À quoi servent les batteries solaires ?
La production d’énergie photovoltaïque s’effectue seulement pendant les périodes d’ensoleillement (jours ensoleillés, journée…), or, la majorité de la consommation d’énergie d’un foyer n’est pas réalisée pendant ces périodes. Les phases de production et de consommation ne sont pas en adéquation, il faut donc pouvoir utiliser cette énergie produite en décalé, et la stocker. Les batteries solaires sont des technologies permettant de stocker ce surplus d’énergie pour le réutiliser pendant les périodes de consommation.
Comment fonctionnent les batteries pour panneaux solaires ?
Une batterie pour panneau solaire s’intègre au réseau photovoltaïque entre les appareils énergivores et la production des panneaux solaires. En fonction du type de batterie choisie, l’énergie pourra être stockée sous forme électrique ou thermique afin d’être réutilisée en dehors des périodes de production solaire.
Les différents types de batteries solaires
Il existe 2 grands types de batteries solaires (ainsi qu’une 3ᵉ un peu spécifique), qui permettent de conserver l’énergie solaire pour la réutiliser plus tard.
Les batteries électriques qui permettent de conserver cette énergie sous forme d’électricité pour alimenter les appareils électriques et les batteries thermiques qui conservent cette énergie sous forme de chaleur et/ou de froid pour assurer le chauffage et l’ECS (principalement) tout au long de la journée même en l’absence de production solaire.
Batterie solaire électrique
Les piles électriques pour panneaux solaires permettent de conserver le courant continu produit par les panneaux solaires sous forme de potentiel de courant alternatif et donc d’alimenter l’ensemble des appareils électriques du foyer en dehors des périodes de production.
Bonne idée de prime abord, elles présentent plusieurs inconvénients et surtout ne répondent pas à la problématique énergétique qui pèse le plus sur la facture d’électricité, à savoir le chauffage et l’eau chaude sanitaire.
Il existe 3 grands types de batteries électriques pour panneaux solaires, à base de plomb (plomb ouverte, AGM, GEL), lithium et eau salée.
Batterie au plomb
Dans la famille des batteries solaires au plomb, on va retrouver 3 sous-types :
- La batterie au plomb ouverte inventée au 19e siècle est le type de batterie le moins cher. Mais aussi et malheureusement le plus fragile, le moins efficace en termes de charge et de décharge. C’est aussi le type de batterie qui nécessitera le plus d’entretien pour une durée de vie n’excédant que difficilement les 5 ans.
- La batterie AGM (plomb étanche), un peu moins fragile que la précédente, mais toujours faible à la décharge (fréquente sur de l’autoconsommation) et n’ayant pas une durée de vie beaucoup plus importante.
- La batterie GEL (mélange de plomb et d’électrolyte sous forme de gel) inventée dans les années 1950 est la version la plus performante de batterie à plomb. Les versions très haut de gamme peuvent atteindre jusqu’à 10 ans de durée de vie (6 ans pour les modèles standards).
Une technologie basée sur l’utilisation de plomb, une ressource présente sous beaucoup de forme dans la croûte terrestre, mais dont l’extraction et le recyclage sont très polluants. Ce sont les 3 types de technologies utilisées pour les batteries de voiture thermique. Mais elles peuvent aussi être exploitées dans le cadre d’une installation en autoconsommation avec un budget très serré. Malheureusement leur durée de vie très limitée, leur entretien fastidieux et leur efficacité peu adaptée aux cycles de charge/décharge du photovoltaïque en font un type de batterie à éviter.
Batterie au lithium-ion
Les batteries utilisant la technologie lithium-ion sont globalement plus efficaces à tous les niveaux par rapport aux batteries à plomb. Mises pour la première fois sur le marché dans les années 90, elles ont une meilleure durée de vie (8 à 10 ans en moyenne), se déchargent beaucoup moins au repos, la charge/décharge est plus efficace (même si toujours trop lente) et ne nécessitent pas d’entretien spécifique.
L’extraction du lithium est très énergivore en eau, ce qui entraîne des problèmes, comme la pollution des sols et le pillage des réserves d’eau. En Bolivie, cette « ruée vers l’or blanc » menace par exemple le plus grand désert de sel du monde…
De plus, une fois les batteries au lithium ion usées, elles ne sont, à ce jour pas (ou très peu) recyclées.
Batterie à eau salée (sodium-ion)
Les batteries à eau-salée (sodium-ion) sont une alternative plus écologique aux batteries des technologies précédentes. C’est une technologie relativement récente qui utilise le sodium pour conserver l’énergie.
Comme pour la batterie à lithium-ion, la batterie à sodium-ion capte l’énergie sous forme d’électricité dans un fluide (ici composé d’eau de mer riche en sodium).
Par rapport aux technologies de batterie « classique », la batterie à eau salée présente deux gros avantages, premièrement, c’est une technologie que l’on peut considérer comme « écologique« . Elle n’utilise en majorité que de l’eau salée riche en sodium, du carbone et de l’oxyde de manganèse qui sont des éléments très courants et non toxiques. Ce type de batterie peut aussi entièrement se décharger sans risquer de dommages, contrairement aux batteries au plomb et au lithium.
Mais les batteries à sodium-ion présentent malheureusement deux très grosses problématiques. Premièrement, elles sont plus encombrantes, pour une batterie de taille standard, il faut s’attendre à une colonne de 1 mètre de haut pour 100 kg (soit 3x plus gros qu’une batterie à lithium-ion par exemple). Ensuite, la batterie à eau salée ne peut, pour l’instant, pas être aussi puissante en kWh qu’une batterie au lithium. De plus, durant les pics de consommation importants, elle ne peut pas assurer entièrement l’alimentation des appareils énergivores du foyer.
Cela étant dit, c’est aussi une toute nouvelle technologie sur laquelle les retours d’expériences sont encore très rares.
Batterie solaire thermique
Bien que conserver le courant continu produit par les panneaux photovoltaïques en courant alternatif via un mélange à base de plomb, lithium ou sodium soit une réponse à première vue logique, si nous regardons en détail de quoi est constitué la consommation énergétique d’un foyer, on se rend très vite compte que cette façon de conserver l’énergie n’est pas la plus efficace.
Une autre technique consiste à transformer cette production d’énergie en potentiel thermique. Pourquoi ? Nous l’avons vu, l’objectif d’une batterie est d’assurer l’alimentation des activités d’un foyer hors des périodes de production solaires (donc la nuit, soirée, début de matinée et jours de faible rayonnement). Cependant, d’après l’ADEME, 70 % de la consommation énergétique des foyers provient du chauffage/rafraîchissement et de l’eau chaude sanitaire. Par conséquent, c’est le « pôle énergétique » qui est à prioriser. La transformation directe en potentiel thermochimique apparaît comme LA solution ultime à cette problématique.
C’est l’objectif de la technologie Inelio qui va conserver l’énergie produite en surplus par les panneaux photovoltaïques en chauffage et eau chaude sanitaire en dehors des périodes de production et ainsi répondre à 70 % de la demande énergétique moyenne du foyer. Contrairement aux technologies de batteries électriques, qui seules, ne vont permettre d’assurer que 40 à 50 % maximum de cette demande.
Voiture électrique
Une autre technologie pour capter l‘énergie photovoltaïque, qui vaut la peine d’être mentionnée, est la voiture électrique.
De plus en plus répandues sur le parc automobile français, les voitures électriques, peuvent être chargées la journée par un système en autoconsommation. Le cas échéant, bien que les batteries soient des batteries au lithium-ion, nous pouvons considérer que l’énergie photovoltaïque est transformée en potentiel de mobilité moteur. Le surplus d’énergie pourra alors servir, déconnecté du système en autoconsommation, à se déplacer grâce à sa production photovoltaïque.
L'évolution des batteries pour panneaux solaires
Tout comme la technologie photovoltaïque qui a été découverte en 1839 par Edmond Bequerel, puis brevetée par William Coblence en 1913 et enfin commercialisée pour la toute première fois pour alimenter un foyer partiellement en 1980, les technologies de stockage de cette énergie sont toutes récentes à l’échelle de l’histoire et évoluent encore aujourd’hui.
La première batterie spécialement conçue pour les panneaux solaires était en réalité une « batterie thermique », créée en 1897 par Harry Reagan, elle conservait l’électricité produite par les panneaux solaires en énergie thermique. C’est le grand-père de la technologie Inelio !
Dès les années 1950, alors que les panneaux photovoltaïques ne produisaient pas suffisamment d’électricité (l’efficacité des panneaux solaires était de seulement 6 %), l’idée d’y accoler un système de batterie a rapidement émergé. La première batterie « électrique » date, elle, de 1800, inventée par Alessandro Volta, cette technologie a pu évoluer en parallèle.
Alors que l’efficacité des panneaux solaires a augmenté exponentiellement permettant une production d’énergie beaucoup plus pratique, les technologies de batteries ont évolué dans le même temps. C’est la technologie au lithium qui s’est le mieux adaptée à la production photovoltaïque. Cependant, en 2022, les batteries au lithium ne fonctionnent toujours pas de façon optimale avec l’énergie photovoltaïque, notamment à cause de problèmes de charge/décharge, élément crucial pour le stockage d’énergie solaire.
Bien que les nouvelles technologies de batterie au sodium soient prometteuses, c’est en réalité la conservation sous forme d’électricité qui n’est pas forcément adaptée à la production photovoltaïque et qui semble arriver en bout de course (pour des raisons d’efficacité et des raisons environnementales). En effet, comme indiqué plus haut, la consommation principale d’un foyer en énergie est le chauffage et l’eau chaude (70%). La batterie thermique Inelio est donc tout indiquée, du fait de sa capacité quasi infinie de charge/décharge.
Quelle puissance de batterie solaire choisir ?
Avec des batteries électriques
Si vous choisissez de n’opter que pour un système équipé de batteries électriques, il est crucial de bien dimensionner votre stockage en fonction de votre installation solaire et de votre consommation. Si vous la sous-dimensionnez, vous perdrez du surplus stockable et vous aurez du mal à rentabiliser votre investissement, et inversement si vous surdimensionnez.
Le calcul va en réalité dépendre de votre installation, de ses spécificités et de votre consommation quotidienne d’électricité, il est complexe et devrait être réalisé par un professionnel.
Cela étant-dit, sur une installation photovoltaïque classique de 3kWc arrivant (sans batterie) à un taux d’autoconsommation de 30 %, en ajoutant une batterie électrique de 7kWh, nous pourrons atteindre 40 à 50 % de taux d’autoconsommation. Quoi qu’il arrive, la moitié de la production sera renvoyée sur le réseau.
La consommation immédiate de l’installation sera un peu plus importante, mais malheureusement la durée d’amortissement d’une installation de 3kWc (~7000€) avec batterie de 7kWh (~7000€) va passer de 13 ans (sans batterie) à 22 ans (avec batterie).
Le problème des batteries au lithium (et plus encore pour le plomb) est que leur durée de vie ne dépasse pas les 10 ans et, est bien souvent inférieure à la période d’amortissement de l’investissement. Le manque de rentabilité sur le long terme est donc à craindre.
Avec une batterie thermo-chimique
Pour atteindre un taux d’autoconsommation maximum et assurer 70% des dépenses énergétiques du logement conjointement avec un système photovoltaïque, c’est la technologie de batterie thermochimique Inelio qui est la mieux adaptée.
En plus de permettre un taux d’autoconsommation beaucoup plus intéressant (de l’ordre de plus de 80%), une solution de batterie thermique solaire comme Inelio peut raccourcir radicalement la durée d’amortissement de votre installation.
Allié à sa pompe à chaleur, l’Inelio Dynamic (d’un coût comparable à celui d’une PAC Air/Eau à puissance équivalente) peut en fonction des revenus du foyer, être financé par des aides de l’état à hauteur de 16 000€ (avec l’installation photovoltaïque incluse) et ne coûter qu’environ 1000€. L’amortissement est dans ce cas presque immédiat. Sans compter que la batterie Inelio est garantie 20 ans système et rendement et peut avoir une durée de vie encore plus longue.
Seule contrainte, pour pouvoir en profiter au maximum, le chauffage doit être assuré par un système de PAC Air/Eau ou y être adaptable depuis une ancienne installation au gaz ou au fioul.
Combiner les deux technologies
En fonction des objectifs et de la consommation du foyer, une combinaison de batteries électriques et thermiques est aussi possible. En addition du système thermochimique Inelio qui assurera un taux d’autoconsommation de 70 %, une batterie électrique à puissance réduite peut être ajoutée pour assurer l’éclairage nocturne et l’alimentation du petit électroménager en dehors des périodes de production par exemple.
En parallèle, une solution de gestion intelligente de l’énergie et une domotique optimisée, permettent d’atteindre jusqu’à 100% d’autoconsommation. Cependant, les coûts d’investissement d’une solution complète comme celle-ci sont plus difficiles à amortir, donc votre projet doit être réfléchi et calculé en amont.
Quelles sont les meilleures batteries solaires et comment les comparer ?
Certaines technologies comme les batteries thermiques et les batteries au lithium (ou encore au sodium) sont plus efficaces que d’autres. Mais la meilleure batterie solaire n’est pas forcément la même pour tout le monde.
Pour savoir quelle est la batterie la mieux adaptée à votre projet, vous devez analyser plusieurs éléments que nous allons spécifier, les pondérer au prix de la batterie et déterminer le meilleur choix en termes d’amortissement et d’économies sur le long terme.
La capacité de stockage d'une batterie solaire
La capacité de stockage d’une batterie solaire est une information cruciale. Elle est basée sur 3 données.
La capacité en Ah
Il s’agit de la quantité d’électricité que peut fournir la batterie en 1 heure. La valeur qui est donnée par le constructeur est captée dans des conditions optimales et peut donc être un peu inférieure dans des conditions réelles. Elle est exprimée en ampères/heure.
C’est une information importante, car même chargée à 100 %, si la consommation de la batterie en ampères à 20h dépasse l’ampérage maximum que peut fournir cette batterie, l’électricité nécessaire en plus sera récupérée depuis le réseau public.
La tension en Volts
Cette tension doit être adaptée à la puissance de votre installation solaire. Pour 1 kWc de panneaux photovoltaïques, il faut par exemple une batterie de 24V. La tension augmente en fonction de la production électrique et de la consommation.
La quantité de stockage en kWh
Il s’agit du nombre de kWh que la batterie va pouvoir conserver. C’est le résultat de la capacité en volts multipliée par la capacité de stockage en Ah. (résultats en Wh à convertir en kWh).
La quantité de stockage en kWh doit être dimensionnée correctement par rapport à l’installation solaire. Dans une configuration optimale, elle doit correspondre au surplus qui n’est pas utilisé durant la journée.
La durée de vie de la batterie
Pour calculer correctement l’amortissement sur le long terme de votre investissement, il est primordial de connaître la durée de vie de sa batterie.
La durée de vie des batteries électriques (lithium, plomb…) ne dépasse pas les 10 ans, elles doivent donc pouvoir être amorties dans ce laps de temps. Mais attention, en fonction de l’emplacement des batteries (extérieur, froid, pluie) et sans entretien régulier, leur durée de vie peut rapidement s’écourter.
La batterie thermique Inelio est, avec sa durée de vie plus longue et sa garantie 20 ans, amortissable facilement durant sa période d’utilisation.
Le nombre de cycles d'une batterie
Bien qu’exprimée en années d’utilisation pour simplifier les comparaisons entre batteries, la véritable information qui détermine la durée de vie d’une batterie est sa capacité de cyclage. Nous considérons qu’un cycle est terminé quand la batterie a fait une charge complète suivie d’une décharge totale. C’est-à-dire le nombre de cycles que la batterie peut effectuer dans sa vie avant de perdre considérablement en performance. À noter que dans les faits, nous évitons de décharger à 0% une batterie électrique car cela les endommage. Attention, un cycle peut aussi correspondre à 2 cycles de charge/décharge de 100% à 50%, notion que vous pourrez aussi retrouver sur les fiches produits des batteries vendues dans le commerce et sur le web.
Par exemple, les batteries de voitures ne supportent qu’environ 50 à 80 cycles dans leur vie (ce qui est suffisant pour assurer le démarrage du moteur et la gestion de l’électronique). Elles ne nécessitent donc pas une capacité de cyclage important.
Dans un système d’autoconsommation solaire correctement dimensionné, un cycle doit correspondre à 1 journée. Pour 10 ans de fonctionnement, une batterie doit pouvoir supporter au minimum 3 000 cycles. C’est pourquoi une grande valeur de cyclage est à privilégier sur les batteries pour panneaux solaires.
La profondeur de décharge (exprimé en pourcentage)
Dans la fiche technique de votre batterie, une autre information importante à prendre en compte, pour le bon fonctionnement de votre installation sur le long terme, est la profondeur de décharge (DOD). Elle est transmise par le fabricant, exprimée en pourcentage, cette information indique le taux de décharge à ne pas dépasser pour ne pas abîmer la batterie.
Pour une batterie au plomb, ce taux sera en moyenne de 50 %, cela signifie qu’il faut éviter de vider son énergie de plus de 50 % pour ne pas l’endommager. Pour une batterie au lithium, ce taux peut atteindre 80 %, les 20 % restant d’énergie doivent éviter d’être utilisés.
Pour une batterie thermique comme Inelio, la profondeur de décharge n’est pas un problème, elle peut se décharger à 100 %.
Le prix
En fonction de ces différents éléments, mais aussi en fonction des lieux de fabrication, des conditions, des matériaux utilisés et des fabricants, les prix peuvent fortement varier.
Pour vous donner une estimation, pour une installation d’1 kWh, il faut compter entre 80 à 1000€. Autrement dit une fenêtre très large.
Le recyclage des batteries solaires
Grand débat dans l’utilisation de plus en plus importante des batteries, notamment au lithium-ion, qui ont inondé notre quotidien (smartphone, pc portables, …), le recyclage des différents types de batteries n’est pas le même.
Mais dans l’absolu, nous pouvons considérer qu’une batterie acide-plomb est recyclable à 99 %. Là où le recyclage du lithium pourrait techniquement être effectué à 90 %, mais peine à décoller avec un taux de collecte de 10 % des volumes de batteries en fin de vie.
L’Inelio est conçu entièrement à partir de matériaux recyclables à 100%.
Globalement, les batteries ne sont pas parfaites en termes de recyclage, mais représentent tout de même une empreinte carbone et une pollution très inférieure à l’utilisation d’énergies fossiles comme le pétrole et le gaz.
