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Première STI2D Batteries solaires pour stocker l'énergie Les batteries solaires

Première STI2D Batteries solaires pour stocker l'énergie Les batteries solaires stockent l'énergie produite par les panneaux photovoltaïques afin d’assurer l'alimentation électrique en toutes circonstances (jour ou nuit, ciel dégagé ou couvert). Une batterie utilisée avec des panneaux solaires ou une éolienne est une batterie à décharge lente (appelée aussi batterie solaire). Ces batteries sont spécifiquement conçues pour les applications solaires ou éoliennes. Elles n'ont pas les mêmes caractéristiques qu'une batterie de voiture par exemple, elles se déchargent plus progressivement et supportent mieux les décharges fréquentes peu profondes. Vous pouvez brancher une batterie solaire directement sur un panneau solaire, mais vous risquez d'endommager la batterie si son niveau de charge dépasse les 90%. C'est pour cela qu'il est vivement recommandé d'installer un régulateur solaire entre le panneau solaire photovoltaïque et la/les batteries solaires. Le rôle du régulateur dans une installation solaire est très important car le niveau de charge des batteries solaires ne doit être ni trop bas (pas en dessous de 40%) ni trop haut (ne pas dépasser 95%). Des charges trop faibles ou trop importantes non régulées détériorent les batteries et limitent leur durée de vie. Nous vous recommandons de bien vérifier que le cyclage (nombre de cycles complets de charge - décharge de la batterie) est clairement indiqué par le fabricant. Le cyclage indique la durée de vie de la batterie solaire. Les batteries solaires de qualité ont une durée de vie de plus de 500 cycles, soit de 7 ans jusqu'à 15 ans. Les principales utilisations d'une batterie solaire sont : installation solaire en site isolé, camping car, caravaning, nautisme. 1. Définir la capacité de stockage des batteries solaires La première question à se poser est la question de la capacité de stockage d'énergie solaire ou éolienne, dont vous avez besoin. La capacité d'une batterie solaire est exprimée en Ampères Heure (Ah) ce qui désigne le débit totale d'énergie de la batterie dans des conditions données (10 heures, 20 heures, ...) Avec un régulateur solaire (qui se branche entre les panneaux solaires et la batterie), vous régulez la charge de la batterie, qui ne doit pas dépasser 90%, ni ne doit descendre sous les 40%, car une surcharge comme une décharge trop profonde endommage ces batteries et diminue leur durée de vie. Donc, si nous reprenons notre exemple, une batterie 100 Ah – 12V, pourra se décharger au mieux de 60Ah (60% x 100Ah). Cela représente par rapport à votre besoin quotidien en énergie 60 Ah x 12V = 720 Wh 1 ETT Première STI2D 2. Déterminer la tension de votre installation photovoltaique Ensuite, il faut déterminer la tension de stockage de l'énergie solaire : 12V, 24V ou 48V. La règle pour cela est assez simple : plus vous utilisez d'énergie, plus vous devez utiliser une tension élevée, afin de diminuer les déperditions d'énergie, qui surviennent quand l'énergie est transportée ou stockée. On peut conseiller les trois cas de figures suivants : Puissance de l'installation photovoltaïque Tension recommandée De 0 à 800 Wc 12V De 800 à 1600 Wc 24V Au dessus de 1600 Wc 48V Le montage des batteries se fait en série ou en parallèle pour augmenter la tension ou la capacité : - Le montage en parallèle (qui consiste à relier les bornes "+" aux bornes "+" et les bornes "-" aux bornes "-") permet d'additionner les capacités de stockage (en Ah) tout en conservant la même tension (en Volts). - Le montage en série permet d'additionner la tension des batteries, en revanche la capacité en Ah reste celle d'une seule batterie. 3. Intégrer l'autonomie souhaitée pour finaliser votre estimation Dernière question, il vous reste à déterminer l'autonomie dont vous avez besoin. Pour cela, vous devez fixer le nombre de jour d'autonomie de votre installation photovoltaïque, c'est-à-dire le nombre de jours pendant lesquels vos batteries n'ont pas besoin d'être rechargées tout en conservant une consommation d'énergie normale. En général, cela représente le nombre de jours consécutifs sans soleil auquel vous pouvez faire face. En France, l'autonomie moyenne des installations en site isolé est de 3 à 5 jours. En continuant avec notre exemple, si vous avez un besoin d'énergie de 900 Wh par jour et que vous choisissez une autonomie de 3 jours, votre besoin de stockage sera de 3 x 900 Wh = 2700 Wh (pour simplifier, car il faudrait ajouter à cela une déperdition de charge de 15% à 30% à cause du câblage, de l'onduleur ...). Soit en 12V, une capacité de 2700 Wh / 12V = 225 Ah. Comme indiqué plus haut il est recommandé de ne pas décharger sa batterie au delà de 50%, donc il faut prévoir le double en capacité de batterie, soit 450 Ah. Donc vous pourriez choisir avec une bonne marge de sécurité 4 batteries de 150 Ah – 12V qui vous donneront une capacité cumulée de 600 Ah. 4. Batterie solaire : capacité et durée de vie 2 ETT Première STI2D Une installation photovoltaïque autonome (dite aussi site isolé) comporte une ou plusieurs batteries pour stocker l'énergie produites par les panneaux photovoltaiques. Ces batteries spécifiques sont appelées "batterie à décharge lente" (ou pour simplifier batterie solaire). Ces batteries sont conçues pour restituer un courant stable pendant de longues périodes en conservant leurs aptitudes à la recharge, et ceci à un grand nombre de reprises (cycles), on parle de batteries stationnaires ou à décharge lente. Une batterie solaire comporte des électrodes positives et négatives composées d’alliages dissemblables plongées dans un électrolyte (acide). L’ensemble est encapsulé dans un bac scellé ou muni d’un bouchon de remplissage et d’un évent. Les réactions d’oxydoréduction, qui gouvernent le fonctionnement d’une batterie sont réversibles, dans la mesure où celle ci n’a pas été longtemps ni complètement déchargée, ni trop surchargée. Un fonctionnement prolongé dans l’un ou l’autre de ces états aboutirait à la destruction des capacités de la batterie. Il existe des batteries solaires fonctionnant en 2 Volts, 6 Volts ou 12 Volts (tension nominale), dont la capacité (en Ampères heure) est inversement proportionnelle à la tension : les batteries ayant la capacité de stockage la plus élevée sont les batteries 2V. Ces batteries sont différenciées par la géométrie des plaques positives (planes ou tubulaires) et par la forme de l’électrolyte (liquide, gel). 5. C'est quoi la capacité d'une batterie solaire ? Comment on la mesure (C10, C20, C100, …) ? La capacité d'une batterie solaire (appelée aussi batterie à décharge lente) se mesure en ampères heure (Ah). Elle représente le "débit" potentiel de la batterie. Mais il faut ajouter à cela la vitesse de décharge de la batterie qui a un impact sur la capacité : plus la rapidité de la décharge est importante, plus la capacité réelle de la batterie sera faible. Ainsi une batterie présentant la capacité de 70 Ah en C100 aura réellement une capacité de 70 Ah si la décharge prend 100 heures, environ 55 Ah en 20 heures et seulement 50 Ah en 10 heures. Pour le dire autrement : si on décharge complètement cette batterie selon une intensité de 5 Ampères, la décharge ne durera que 10 heures (10 x 5 = 50) cette même décharge durera 20 heures à la cadence de 2,75 A (2.75 x 20 = 55Ah) et enfin 100 heures à la cadence de 0,7 A (.68 x100 = 70 ah). Mais attention, dans une installation photovoltaïque ou éolienne, cette capacité n'est qu'une base de travail, car il est hors de question de décharger une batterie à 100% : cela la détruirait. Dans le cadre d'un dimensionnement photovoltaïque ou éolien, on prendra donc comme hypothèse une décharge possible de 40% (jusqu'à 50% maximum), afin de ne pas endommager la batterie et de prolonger sa durée de vie. 3 ETT Première STI2D Enfin il ne faut pas confondre capacité d'une batterie qui est exprimée en Ah et la consommation d'un appareil électrique que vous souhaitez brancher sur cette batterie et qui s'exprime en Watts heure 6. Comment définit-on la durée de vie d'une batterie solaire ? La durée de vie d'une batterie solaire s'évalue en nombre de cycles de charge/décharge qu'elle est capable de supporter. On dit "estimer" car il s'agit d'une donnée basée sur un niveau de décharge et sur des conditions atmosphériques données. La durée de vie d'une batterie solaire dépend d'abord de la technologie utilisée : plomb ouvert, AGM, GEL. Ensuite les batteries solaires vieillissent en raison des charges et décharges : le nombre de cycles dépend principalement de la profondeur habituelle de décharge. Pour vous donner un ordre d'idée, pour des décharges de l'ordre de 40%, on peut estimer les durées de vie suivantes pour les différents types de batteries à décharge lente : - Batterie solaire au plomb ouvert : 400 à 500 cycles - Batterie solaire AGM : 600 à 700 cycles - Batterie solaire GEL : 800 à 900 cycles 4 ETT Novéa Energies 1, Rue Fleming 49066 ANGERS Tél : 02 41 36 53 98 - Fax : 02 41 36 53 99 www.novea-energies.com LAMPADAIRE AUTONOME LUMEA DIDACTIQUE NOTICE D’UTILISATION POUR MESURES uploads/s3/ ressource-batterie-solaire.pdf