Solaire+Stockage : Types de batteries pour installations solaires
Introduction
Les systèmes de stockage d’énergie par batterie (BESS) sont-ils la meilleure solution pour la résilience des micro-réseaux ? Si vous souhaitez coupler l’énergie solaire à des batteries pour alimenter vos bâtiments commerciaux ou industriels, lisez ce qui suit.
On en entend parler partout, les batteries ont déjà révolutionné plusieurs secteurs : des smartphones aux ordinateurs portables, en passant par l’industrie automobile, elles façonnent désormais l’avenir du secteur des énergies renouvelables. Les batteries peuvent désormais éviter les coûts énergétiques élevés ou vous permettre de couper définitivement le cordon électrique.
Un EMS est un ensemble d’outils numériques permettant de surveiller, contrôler et optimiser les performances du réseau électrique, tout cela en assurant son bon fonctionnement.
Votre système solaire diesel incluant du stockage et équipé d’un EMS garantira que votre système fonctionne au plus haut niveau d’efficacité, ce qui vous permettra d’économiser encore plus sur les coûts de carburant en maximisant la pénétration solaire.
L’intégration d’un système de stockage d’énergie par batterie dans un système solaire combiné à des générateurs diesel n’est pas aussi facile qu’il n’y paraît. Les systèmes solaires fonctionnent différemment selon les environnements et les cas d’utilisation.
Quels types de batteries choisir ?
- Lithium-ion (LMO, NMC, NCA, LFP)
- Plomb acide (Flooded, VRLA)
- A base de nickel (NiCd)
- Flux (RFB, HFB)
Lithium-ion
Le marché des batteries lithium-ion évolue et l’industrie des voitures électriques est à l’origine de leur développement, tant au niveau de la technologie que des coûts.
Il existe 4 principaux types de batteries lithium-ion qui souvent utilisées pour les applications de stockage solaire à grande échelle:
- Oxyde de manganèse et de lithium (LMO)
+ Chargement rapide
– Récente entrée sur le marché C&I - Lithium Nickel Manganese Cobalt Oxide (NMC)
+ Énergie spécifique élevée
– Récente entrée sur le marché C&I - Oxyde de lithium-nickel-cobalt-aluminum (NCA)
+ Énergie spécifique élevée et plus grande stabilité
– Récente entrée sur le marché - Phosphate de fer lithié (LFP)
+ Longue durée de vie, pas besoin de ventilation ou de refroidissement
– Risque d’emballement thermique
Ces batteries ont une densité énergétique élevée et une autodécharge assez faible. Elles ne nécessitent pas d’amorçage prolongé lorsqu’une nouvelle charge unique est suffisante. Les batteries lithium-ion nécessitent en général peu d’entretien et une décharge périodique n’est pas nécessaire.
Cependant, la plupart d’entre elles sont encore relativement chères à fabriquer et sont sujettes au vieillissement, même lorsqu’elles ne sont pas utilisées et aux restrictions de transport.
Elles nécessitent également un circuit de protection pour maintenir la tension et le courant dans les limites.
L'acide de plomb
Les batteries au plomb sont peu coûteuses, leur prix se situe entre 382$ et 399$ (2020), et ont le taux d’autodécharge le plus faible parmi les batteries rechargeables présentées ici.
Elles ont également une puissance spécifique élevée et sont capables de supporter des courants de décharge élevés.
Cependant, elles se chargent lentement (+14 heures) et ont une faible énergie spécifique. Leur durée de vie déjà limitée peut être réduite par des cycles profonds répétés. En outre, elles ne sont pas respectueuses de l’environnement. Si elles ne sont pas correctement jetées, les batteries au plomb peuvent contaminer l’environnement et constituer une menace pour la santé humaine et la nature, car leurs deux principaux composants sont l’acide sulfurique et le plomb.
Les batteries plomb-acide sont connues pour être fiables et peu coûteuses. Ces batteries sont lourdes en raison de leurs matériaux et relativement inefficaces quant à leur charge et décharge par rapport aux autres batteries.
+ Fiable
– Nécessite un arrosage, restrictions de transport, besoin de ventilation
+Plomb-acide régulé par des valves (VRLA) pour réguler les dégagements gazeux, peu ou pas d’entretien, peut être installée dans des applications difficiles d’accès.
– Sensible à la température
Les batteries VRLA peuvent être séparées en deux catégories : les matelas de verre absorbés (AGM) et le gel. Le gel est plus performant dans les températures chaudes et l’AGM dans les températures plus froides.
À base de nickel
Les batteries à base de nickel ont déjà été utilisées dans des projets de stockage d’énergie à grande échelle car elles fonctionnent bien dans tous les types de températures. Le nickel-cadmium (NiCd) est la technologie de batterie à base de nickel la plus couramment utilisée.
Elles conviennent mieux aux installations hors réseau car elles constituent un système de secours fiable et ne nécessitent pas d’entretien régulier, mais le manque d’entretien réduit leur nombre de cycles.
- Nickel-Cadmium (NiCd)
- + longue durée de vie, ne nécessitent pas de ventilation ou de refroidissement
- Risque d’emballement thermique
Les batteries au nickel-cadmium sont disponibles dans une large gamme de tailles et de performances et peuvent être stockées à l’état déchargé, car elles ont une longue durée de vie. Elles présentent de très bonnes performances de charge et ne sont pas soumises à un contrôle réglementaire. Les batteries NiCd ont le coût par cycle le plus bas par rapport aux trois autres types de batteries présentées.
Cependant, elles ont une faible énergie spécifique par rapport aux systèmes plus récents et présentent une auto décharge élevée.
Elles sont également sujettes aux effets de mémoire et la faible tension de ces batteries signifie que de nombreuses cellules sont nécessaires pour obtenir une tension élevée.
En outre, le cadmium est un métal toxique, ce qui fait de ce type de batterie l’une des moins respectueuses de l’environnement avec les batteries au plomb.
Débit
Les batteries à écoulement sont relativement nouvelles sur le marché du stockage par batterie, même si la technologie est utilisée depuis des années. Elles sont appelées batteries à flux car elles contiennent une solution aqueuse de bromure de zinc.
Elles présentent une plus grande souplesse de conception, ce qui permet de combiner davantage la capacité de stockage et la capacité de production d’énergie.
- Piles à flux redox (RFB)
+ technologie de stockage d’énergie flexible
– Faible densité énergétique, coûteuses, très volumineuses
- Batteries à flux hybrides
+ technologie de stockage d’énergie flexible
– faibles taux de charge et de décharge, coûteuses, très volumineuses.
Au lieu d’ajouter des batteries à un système de stockage pour en augmenter la capacité, les batteries à flux n’ont besoin que d’une quantité supplémentaire d’électrolyte liquide. Cet électrolyte peut être réapprovisionné à tout moment sans interrompre la production d’énergie. La cellule électrochimique peut fournir de l’énergie aussi longtemps que la solution d’électrolyte est disponible.
Conclusion
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