résistance interne au passage du courant, qui génère des pertes, donc elle s’échauffe. Plus le courant de charge ou décharge est fort, plus l’échauffement de la batterie est important. L’échauffement est nuisible pour la durée de vie de la batterie, en plus de diminuer le rendement de stockage. Pour éviter de gaspiller l’énergie sous forme de chaleur, le courant de charge ne doit pas dépasser 10% de la capacité (c’est à dire 10A pour une batterie de 100Ah).

Une batterie est soumise à deux rendements :

  • le rendement faradique, qui est la différence entre la Ah qui entrent et les Ah qui sortent. Ce rendement se situe autour de 90%, il dépend de la résistance interne de la batterie.
  • le rendement énergétique, qui vient de la différence entre la tension à la charge (entre 13V et 14V pour une batterie de 12V) et la tension à la décharge (entre 12,5V et 11,5V pour une batterie de 12V). Le rendement énergétique varie entre 80% et 90%. Là aussi, plus le courant de charge ou décharge est fort, plus le rendement est bas.

 Types de batteries

Il existe différentes technologies de batteries solaires, qui dépendent surtout de l’électrolyte utilisé (l’acide) :

  • batterie ouverte ou liquide
  • batterie gel
  • batterie AGM

Ces 3 batteries sont expliquées en détail dans la page sur les technologies des batteries (lien vers page technologies de batteries)

Les batteries solaires sont disponibles dans le commerce avec différentes tensions :

  • 12V : très courantes, pour des batteries solaires allant de 10 à 250 Ah, plutôt pour des usages domestiques

 

  • 2V : batteries solaires de grande capacité (applications industrielles, mini-réseau, tertiaire, de 300 à 3000Ah). Ces batteries sont très solides, avec une durée de vie étendue, mais sont aussi plus cher à l’achat

 4V et 6V pour des batteries à décharge lente de capacité intermédiaire. C’est un compromis entre les batteries de 12V et les batteries de 2V.

Fabrication

  • Une batterie solaire est consitutée de différents éléments :
  • les plaques en plomb
  • l’électrolyte, fait d’acide sulfurique liquide ou gelifié
  • les séparateurs
  • le bac
  • les accessoires : poignées, bornes, bouchons

 Les plaques d’une batterie sont en plomb, parfois allié à un peu d’antimoine ou de calcium. Les plaques sont épaisses pour obtenir une grande longévité. C’est pour ça qu’à capacité égale, une batterie à décharge profonde solaire est plus lourde qu’une batterie de voiture. Le poids d’une batterie par rapport à sa capacité de stockage est d’ailleurs un bon indicateur de qualité, car il signifie que la batterie contient beaucoup de plomb et durera longtemps.

Des séparateurs en matière plastique, non conductrice de l’électricité, sont disposés entre les plaques en plomb pour les séparer électriquement.

Des séparateurs d’élément, qui font souvent partie du boitier plastique de la batterie, servent à séparer chaque cellule de 2V à l’intérieur de la batterie. Une batterie de 12V est composée de 6 cellule de 2V, c’est pourquoi il y a 6 bouchons.

Le bac ou boitier est en plastique moulé, généralement du polypropylène de haute densité, très résistant aux chocs.

Les bornes peuvent être rondes comme sur les batteries de voiture, ou alors percées pour connecté à l’aide d’un boulon le câble électrique muni d’une cosse.

Dimensionnement

Une batterie est définie par deux grandeurs :

  • sa tension en Volt
  • sa capacité en Ah

Si on multiplie l’un par l’autre, on obtient l’énergie que contient la batterie, en Wh. Cette énergie est disponible si la batterie est déchargée en totalité. Or il est préférable de ne pas décharger une batterie solaire au delà de 80% (20% pour une batterie automobile).

On l’a dit, le courant de charge ne doit pas dépasser 10% de la capacité, voire 20% en charge de pointe, sur une durée assez courte.

Cela nous donne par exemple, pour une batterie de 12V et 100Ah :

énergie brute = 1200 Wh soit 1,2 kWh

énergie utilisable à 80% de profondeur de décharge = 1200 x 0,8 = 960 Wh

courant de charge nominal = 0,1 x 100 = 10A

courant de charge maximal (pas plus de 1h) = 0,2 x 100 = 20A

Il faut savoir que la capacité de la batterie varie en fonction de la vitesse à laquelle on la décharge. Voici les performances d’une batterie de 12V et 120Ah de marque Hoppecke (données fournies par le fabricant) :

  • décharge en 5 heures : 90 Ah
  • décharge en 24 heures : 118 Ah
  • décharge en 100 heures : 130 Ah

On constate que plus la batterie est déchargée lentement (avec un courant faible), et plus elle délivre d’énergie. Le rendement est meilleure avec une décharge lente.

La capacité d’une batterie avec une décharge en 10h est appellée capacité C10. La capacité avec une décharge en 20h est appelée capacité C20.

Quand vous comparez deux batteries de même capacité avant d’acheter, regardez bien le temps de décharge indiqué (le C...).

Une batterie de 100Ah à C10 sera nettement meilleure qu’une batterie de 100Ah à C100 !

Une autre donnée est très importante : le nombre de cycles. C’est l’endurance de la batterie, sa faculter à stocker et restituer l’énergie avant de rendre l’âme.

Le fabricant de la batterie solaire fournit généralement ce type de courbe :