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Lorsqu’elle n’est pas consommée ni injectée dans le réseau (autoconsommation avec injection, revente en totalité, ... ) l’électricité produite doit être stockée, sous peine d’être perdue.

Le stockage de l’électricité a beaucoup de sens pour les sites isolés (non raccordés au réseau) pour lesquels l’équation n’est pas seulement économique. Dans les autres cas, la durée de vie relativement faible des batteries et leur prix élevé rendent le retour sur investissement compliqué.

Sommaire:

  1. Les batteries
  2. Le smart grid / réseau intelligent
  3. Le stockage virtuel





1. Les batteries



Il existe différents types de batteries solaires correspondants à différentes technologies employées (batteries au plomb, Lithium-ion, Nickel-Cadmium, …). Attention, toutes les batteries solaires ne sont pas adaptées à toutes les utilisations.

De plus il faut savoir que comme pour tout autre produit, la qualité peut être différente entre 2 batteries de même type, et avec la même capacité de stockage. La qualité des constituants de la batterie influence fortement ses performances, et donc sa durée de vie. Cet écart peut être « du simple au double ».

IMPORTANT : 2 batteries du même type, et de même capacité apparente ne se valent pas forcément.



A. Les données techniques applicables à toutes les batteries « solaires »


a. Capacité des batteries solaires



La capacité des batteries solaires à stocker et restituer l’électricité est exprimée, comme pour une production et une consommation en Wh (Watts x Heures) ou kWh (= 1 000 Wh).

Petit rappel sur la différence entre les W (Watts) et les Wh (Watts Heures) :
Beaucoup de personnes (même parmi les professionnels, et surtout sur le net !) s’emmêlent les pinceaux (ou plutôt les câbles ;-)) entre les W et les Wh.

Les Watts (W) = unité de puissance instantanée.

Les Watts Heures (Wh) = unité de quantité d’énergie.


Un appareil électrique de 2 000 W, pourra consommer en instantané jusqu’à 2 000 W.
Si vous le faites fonctionner pendant une heure à pleine puissance, il aura consommé 2 000 Wh, soit 2 kWh.
Mais il aura aussi consommé 2 kWh si vous le faites fonctionner à 50% de sa puissance maximale (1 000 W) pendant 2 heures.

Petite analogie entre puissance électrique et vitesse de déplacement d’un véhicule :
Les W seraient l’équivalent des Km/h, et les Wh l’équivalent des Km.
Une voiture qui roule à 100 Km/h pendant 1 heure aura parcouru 100 Km.

Cette analogie peut paraître troublante et elle explique en partie pourquoi il y a tant de confusions entre W et Wh


Revenons à nos batteries solaires !



La capacité en Wh d’une batterie s’obtient en multipliant la tension à ses bornes (V) par sa capacité (son intensité sur une durée) exprimée en Ah.

V x Ah = Wh


Exemple : une batterie de 12 V et 100 Ah chargée totalement est donc capable de restituer 1 200 Wh.



Mais cette capacité de restitution dépend de l’intensité (I) qui est demandée à la batterie lors de sa décharge.

Pour chaque batterie solaire, le rapport entre l’intensité de décharge et la capacité de la batterie est visualisable sur une courbe établie en fonction du type de batterie et de ses caractéristiques techniques, propres à chaque fabricant.


Courbe capacité batterie en fonction de l'intensité de soutirage
Cet exemple de courbe, nous indique que cette batterie de 12V fournira 100Ah répartis sur 20h si le courant de décharge est de 5A.

Par contre si le courant de décharge est de 9A, elle sera capable de fournir 90Ah répartis sur 10h.

Plus la décharge est lente, plus la batterie pourra fournir d’Ah et donc de Wh.


Pour résumer cela, cette batterie est qualifiée de « batterie 12V C20 100Ah », qu’il faut traduire par « batterie de capacité 100Ah si le courant de décharge est régulier pendant 20 heures et égal à 5A (= 100 Ah / 20 h) ».

En effet le C20 donne une indication de l’intensité à respecter pour obtenir une restitution de 100 Ah, et la durée de déchargement qui en découle.

Néanmoins sans la courbe, il est impossible de déduire, à partir de cette caractérisation (« 12V C20 100Ah ») quelle serait la capacité de restitution de décharge en 10 heures, car l’évolution n’est pas linéaire.

Sur certains modèles la mention Cxx peut être remplacée par xx h ou xx hr de sorte que C20 = 20 h = 20 hr


b. Cyclage des batteries « solaires » et profondeur de décharge (DOD)


Un cycle correspond à une charge et une décharge. Une batterie solaire se caractérise entre autres par le nombre de cycles qu’elle peut encaisser. C’est une information sur sa durée de vie.

La profondeur de décharge (« Depth Of Discharge » : DOD) est le taux de décharge auquel est soumis une batterie. Ex : une DOD de 80% signifie que la batterie a atteint un niveau de décharge de 80% (donc reste 20% de charge). Les batteries ont une DOD maxi à ne pas dépasser sous peine d’une dégradation des performances.

Le cyclage (ou nombre de cycles possibles) et la DOD sont étroitement liés.

En effet plus la DOD à laquelle la batterie sera soumise sera importante (en veillant à ne pas dépasser le maxi), moins le nombre de cycles le sera.

Exemple pour une même batterie le fabricant annonce :

  • 1500 cycles à DOD = 80%
  • 2500 cycles à DOD = 50%
  • 4000 cycles à DOD = 30%



c. Influence de la température sur la capacité des batteries



Les caractéristiques vues précédemment sont valables à une température donnée, généralement à 20°C, car la température de la batterie solaire influence ses performances, comme l’illustre la courbe suivante


Influence de la temperature sur la performance des batteries solaires


Plus la température est élevée, plus la capacité de la batterie est importante.






B. Les différents types de batteries « solaires »


Il existe différents types de batteries compatibles avec l’utilisation dans le cadre d’une installation solaire photovoltaïque.

Elles ont en commun d’être compatibles avec des cycles de charge et décharge quotidiens et lents, surtout pour la charge, car elle provient principalement (c'est le but!) des panneaux photovoltaïques qui ne sont pas toujours exposés à une irradiation importante et fournissent en priorité le courant pour la consommation instantanée. De plus elles ne supportent pas que leur niveau de charge descende en dessous d’un certain seuil qui varie de 20% à 80% selon le type de batteries

Voici les principales technologies de batteries :

  • Les batteries au plomb « ouvertes »
  • Les batteries AGM
  • Les batteries Gel
  • Les batteries Plomb Carbone
  • Les batteries OPzV
  • Les batteries Lithium (plusieurs déclinaisons)




a. Les batteries au plomb « ouvertes »



C’est le plus ancien type de batteries utilisées en solaire photovoltaïque. Elles sont dites ouvertes car elles nécessitent l’ajout régulier d’électrolyte, et disposent donc de bouchons pour cela. Elles ne sont donc pas étanches. De plus elles émettent de l’hydrogène (inflammable) et doivent donc être stockées dans un endroit ventilé. La profondeur de décharge (DOD = Depth of Discharge) acceptée est faible ainsi que le nombre de cycle. Mais ce sont des batteries bon marché, c’est pourquoi elles sont encore utilisées malgré l’apparition de modèles plus performants.


b. Les batteries AGM



C’est l’équivalent des batteries au plomb « ouvertes », mais l’électrolyte est imprégné dans un buvard. Elles sont fermées et étanches et ne nécessitent pas d’entretien (pas d’ajout d’électrolyte). Elles permettent un nombre de cycles relativement faible, et acceptent mal une profondeur de décharge (DOD) importante. Cependant elles encaissent mieux que les batteries plomb « ouvertes » ou Gel, des vitesses de charge et de décharge importantes.

Retrouvez nos batteries AGM.


c. Les batteries Gel



C’est la version la plus évoluée de la batterie au plomb. Leur nom vient du fait que l’électrolyte est gélifié. Elles sont étanches et sans entretien. Elles acceptent une DOD et un nombre de cycles plus importants, mais supportent moins bien que les batteries AGM les vitesses de charge et de décharge trop importantes. Elles sont donc à privilégier pour les utilisations fréquentes (décharges régulières et pas trop rapides).

Retrouvez nos batteries Gel.

d. Les batteries Plomb-Carbone



Pour ces batteries un additif au carbone est inséré dans les plaques de plomb pour améliorer la circulation du courant. Ces batteries ont de bonnes performances à basse températures. De plus elles proposent de bonnes performances même lorsqu’elles sont en charge partielle. Leur nombre de cycles est important.


e. Les batteries OPzV



Autrement appelées « Gel Long Life », ces batteries solaires ont la particularité d’avoir des plaques tubulaires alors que les précédentes ont des plaques de plomb planes. Cela leur confère une tenue au cyclage plus importante et donc une plus longue durée de vie. Plus compliquées à fabriquer, elles sont donc plus chères. Elles se présentent sous la forme de modules de 2V, mais certains fournisseurs les proposent en 6V, voir plus, en assemblant en usine des modules de 2V.


f. Les batteries Lithium



C’est la dernière génération des batteries solaires. Il en existe plusieurs déclinaisons. Elles permettent un nombre de cycles plus important que les précédentes catégories, ainsi qu’une profondeur de charge importante. Elles intègrent un BMS (Battery Management System) de sorte à respecter les règles de décharge et de température essentielles pour assurer son bon fonctionnement et la durée de vie annoncée par le constructeur. Mais ce n’est pas tout : l’onduleur doit être capable de gérer au mieux ce type de batterie et pour cela communiquer avec le BMS de la batterie (voir onduleurs hybrides LIEN).

Ces derniers temps, une tendance consiste à donner une seconde vie aux batteries Lithium-ion des véhicules électriques en les utilisant pour des installations solaires photovoltaïque, à suivre …

Retrouvez nos batteries Lithium.


C. Attention aux idées reçues sur les batteries !


« En ajoutant des batteries à mon installation photovoltaïque je vais pouvoir me déconnecter du réseau, et faire des économies »

C’est probablement faux car :

  • Les batteries sont coûteuses et le rapport « coût / KWh délivrés » reste élevé et s’ajoute au coût de production de cette électricité par votre installation photovoltaïque => plus cher que les tarifs de l’électricité en France pour le moment.
  • Pour calculer le nb de kWh que votre batterie pourra délivrer au cours de sa vie, il faut faire le calcul suivant : Energie fournie (kWh) = Tension (V) x capacité (Ah) x Profondeur de décharge recommandé (%) x nb de cycles annoncé par le fabricant
  • Les journées d’hiver, l’irradiation solaire pourrait ne pas permettre de recharger suffisamment les batteries pour la consommation de la nuit, voir des jours très sombres => besoin de faire appel au réseau pour apporter le complément de charge de la batterie
  • Si vous vous chauffez à l’électricité votre consommation sera trop importante





« Les batteries solaires sont polluantes »

C’est vrai, mais moins qu’on le pense si on ne les jette pas avec les ordures ménagères : il existe des filières de recyclage des batteries, même pour les batteries au plomb. Il suffit de les déposer à la déchetterie lorsqu’elles arrivent en fin de vie. Une grande partie des matériaux est recyclée, mais pas 100%, et le procédé de recyclage laisse s’échapper des gaz toxiques.



« Une batterie qui n’est pas connectée ne se décharge pas »

C’est faux. Même quand elles ne sont pas connectées, les batteries se déchargent. C’est ce qu’on appelle l’auto-décharge. L’auto-décharge dépend du type de batterie et de la température de stockage de la batterie.

Par exemple une batterie AGM stockée à 40°C perdra plus de 50% de sa charge en 6 mois, alors que la même batterie stockée à 0°C ne perdra que 10% de sa charge en 6 mois.

Une batterie Lithium a un taux de décharge très faible (mais non nul !)






D. Tableau récapitulatif des caractéristiques des batteries solaires

 

Type de batteries

Avantages

Inconvénients

Nb de cycles (dépend de la DOD)

DOD* Maxi

Utilisations préconisées

A Plomb « ouverte »

Prix faible

Entretien nécessaire

Pas étanche

Rejet d’hydrogène

Nb de cycles faible

DOD faible

La chaleur réduit la durée de vie

< 500 cycles

50%

Usage occasionnel, site isolé type « résidence secondaire » - stockage dans local isolé et à T° basses à moyennes

AGM

Etanche et sans entretien

DOD importante

Nb de cycles faible

< 1 500 cycles

80 %

Usage quotidien

Gel

Etanche et sans entretien

DOD importante

Nb de cycles important

Supporte mal une vitesse élevée de charge et décharge

< 1 800 cycles

90 %

Usage quotidien – puissance de consommation instantanée faible

Plomb-Carbone

Etanche et sans entretien

Bonnes performances à basses T° et à charge partielle

Prix 2 fois plus important que Plomb « ouverte »

< 3 000 cycles

90 %

Usage quotidien - Site exposé à de basses températures et puissances de charge faibles (faible puissance Wc ou météo souvent nuageuse)

OPzV (ou Gel long Life)

Etanche et sans entretien

Nb de cycles plus important que les précédentes

Prix élevé

< 4 500 cycles

80 %

Usage quotidien et intense

Lithium

Etanche et sans entretien

Profondeur de décharge très importante et nombre de cycles élevé

Prix très élevé

Avoir un onduleur communiquant avec BMS de la batterie

< 7 000 cycles

80 %

Usages quotidien et intense

*DOD = Depth Of Discharge = profondeur de décharge 







E. Comment dimensionner le besoin de stockage sur batteries solaires ?


IMPORTANT : les régulateurs de charge, ou les onduleurs hybrides gèrent la charge et la décharge des batteries. Ils intègrent une fonction de gestion qui tient compte du type de batteries. Plus cette fonctionnalité est évoluée, plus la durée de vie de votre batterie solaire sera importante. Si vous envisagez l’utilisation de batterie pour votre installation, soyez attentif à cette fonctionnalité pour le choix de votre régulateur de charge ou votre onduleur hybride.

Il est important de connaitre l’objectif qui vous amène à penser au stockage sur batteries de votre électricité solaire.

Si l’objectif est purement économique, c’est-à-dire que vous souhaitez vous passer du réseau national alors que votre site est raccordé ou raccordable pour faire des économies, nous vous conseillons d’oublier cette option, sauf si vous consommez peu d'électricité. Le coût des batteries est encore trop élevé au regard de leurs performances et rendrait le prix de revient de votre électricité plus élevé que le prix de l’électricité du réseau (en France). Il pourra être intéressant de s’y repencher dans quelques années. En effet le prix de l’électricité va continuer à augmenter  (voir notre point sur l'évolution du prix de l'électricité en France) et celui des batteries à baisser, et ainsi l’équation économique deviendra intéressante.

Si votre site est connecté au réseau et que votre objectif est autre, comme se prémunir de coupures de courants intempestives ou se protéger d’un black-out réseau par exemple, … ou si votre site n’est pas raccordable au réseau national d’électricité, alors nous vous recommandons de dimensionner le stockage en fonction du besoin de consommation journalier, de la puissance instantanée maximale qu’il faudra fournir et éventuellement (selon le cas) du nombre de jours (ou d’heures) d’autonomie.

Retrouvez une méthode détaillée de dimensionnement ici.



F. Pourquoi et comment associer des batteries ?


Pour atteindre la capacité de stockage souhaitée, il peut être nécessaire d’associer plusieurs batteries. Mais il y a des règles à respecter :

  • Les batteries doivent être identiques
  • Ne pas associer des batteries ayant des niveaux d’usure différents, et donc ne pas ajouter une batterie neuve à un parc de batteries déjà existant
  • Plus vous avez besoin d’une capacité importantes, plus vous devez augmenter la tension aux bornes de votre parc de batteries en passant de 12V à 24V, puis à 48V.



Le branchement des batteries se fait en série ou en parallèle, selon les besoins d’additionner les tensions (V) ou les capacité (Ah), selon les principes classiques en électricité :

  • En parallèle les capacités (Ah) s’additionnent, mais pas les tensions
  • En série les tensions (V) s’additionnent, pas les capacités



G. Conclusion sur les batteries solaires


Les batteries solaires restent onéreuses au regard de leur capacité et de leur durée de vie.

Elles ne peuvent être viables économiquement et doivent donc être envisagées lorsque l’intérêt est autre comme par exemple :

  • Avoir de l’électricité en absence de soleil sur un site isolé
  • S’affranchir de coupures de courant répétées
  • Se couper du réseau lorsque la résidence à alimenter est peu énergivore (le prix de l'abonnement dans ce cas rend le prix au kWh du réseau très élevé)
  • Se protéger d’un black-out électrique (forte tempête qui endommagerait le réseau par exemple)
  • S’affranchir totalement de l’électricité d’origine nucléaire



Cependant leur utilisation doit être associée à une consommation d’électricité raisonnée, voire frugale!

En dehors de cela, si l’intérêt est économique, mieux vaut attendre la baisse importante des prix qui devrait se produire dans les prochaines années du fait des travaux de R&D conséquents menés sur ce sujet au profit de la mobilité électrique mais dont le solaire bénéficiera à coup sûr.







2. Réseau intelligent / « Smart grid »


Une façon de maximiser le retour sur investissement d’une installation solaire (sans batterie) est de faire coïncider la consommation avec la production, c’est-à-dire le jour, et à des moments où l’ensoleillement est bon. L’objectif est d’augmenter son taux d’autoconsommation.

Attention : il ne s’agit pas d’augmenter sa consommation totale, mais juste de « déplacer » sa consommation.

Pour cela, on peut, par exemple, changer la programmation du déclenchement d’un chauffe-eau électrique, en l’actionnant la journée plutôt que la nuit (heures creuses). Mais ce type d’action a une efficacité limitée, car certaines journées nuageuses ne suffiront pas à fournir de l’électricité pour alimenter le chauffe-eau. Par conséquent c’est le réseau qui fournira le complément (au prix fort).

Pour être plus efficace, il existe le principe de « Smart Grid ». Cela consiste à piloter intelligemment les différents points de consommation afin d’orienter le courant de façon optimale. C’est en d’autres mots de la domotique dont les règles établies pour le déclenchement d’un ou plusieurs appareils électriques (chauffe-eau, gros électroménager, chauffage électrique) se basent sur la mesure du courant produit par votre installation solaire photovoltaïque et le courant consommé, le tout en temps réel.

Exemple : Vous produisez à un instant T 2 000W grâce à vos panneaux photovoltaïques, et votre consommation instantanée (non pilotée, comme l’éclairage, les appareils de cuisson, …) n’est que de 500W, alors le système actionnera le chauffe-eau pour une consommation de 1 500W, ce qui permettra de réduire la consommation de ce dernier la nuit suivante. La puissance consommée par le chauffe-eau sera ajustée en permanence pour tenir compte de la fluctuation de l’écart entre la production et la consommation non-pilotée.

Un équipement complémentaire est souvent nécessaire. Il s’agit d’une « box » qui analyse la consommation ainsi que la production et applique les règles implémentées, et des boîtiers à mettre entre la prise murale et la prise d’alimentation de chaque équipement qu’on souhaite piloter, voir des relais. Ces derniers peuvent être remplacés par un pilotage directement depuis le tableau électrique.

A Noter : Certains fabricants d’onduleurs solaires proposent désormais cette fonctionnalité de série pour permettre le pilotage d’un a plusieurs équipements électriques. Il s'agit notamment des gammes primo et symo de Fronius







3. Le stockage virtuel


Un autre mode de stockage commence à être proposé par certains fournisseurs d’énergie : le stockage virtuel.

Cela consiste à comptabiliser le surplus injecté sur le réseau, et le fournir lorsque la production n’est pas assez importante pour couvrir la consommation (la nuit par exemple).

Ce stockage est dit « virtuel » car rien n’est stocké, et l’électricité qui est consommée n’est pas véritablement celle que vous avez produite.

Il est proposé par des fournisseurs d’électricité qui ne propose pas de contrat d’obligation d’achat à tarif réglementé. Par conséquent ce n’est pas compatible avec la prime à l’investissement.

De plus l’électricité « stockée » et consommée ultérieurement est soumise au paiement des taxes (TCFE, CSPE) et du tarif d’acheminement (TURPE), soit 0,0824 €/kWh (contre 0,1562 €/kWh en heure pleines pour un abonnement à 9 kVA), auquel s’ajoute un abonnement de quelques euros par mois à ce service.

Vous l’aurez compris, économiquement parlant cette solution est à l’heure actuelle moins intéressante que la revente du surplus au tarif de rachat réglementé, surtout si vous êtes éligible à la prime d’investissement.

Si vous n’êtes pas éligible à la prime d’investissement ce choix pourrait être payant en pariant sur une augmentation forte du prix de l’électricité. En effet, alors que le tarif de rachat du surplus restera à 0.10 €/kWh pendant 20 ans, le tarif de l’électricité augmentera et l’économie réalisée par le stockage virtuel augmentera.



A notre connaissance 2 fournisseurs d’électricité proposent le stockage virtuel : Urban solar Energy et Planete-Oui


Voici une rapide simulation (faite avec les tarifs en vigueur en mars 2020) qui illustre le manque d’intérêt économique. Vous pouvez accéder au tableur excel pour connaitre toutes les hypothèses prises et ainsi en faire varier certaines en nous faisant la demande via le formulaire de contact.
simulation économique stockage virtuel


Avec 3% de hausse des tarifs de l’électricité par an, même sans la prime d’investissement, la revente du surplus reste économiquement plus intéressante que le stockage virtuel proposé par les 2 fournisseurs cités.


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