Pourquoi investir dans une batterie domestique pour stocker l’énergie photovoltaïque ?
- Maximisez votre énergie solaire même la nuit : Avec une batterie, vous avez la capacité de stocker l’énergie solaire produite pendant la journée pour une utilisation nocturne. Cela signifie moins de dépendance au réseau et donc, potentiellement, des économies sur vos factures d’électricité.
- Tirez parti des tarifs variables : Les tarifs basés sur le moment de la consommation sont en vogue (et pourraient se généraliser). Ces tarifs sont souvent plus élevés pendant les heures de forte demande, en général en début de soirée.
- Backup : sécurisez votre alimentation en cas de coupure EDF : si vous perdez l’alimentation du réseau, une batterie domestique peut vous secourir tout ou partie de votre tableau électrique, et ainsi assurer la continuitée d’alimentation de votre habitation, via les panneaux solaires en journée (ou la nuit grâce aux batteries).
Comment fonctionne une batterie domestique ?
Une batterie domestique fonctionne grâce à un mécanisme électrochimique qui permet de conserver de l’énergie. Pensez à elle comme un « sandwich » énergétique. D’un côté, nous avons l’anode, de l’autre la cathode. Au milieu, une substance appelée électrolyte est séparée par un matériau isolant.
Pour vous rappeler que la cathode est positive : imaginez les chats, souvent perçus de manière positive. À l’opposé, l’anode est négative, un peu comme une tante grognon qu’on pourrait nommer Tante Annette.
Les électrons, portant une charge négative, s’agglutinent à l’anode. Ils cherchent à rejoindre la cathode, qui est leur opposé chargé positivement. Mais l’électrolyte au milieu les empêche de traverser directement la batterie.
En connectant l’anode et la cathode avec un conducteur, on permet aux électrons de s’y déplacer. Cette circulation d’électrons constitue l’électricité que nous utilisons.
Dans les batteries rechargeables, une source d’énergie externe permet d’inverser la direction du courant. Cela permet de conserver cette énergie pour une utilisation ultérieure.
Dans une batterie domestique de type lithium-ion moderne, il existe de nombreuses configurations possibles pour les plaques de cathode, d’anode et le séparateur. Généralement, elles sont conçues comme une roulade à l’intérieur de cylindres métalliques appelés cellules. Un système de stockage d’énergie domestique peut contenir des milliers de ces cellules cylindriques.
La distinction entre kW et kWh : puissance & énergie !
Pour illustrer le fonctionnement d’une batterie domestique (qu’elle soit de technologie lithium, nickel-fer, etc …), on peut penser à de l’eau s’écoulant dans un tuyau vers un récipient.
La puissance (kW) correspond à la vitesse à laquelle l’eau circule dans le tuyau, entrant ou sortant du récipient.
L’énergie (kWh) représente la quantité d’eau que le récipient peut contenir.
Il est crucial de comprendre la distinction entre puissance et énergie. Cela peut influencer votre choix entre une batterie domestique adaptée et une moins performante.
Il existe de nombreuses batteries solaires, chacune offrant un équilibre spécifique entre puissance délivrée et énergie stockée.
La plupart des batteries solaires offrent une puissance continue maximale de 4 ou 5 kW. Par exemple, ma batterie Pylontech US5000 délivre 5 kW au maximum. Si je souhaite une puissance de 10 kW, il me faudra une seconde batterie.
Il est donc essentiel de connaître les besoins en puissance et en énergie de votre maison avant de choisir une batterie.
Si votre batterie solaire fournit seulement 3 kW et que votre maison en nécessite 5 kW, vous devrez compléter avec de l’électricité du réseau. Par exemple, j’ai un sauna finlandais qui consomme 7 kW chez moi. Je ne peux pas le faire fonctionner uniquement avec mon unique batterie Pylontech US5000 car elle ne fournit que 5 kW. Donc, pas de sauna lors d’une coupure de courant !
Batterie domestique : Nickel-Fer, Lithium, quelle technologie choisir ?
Avant 2015, l’installation d’un système de stockage d’énergie évoquait souvent une vie autonome dans une région isolée.
La technologie courante à cette époque était basée sur le plomb-acide. Cette solution nécessitait un grand ensemble de batteries, typiquement placé dans un espace séparé comme un abri, et demandait un soin constant, loin de l’idée d’une solution « installez et n’y pensez plus ».
Mais, avec l’émergence des technologies au lithium, ces dernières ont pris de l’ampleur sur le marché du stockage d’énergie résidentiel pour diverses raisons :
- Elles offrent de meilleures capacités (tant en termes de puissance délivrée que de profondeur de décharge).
- Elles sont pratiquement exemptes d’entretien.
- Elles bénéficient de garanties étendues.
- Elles sont proposées à des tarifs attractifs.
- Elles sont plus compactes et moins encombrantes.
- Ainsi, actuellement, une grande partie des batteries solaires résidentielles s’appuie sur le lithium.
Il existe deux variantes majeures de cette technologie : le Nickel Manganèse Cobalt (NMC) et le Phosphate de Fer et Lithium (LiFePO). À titre illustratif, les batteries TESLA Powerall ou TESVOLT sont baséee sur la technologie NMC.
Malgré les avantages disctincts des lithium-ion type LIFEPO4 ou NMC, les batteries Nickel-Fer et Titanate de lithium sont supérieures en termes de durabilité et de nombre de cycles possibles:
Ajouter une batterie domestique à votre installation photovoltaïque : AC vs DC coupling ?
Les batteries, quant à elles, chargent et déchargent en courant continu. Alors, comment intégrer des batteries domestiques à un système solaire?
Il existe principalement deux techniques :
Couplage DC : Cette méthode utilise un ‘onduleur hybride’ unique pour contrôler à la fois les panneaux solaires et la batterie. Les rôles de cet onduleur comprennent :
- La conversion de l’électricité DC provenant du système solaire en une forme de DC adaptée pour la charge de la batterie.
- La conversion des sorties DC de la batterie et des panneaux solaires en courant AC de 230 volts nécessaire pour la maison.
- La conversion du courant AC de 230 V du réseau en courant DC, permettant de charger la batterie directement à partir du réseau si nécessaire.
Les onduleurs hybrides de ce type sont généralement tout intégré (fonction gestion solaire via MPPT, et gestion de la batterie). Un exemple est l’onduleur hybride Fronius GEN24 :
Couplage AC :
Dans ce cas de figure, un onduleur batterie (type Victron Multiplus) se charge de convertir la puissance des panneaux solaires en sortie de l’onduleur solaire, pour aller recharger les batteries. Il y’a donc une étape supplémentaire. En journée, l’auto-consommation se fait en direct en sortie de l’onduleur solaire, seul le surplus sera réinjecté vers les batteries pour une utilisation nocturne par exemple.
Avantages et inconvénients de chaque architecture ?
Avantages du couplage DC : Un système couplé en DC présente moins d’étapes intermédiaires. Moins d’étapes = moins de pertes = une meilleure efficacité.
Inconvénients du couplage DC : Les batteries sont souvent conçues pour fonctionner avec des onduleurs hybrides spécifiques. Il se peut donc qu’un futur produit de stockage d’énergie innovant ne soit pas compatible avec l’onduleur hybride que vous achetez aujourd’hui. Cela n’est pas un problème si vous prévoyez d’acheter un système solaire + batterie en une seule fois.
Avantages du couplage AC : Il est indépendant de l’onduleur solaire. Vous pouvez ajouter une batterie couplée en AC à n’importe quel système solaire existant.
Inconvénients du couplage AC : Avec la conversion DC->AC->DC, il y a plus d’étapes, ce qui le rend légèrement moins efficace. Une autre limitation du couplage AC concerne les règles relatives à la taille du système. En effet, si vous avez par exemple 5 kW de panneaux solaires déjà installés, vous devrez installer un onduleur batterie (Victron Multiplus par exemple) d’une puissance équivalente au moins, pour respecter le ratio de dimensionnement 1:1.