Dans notre guide d’achat pour panneaux photovoltaïques, nous plongeons dans le monde des batteries solaires.
Vous vous êtes peut-être déjà demandé : À quoi servent-elles vraiment ?
Les batteries solaires stockent l’énergie excédentaire pour un usage en continu, compensant ainsi les interruptions de la production solaire. Une batterie pour panneau photovoltaïque permet donc de stocker l’excédent d’énergie solaire pour un usage ultérieur permettant au foyer d’accéder à l‘autoconsommation solaire.
Dans cet article, nous explorerons leur fonctionnement, les différents types disponibles, et comment choisir celle qui convient le mieux à vos besoins.
Les informations à retenir :
Les batteries solaires sont un élément essentiel des systèmes photovoltaïques, permettant de stocker l’énergie solaire excédentaire pour une utilisation efficace et continue, même en l’absence de soleil.
Rôle des batteries solaires : Elles stockent l’énergie solaire excédentaire pour une utilisation pendant les périodes de faible production solaire.
Types de batteries :
– Batteries électriques : Pour alimenter les appareils électriques.
– Batteries thermiques : Pour le chauffage et l’eau chaude sanitaire.
Choix de la batterie :
– Batteries au plomb : Moins chères, mais moins efficaces.
– Batteries au lithium-ion : Plus efficaces, mais plus coûteuses.
– Batteries à eau salée : Écologiques, mais avec des limites en termes de puissance et de taille.
Technologie Inelio : Une solution de stockage thermique innovante pour un rendement maximal le de l’énergie solaire.
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 l’utiliser pendant les périodes de consommation.
Comment fonctionnent les batteries pour panneaux solaires ?
Une batterie pour panneau solaire s’intègre au réseau de production d’énergie solaire 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 consommée en dehors des périodes de production solaire.
Les différents types de batteries solaires
Il existe 2 grands types de batteries solaires qui permettent de conserver l’énergie solaire pour l’utiliser plus tard. On peut également préciser une 3ᵉ, qui est un peu plus spécifique.
Les batteries électriques : elles permettent de stocker cette énergie solaire pour alimenter les appareils électriques.
Les batteries thermiques : celles-ci conservent cette énergie sous forme de chaleur et/ou de froid pour assurer le chauffage et l’ECS. Une solution de chauffage disponible tout au long de la journée même en l’absence de production solaire.
Batterie solaire électrique
Les batteries pour panneaux solaires stockent l’énergie produite, sous forme de courant alternatif pour fournir de l’électricité aux appareils du foyer. Et ce même quand les panneaux ne produisent pas.
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 :
- A base de plomb (plomb ouverte, AGM, GEL).
- Composée de lithium
- Contenant de l’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, le plus fragile et le moins efficace en termes de charge et de décharge. Ce type de batterie nécessite le plus d’entretien pour une durée de vie n’excédant que difficilement les 5 ans.
- La batterie AGM (plomb étanche) qui est un peu moins fragile que la précédente. Ce modèle reste toujours faible à la décharge, un montage fréquent sur de l’autoconsommation. Ce type de batterie solaire n’a pas une durée de vie beaucoup plus importante que celle au plomb ouverte.
- La batterie GEL est un modèle composé d’un mélange de plomb et d’électrolyte sous forme de gel. Elle a été inventée dans les années 1950. C’est la version la plus performante de batterie à plomb à ce jour. Les versions très haut de gamme peuvent atteindre jusqu’à 10 ans de durée de vie contre 6 ans pour les modèles standards.
Cette technologie est basée sur l’utilisation de plomb. Cet élément chimique se présente sous beaucoup de forme dans la croûte terrestre. Son extraction ainsi que son recyclage sont très polluants. Ces 3 types de technologies sont 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, elles présentent 3 inconvénients majeurs :
- Leur durée de vie très limitée.
- Leur entretien fastidieux.
- Leur efficacité peu adaptée aux cycles de charge/décharge du photovoltaïque.
Ces caractéristiques 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. Introduites dans les années 90, ces batteries ont une durée de vie de 8 à 10 ans et se déchargent moins lorsqu’elles sont inactives. 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. Cette exploitation 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.
La batterie à sodium-ion stocke l’électricité dans un fluide, qui est ici de l’eau de mer riche en sodium. Le fonctionnement est le même la batterie à lithium-ion.
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. 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 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. Ce qui est 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.
Pourquoi ? L’objectif d’une batterie est d’assurer l’alimentation des activités d’un foyer hors des périodes de production solaires. Ce qui correspond à la nuit, en 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.
La technologie Inelio va conserver l’énergie produite en surplus par les panneaux photovoltaïques en chauffage et en eau chaude sanitaire. Cette capacité de stockage va permettre de 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.
Quels sont les différents types de panneaux solaires ?
Vous avez décidé de vous lancer dans un projet de rénovation énergétique et vous choisissez de commencer par installer des panneaux solaires sur votre toiture.
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.
Bien que ce soient des batteries au lithium-ion, l’énergie photovoltaïque peut être convertie en énergie pour la mobilité des moteurs. 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
La technologie photovoltaïque a été découverte en 1839 par Edmond Bequerel, puis brevetée par William Coblence en 1913. Sa commercialisation pour alimenter un foyer partiellement date de 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. Celle-ci elle conservait l’électricité produite par les panneaux solaires en énergie thermique. C’est le grand-père de la technologie Inelio !
Alors que les panneaux photovoltaïques ne produisaient pas suffisamment d’électricité (l’efficacité des panneaux solaires était de seulement 6 %. Dès les années 1950, 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.
L’efficacité des panneaux solaires a augmenté 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.
En 2022, les batteries au lithium ne fonctionnent toujours pas de façon optimale avec l’énergie photovoltaïque. La principale cause identifiée : des problèmes de charge/décharge, élément crucial pour le stockage d’énergie solaire.
Les nouvelles technologies de batterie au sodium soient prometteuses. En réalité, c’est la conservation sous forme d’électricité qui n’est pas forcément adaptée à la production photovoltaïque.
Ce 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.
L'anecdote historique
La première batterie spécialement conçue pour les panneaux solaires était une "batterie thermique" inventée en 1897 par Harry Reagan.
Cette batterie stockait l'électricité produite par les panneaux solaires sous forme d'énergie thermique.
Quelle puissance de batterie solaire choisir ?
Avec des batteries électriques
Si vous choisissez d’opter pour un système équipé de batteries électriques, il est crucial de bien dimensionner votre stockage. Ce dimensionnement se fera en fonction de votre installation solaire et de votre consommation.
Si vous la sous-dimensionnez, vous perdrez du surplus stockable. Vous aurez du mal à rentabiliser votre investissement, et inversement si vous surdimensionnez.
Le calcul du dimensionnement du stockage 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.
Par exemple, pour une installation photovoltaïque classique de 3kWc avec un taux d’autoconsommation de 30 %.
Avec l’ajout d’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. 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 est que leur durée de vie ne dépasse pas les 10 ans. Un problème encore plus prononcé que pour les batteries au plomb. Une période 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 maximiser l’autoconsommation et couvrir 70% des besoins énergétiques d’un logement avec un système photovoltaïque, la batterie thermochimique Inelio est la plus appropriée.
Avec une solution comme la batterie thermique solaire Inelio, vous pouvez non seulement augmenter l’autoconsommation à plus de 80%, mais aussi réduire significativement le temps nécessaire pour rentabiliser votre installation.
L’Inelio Dynamic, couplé à une pompe à chaleur, coûte à peu près autant qu’une PAC Air/Eau similaire. Cette solution peut bénéficier de subventions étatiques jusqu’à 16 000€, y compris pour l’installation photovoltaïque, réduisant le coût à 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. Cette installation doit être adaptée 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 plus du système thermochimique Inelio assurant 70% d’autoconsommation, ajouter une petite batterie électrique peut couvrir l’éclairage nocturne. Ainsi que la tension des petits appareils hors production.
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. 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 choisir la meilleure batterie pour votre projet solaire, il faut évaluer plusieurs critères spécifiques et les comparer au coût de la batterie. Le choix se portera également en fonction du retour sur investissement et des économies à 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.
Bon à savoir
Quels critères prendre pour comparer des batteries solaires ?
- Le type : plomb, lithium, eau salée.
- La capacité de stockage en kWh.
- La durée de vie.
- La capacité de cyclage.
- La profondeur de décharge.
- Le prix.
La durée de vie de la batterie
Pour calculer précisément l’amortissement à long terme de votre investissement, il est important de connaître la durée de vie de sa batterie.
Les batteries électriques (lithium, plomb…) doivent être remplacées tous les 10 ans pour être rentabilisées.
Une batterie peut s’abîmer rapidement sans entretien régulier. Elle peut aussi se détériorer si elle est stockée dehors, dans le froid ou l’humidité.
La batterie thermique Inelio est rentable car elle dure longtemps et est garantie 20 ans.
Le nombre de cycles d'une batterie
La durée de vie d’une batterie dépend de sa capacité à être rechargée plusieurs fois, exprimée en années d’utilisation pour faciliter les comparaisons. »
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.
Gardez à l’esprit qu’un cycle peut également se référer à 2 cycles de charge/décharge de 100% à 50%. Cette information peut aussi être trouvée sur les fiches produits des batteries vendues en magasins et en ligne.
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)
Une information importante à prendre en compte pour le bon fonctionnement de votre installation est la profondeur de décharge (DOD). Une caractéristique essentielle pour un fonctionnement sur le long terme.
Le pourcentage indiqué par le fabricant montre le taux de décharge maximum à respecter pour éviter d’endommager la batterie.
Pour une batterie au plomb-acide, le niveau de décharge idéal est d’environ 50%. Il est important d’éviter de la décharger en dessous de ce niveau pour prévenir les dommages. 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
Les prix peuvent beaucoup changer en fonction de ces éléments différents, comme les lieux de fabrication, les conditions, les matériaux et les fabricants.
Les tarifs d’une gamme de batteries sont généralement déterminés par leurs capacités de stockage, leurs technologies et leurs performances spécifiques.
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
On lance le grand débat du recyclage des batteries qui ont inondé notre quotidien ces dernières années.
Particulièrement les batteries au lithium-ion, 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 %. Le recyclage du lithium pourrait être fait à 90 %, mais seulement 10 % des batteries usagées sont collectées pour le moment. »
L’Inelio est conçu entièrement à partir de matériaux recyclables à 100%.
Les batteries ne sont pas idéales pour le recyclage. Cependant, elles sont moins polluantes que le pétrole et le gaz.
