Batteries pour panneaux solaires : aperçu des types de batteries adaptées et de leurs caractéristiques

Les systèmes d'énergie alternative sont de plus en plus utilisés pour alimenter les maisons en électricité. Étant donné que les modes de production et de consommation d'électricité diffèrent, il est nécessaire d'assurer son accumulation pour une restitution ultérieure. Êtes-vous d'accord ?

Afin d'utiliser l'énergie pendant la période souhaitée par le propriétaire, des batteries pour panneaux solaires sont incluses dans le circuit. Nous vous expliquerons comment choisir judicieusement les appareils destinés à fonctionner en cycles de charge et de décharge. Nos recommandations vous aideront à sélectionner le modèle optimal.

Batteries dans un système d'énergie solaire domestique

Comprendre les méthodes et les nuances de l'utilisation des batteries pour alimenter un site en électricité à partir de panneaux solaires permettra de faire le bon choix d'appareils et d'assurer un rendement maximal du système.

Pour effectuer un achat réfléchi, il est nécessaire de comprendre en détail les méthodes de création d'un bloc de batteries et les règles de calcul des caractéristiques principales.

Méthode de regroupement des appareils en un seul bloc

Les bâtiments résidentiels et industriels consomment une charge électrique dépassant les capacités d'une seule batterie. Dans le cas où le système d'énergie solaire est conçu pour un grand nombre d'appareils électriques, il est nécessaire de créer un réseau de batteries comme pour un regroupement similaire de panneaux solaires.

Le raccordement des batteries en un seul ensemble de stockage d'énergie électrique peut être effectué en parallèle, en série ou de manière mixte. Le choix dépend des paramètres de sortie requis en puissance et en tension.

En fonction du mode de connexion des batteries entre elles, il est possible d'obtenir différentes valeurs de tension de sortie, mais il ne faut pas créer de schémas trop complexes pour éviter la formation de courants d'équilibrage entre les appareils de l'ensemble.

Les batteries sont placées dans une maison ou un autre bâtiment pour garantir une température ambiante comprise entre 10 et 25 degrés Celsius au-dessus de zéro et éviter qu'elles ne soient exposées à l'eau. Cela prolonge considérablement la durée de vie des appareils et réduit les pertes d'énergie électrique.

Les technologies modernes de fabrication de batteries destinées à être placées dans des bâtiments résidentiels prévoient des mesures de sécurité environnementale renforcées. Par conséquent, il n'est pas nécessaire de prendre des mesures spéciales de ventilation intensive de la pièce. Cependant, il ne faut pas les placer dans les pièces à vivre.

Comme les batteries ont un poids important (un appareil de 12 volts et 200 Ah pèse environ 70 kg), elles doivent être placées sur le sol ou sur des étagères solides et solidement fixées.

Il est nécessaire d'éviter tout risque de chute des batteries d'une hauteur, car dans ce cas, elles tomberaient en panne, et les systèmes à électrolyte liquide sont en outre dangereux pour la santé humaine en cas de dépressurisation.

Avec l'augmentation de la longueur du câble d'alimentation, la résistance électrique augmente, ce qui entraîne une diminution du rendement du système. C'est pourquoi on place les batteries les unes contre les autres pour minimiser la longueur totale des fils.

L'étagère pour batteries doit supporter un poids important. Ainsi, un bloc de huit batteries de 200 Ah pèse plus d'une demi-tonne.

Particularités de fonctionnement du système

Lors de la connexion en parallèle et en combiné série-parallèle des batteries en un seul ensemble, un déséquilibre du niveau de charge des appareils est possible. Cela conduit à ce que l'appareil ne fonctionne pas sur un cycle complet, et donc sa durée de vie sera épuisée plus rapidement.

Le système de production d'électricité solaire est toujours équipé d'un contrôleur qui gère la charge de la batterie. En cas de création d'un réseau de batteries, il est également nécessaire d'installer des barrettes d'égalisation de charge.

Pour éviter les problèmes de charge et de décharge inégales des batteries regroupées en un seul réseau, il est nécessaire d'utiliser des appareils du même modèle, et mieux encore, du même lot. Cette règle s'applique non seulement aux systèmes d'énergie solaire.

Actuellement, presque tous les logements peuvent être équipés d'appareils fonctionnant sur du 12 ou 24 Volts, y compris les réfrigérateurs, les téléviseurs, etc. Cependant, un câblage avec une telle tension dans toute la maison n'a pas de sens, car l'intensité du courant serait très élevée.

Par conséquent, pour réaliser une telle idée, il faut un câble coûteux avec une grande section de conducteurs, et les pertes dues à la résistance électrique seront importantes.

Pour presque tous les appareils électroménagers, il existe des modèles fonctionnant sur un réseau 12 volts en courant continu. Si le câblage électrique n'est pas trop long, il est possible d'utiliser un système basse tension.

C'est pourquoi, à proximité immédiate des batteries, on installe un onduleur – un dispositif de conversion de la tension électrique.

De plus, la tension réelle de sortie du bloc-batterie peut légèrement différer de la valeur annoncée. Ainsi, les batteries au gel, populaires pour une utilisation dans un système avec panneaux solaires, lorsqu'elles sont complètement chargées, fournissent une tension de 13 à 13,5 volts ; c'est pourquoi l'onduleur remplit la fonction de stabilisateur.

Calcul de la capacité nécessaire des batteries

La capacité des batteries est calculée en fonction de la période d'autonomie prévue sans recharge et de la puissance totale de consommation des appareils électriques.

La puissance moyenne d'un appareil électrique sur un intervalle de temps peut être calculée comme suit :

P = P₁ * (T₁ / T₂),

Où :

• P₁ – puissance nominale de l'appareil ;
• T₁ – durée de fonctionnement de l'appareil ;
• T₂ – temps total estimé ;

Pratiquement sur tout le territoire de la Russie, il existe de longues périodes pendant lesquelles les panneaux solaires ne fonctionneront pas en raison du mauvais temps.

Installer de grands ensembles de batteries pour les utiliser à pleine capacité seulement quelques fois par an n'est pas rentable. Par conséquent, le choix de l'intervalle de temps pendant lequel les appareils fonctionneront uniquement en décharge doit être basé sur une valeur statistique moyenne.

La quantité d'énergie générée par les panneaux solaires dépend de la densité des nuages. Si le temps nuageux n'est pas rare dans la région, alors le manque de puissance d'entrée doit être pris en compte lors du calcul de la capacité du bloc-batterie.

Si l'on prévoit d'utiliser l'énergie stockée pendant la journée, par exemple dans un chauffage solaire, il est préférable de prendre un intervalle légèrement plus long, par exemple de 30 heures.

En cas de longue période sans possibilité d'utiliser des panneaux solaires, il est nécessaire d'appliquer un autre système de production d'électricité, basé par exemple sur un générateur diesel ou à gaz.

Une batterie chargée à 100 % peut, avant sa décharge complète, fournir une puissance que vous pouvez calculer avec la formule :

P = U x I

Où :

• U – la tension ;
• I – l'intensité du courant.

Ainsi, une batterie avec des paramètres de tension de 12 volts et d'intensité de 200 ampères peut générer 2400 watts (2,4 kW). Pour calculer la puissance totale de plusieurs batteries, vous devez additionner les valeurs obtenues pour chacune d'elles.

Il existe dans le commerce des batteries avec une puissance élevée, mais elles sont chères. Parfois, il est beaucoup moins cher d'acheter plusieurs appareils ordinaires avec des câbles de connexion.

Le résultat obtenu doit être multiplié par plusieurs coefficients de réduction :

• Rendement de l'onduleur. Avec un bon accord de la tension et de la puissance à l'entrée de l'onduleur, une valeur maximale de 0,92 à 0,96 sera atteinte.
• Rendement des câbles d'alimentation. La minimisation de la longueur des fils reliant les batteries et de la distance jusqu'à l'onduleur est nécessaire pour réduire la résistance électrique. En pratique, la valeur de l'indicateur est de 0,98 à 0,99.
• Décharge minimale autorisée des batteries. Pour toute batterie, il existe une limite de charge inférieure ; si elle est dépassée, la durée de vie de l'appareil diminue considérablement. En général, les contrôleurs fixent la valeur minimale de charge à 15 %, donc le coefficient est d'environ 0,85.
• Perte de capacité maximale admissible avant le remplacement des batteries. Avec le temps, les appareils vieillissent, leur résistance interne augmente, ce qui entraîne une diminution irréversible de leur capacité. Utiliser des appareils dont la capacité résiduelle est inférieure à 70 % n'est pas rentable, il faut donc prendre la valeur de l'indicateur à 0,7.

Contrairement à une idée reçue, le rendement de la batterie – le rapport entre l'énergie reçue et l'énergie fournie – ne doit pas être inclus dans le calcul. L'indicateur de capacité de la batterie indiqué dans la documentation technique tient compte du volume possible pour la décharge.

En fin de compte, la valeur du coefficient intégral pour le calcul de la capacité nécessaire des nouvelles batteries sera d'environ 0,8, et pour les anciennes, avant leur mise au rebut, de 0,55.

Pour alimenter une maison en électricité avec une durée de cycle charge-décharge de 1 jour, il faudra 12 batteries. Lorsqu'un bloc de 6 appareils fonctionnera en décharge, le deuxième bloc se chargera.

Courants maximaux admissibles

Pour chaque batterie, le courant de charge maximal admissible est spécifié dans la documentation technique. Le dépassement de cette valeur entraîne une surchauffe de l'appareil, une diminution brutale et irréversible de ses performances.

Par conséquent, lors du choix des batteries pour l'assemblage de systèmes avec accumulateur, il faut s'assurer qu'elles peuvent répondre à la consommation de l'électricité produite par les panneaux solaires.

Un autre indicateur important est le courant de décharge admissible :

• Le courant de décharge nominal, pour lequel (ou une valeur inférieure) la batterie est conçue. Le fonctionnement de tous les équipements électriques connectés au système doit être assuré par cette valeur.
• Le courant de décharge maximal que l'appareil peut fournir brièvement lors de charges de pointe. De telles charges peuvent survenir lors de la mise en marche de certains équipements, par exemple ceux contenant des compresseurs de réfrigérateur ou de climatiseur.

Le dépassement prolongé du premier indicateur ou le dépassement bref du second entraîne une usure prématurée de la batterie. Avec le vieillissement des appareils, ces indicateurs diminuent de 20 à 30 %, ce qu'il faut également prendre en compte.

Caractéristiques de l'appareil et paramètres principaux

Les batteries automobiles ne sont pas conçues pour un grand nombre de cycles de charge et de décharge. Pour l'énergie alternative et de secours, on utilise des appareils d'un autre type. Leur coût étant élevé, il est nécessaire d'étudier attentivement tous les paramètres avant l'achat.

Les modes de fonctionnement d'une batterie dans une voiture et dans un système d'énergie alternative sont si différents que sa destination est même indiquée sur l'appareil lui-même.

Types utilisés pour l'énergie alternative

Pratiquement toutes les batteries utilisées dans l'énergie alternative et installées dans les bâtiments sont du type sans entretien. L'utilisateur n'a pas la possibilité d'effectuer des opérations physiques affectant leur structure.

Cela a été fait pour minimiser le risque d'impact physique ou chimique des batteries sur les personnes, l'air et les objets environnants. Par conséquent, il n'est pas nécessaire d'étudier en détail la structure et les nuances physico-chimiques du fonctionnement des batteries de différents types. Une plus grande attention doit être accordée aux différences dans les principales caractéristiques techniques des appareils.

Les batteries OPzS sont construites comme les dispositifs au plomb-acide les plus simples. Le changement de forme de la plaque positive permet d'assurer un nombre de cycles de charge et de décharge nettement supérieur à celui des batteries automobiles.

L'inconvénient est la présence d'électrolyte liquide, ce qui peut être dangereux en cas de dépressurisation. Niche de prix moyenne.

Les batteries alcalines (au nickel) sont rarement utilisées en raison de leur insensibilité aux faibles courants de charge et de la nécessité de suivre un cycle complet de l'état chargé à l'état déchargé. Sinon, une diminution de la capacité de la batterie se produira.

Ces appareils ont également un poids et des dimensions plus importants que ceux de leurs concurrents de même capacité. Ils sont dangereux en cas de dépressurisation. Ils occupent une niche de prix bas.

La dépressurisation d'un accumulateur peut se produire en cas de défaut interne, de courant de charge excessif, de chute d'une hauteur ou de fonctionnement dans des conditions inappropriées. Les dispositifs contenant des liquides dangereux par évaporation poseront le plus de problèmes.

Dans les accumulateurs AGM, l'électrolyte est lié dans une structure en fibre de verre. Ils peuvent être chargés avec de faibles courants. Ils sont pratiquement sûrs et occupent une niche de prix moyenne parmi les concurrents.

Dans les accumulateurs GE (gel), de l'oxyde de silicium est ajouté à l'électrolyte, ce qui le maintient à l'état de gel. Ces dispositifs offrent un haut niveau de sécurité et de bonnes performances. Ils occupent une niche de prix élevée.

Les batteries pour les énergies alternatives ne sont pas vendues dans les magasins automobiles. Vous pouvez les acheter dans les entreprises de vente de panneaux solaires, d'éoliennes ou via Internet.

Les batteries à base de lithium (par exemple, les modèles lithium-fer-phosphate) offrent de très bonnes performances, sont compactes, ont un poids considérablement réduit et sont pratiquement sûres. Cependant, leur coût est nettement supérieur à celui des types concurrents, même les batteries gel.

Du point de vue du rapport qualité-prix, les batteries de type gel et lithium sont les plus attractives. Mais l'investissement initial unique est très élevé, c'est pourquoi les dispositifs d'autres types sont également largement répandus sur le marché des batteries pour énergies alternatives.

Sur le marché national, les batteries des marques suivantes sont très demandées :

Les batteries présentées se caractérisent par d'excellentes performances opérationnelles et un prix accessible.

Choix du modèle de batterie

Les principaux paramètres des batteries pour l'énergie solaire auxquels il faut prêter attention lors de l'achat sont les suivants :

• la tension et la capacité, qui déterminent la puissance de la batterie ;
• la profondeur de décharge maximale sûre, dont le respect permet à la batterie de fonctionner pendant la durée annoncée par le fabricant ;
• le nombre garanti de cycles de charge et de décharge dans le respect de toutes les conditions techniques ;
• le taux d'autodécharge, qui caractérise l'intensité de la perte d'énergie dans une batterie chargée au repos ;
• le courant de charge maximal, qui détermine la quantité d'énergie par unité de temps que la batterie peut accepter sans nuire à son fonctionnement futur ;
• le courant de décharge nominal, qui détermine la quantité d'énergie par unité de temps que la batterie peut fournir en continu sans nuire à son fonctionnement futur ;
• le courant de décharge maximal, qui détermine la quantité d'énergie par unité de temps que la batterie peut fournir brièvement sans nuire à son fonctionnement futur ;
• la température optimale de fonctionnement de l'appareil ;
• la taille et le poids de la batterie, dont la connaissance est nécessaire pour choisir l'emplacement et la méthode d'installation.

Tous ces paramètres sont décrits dans la documentation technique, qui est mise en ligne sur le site web de tous les grands fabricants.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Aperçu des nuances de fonctionnement des batteries de différents types pour les systèmes solaires :

Comparaison des différents types de batteries de démarrage. Avantages et inconvénients pour les énergies alternatives :

Expérience d'utilisation de batteries au lithium (LiFePo4). Un bloc réel provenant de dispositifs automobiles, les nuances de son fonctionnement :

Le choix correct des batteries en fonction de leurs paramètres permettra d'assurer le fonctionnement fiable d'un système énergétique alternatif. Il ne faut pas trop économiser sur le bloc de stockage d'électricité – les coûts initiaux seront amortis par un fonctionnement sans interruption du système pendant plusieurs années.

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