Panneaux photovoltaïques et solaires

Batterie solaire au lithium : prix, avantage et durée de vie

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La production d’énergie solaire étant dépendante de l’ensoleillement, il peut être judicieux d’équiper son installation photovoltaïque d’une solution de stockage.
Parmi les nombreux types de batteries disponibles sur le marché, la batterie solaire au lithium s’impose progressivement comme l’une des alternatives de stockage du futur.

Découvrez comment fonctionnent ces batteries nouvelle génération, leurs avantages et le coût de leur installation…

Comment fonctionne une batterie au lithium ?

Les batteries solaires permettent de stocker le courant produit par les panneaux photovoltaïques, afin que ce dernier soit réutilisé dans le cadre d’une autoconsommation plutôt que d’être revendu au gestionnaire du réseau national d’électricité.

Vous vous interrogez sur l’opportunité de vous équiper d’une batterie photovoltaïque au lithium ?
Sachez que cette solution de stockage vous offre la possibilité de puiser dans les réserves lorsque vos panneaux ne produisent plus ou pas suffisamment. Pour stocker l’énergie produite par les panneaux photovoltaïques, la batterie solaire au lithium fonctionne à partir d’un principe bien connu en électrochimie : l’inversion des charges entre une l’électrode positive (la cathode), généralement en lithium et oxyde de cobalt, et l’électrode négative (l’anode) composée de carbone ou graphite.
Le déplacement de ces charges génère une énergie électrique – les électrons – qui va permettre le chargement de la batterie.

Le saviez-vous ?

Découvert en 1817 par Johan August Arfwedson, un chimiste suédois, le lithium est un métal alcalin mou qui se singularise par sa légèreté. Doté d’une forte densité énergétique, cet élément chimique de symbole Li possède un important potentiel électrochimique qui s’avère particulièrement intéressant pour la fabrication de batteries solaires.
Mais de nombreux autres secteurs d’activité, comme l’industrie automobile notamment, utilisent également les multiples propriétés du lithium.

Les différentes batteries au lithium

Les batteries au lithium peuvent être classifiées dans trois grandes catégories :

  • Les batteries au lithium-ion : commercialisées au début des années 1990, ces batteries ont d’abord été utilisées pour des applications nomades grâce, notamment, à leur faible encombrement.
    Si elles sont dotées d’une importante capacité de stockage, elles supportent assez difficilement les surcharges, ce qui les rend plutôt instables et sensibles aux chocs.
  • Les batteries lithium polymère (Li-Po) : variantes de la technologie lithium-ion, ces batteries sont légèrement plus stables.
    Ces accumulateurs affichent des caractéristiques quasiment identiques à celles de leurs consœurs mais requièrent un investissement financier plus important.
  • Les batteries au lithium fer phosphate (LiFePO4) : apparue à la fin des années 1990, cette technologie offre une grande stabilité au stockage de l’énergie, ce qui limite drastiquement le risque d’incendie.
    Les accumulateurs LiFePO4 stockent moins d’énergie que les batteries lithium-ion, mais offrent une plus grande capacité de charge/décharge. Elles font donc partie des modèles les plus plébiscités pour équiper les installations photovoltaïques.

Quelle est la différence avec les autres batteries ?

Sur le marché du solaire, il existe différentes technologies de stockage.
Mais depuis quelques années maintenant, les batteries au lithium connaissent un succès grandissant auprès des professionnels comme des particuliers.
Pourquoi ? Parce qu’elles possèdent de nombreux atouts par rapport aux autres batteries :

  • légères et compactes, elles sont plus simples à installer et offrent un gain de place considérable par rapport à d’autres modèles plus volumineux. Elles conviennent autant aux installations nomades qu’aux installations de grande envergure ;
  • possibilité d’être déchargées à 80 %, contrairement aux batteries au plomb ;
  • aucun entretien spécifique n’est nécessaire ;
  • une durée de vie parmi les plus élevées du marché (voir paragraphe ci-dessous) ;
  • un niveau de recyclage proche de 70 % qui en fait un modèle plus écologique que les autres types de batteries…

Quels sont les autres types de batteries solaires ?

En plus des batteries au lithium, trois autres types de batteries sont utilisés pour stocker l’électricité produite par les installations photovoltaïques :

  • les batteries au plomb ouvert : il s’agit de batteries identiques à celles qui équipent la plupart des voitures, à la différence près qu’elles sont plus volumineuses ;
  • les batteries AGM : ces batteries au plomb, scellées, sont étanches. Elles ne dégagent pas d’hydrogène ni de chaleur ;
  • les batteries gel : considérées comme le "must-have" des batteries au plomb, les batteries gel supportent mieux les décharges profondes que leurs consœurs.

Dans quels cas faut-il opter pour une batterie solaire ?

Certes, l’installation d’une batterie sur son système de production photovoltaïque est une option facultative. Mais elle peut s’avérer indispensable dans certaines situations précises :

  • si votre habitation ne bénéficie pas d’un raccordement au réseau de distribution d’électricité. Votre installation solaire constituera alors votre unique source de production énergétique ;
  • si vous souhaitez accroître votre consommation d’énergie produite par votre installation solaire en stockant les surplus plutôt qu’en les revendant.

Comment choisir sa batterie photovoltaïque en lithium ?

Face à la multitude de marques et de modèles de batteries solaires au lithium, voici les critères sur lesquels vous devez porter votre attention pour choisir le modèle le plus adapté à vos besoins :

  • La capacité de stockage de la batterie lithium : vous devez sélectionner une batterie solaire dotée d’une capacité de stockage suffisante pour répondre aux besoins de votre installation photovoltaïque et à ses surplus de production.
  • Le rendement : ce critère correspond à la quantité énergétique que la batterie au lithium est capable de restituer, en comparaison de celle dont elle aura besoin pour être rechargée. Plus le rendement est important, plus la batterie sera rentable.
  • La durée de vie : les batteries solaires – quel que soit leur type – doivent pouvoir être chargées et déchargées à de nombreuses reprises pour être rentables. On parle alors de "cycle" pour estimer la durée de vie d’une batterie. Un cycle correspond à une phase de charge et une phase de décharge.
  • Le taux de décharge : contrairement à une batterie automobile qui se recharge régulièrement en totalité, la batterie solaire peut ne pas être bien rechargée sur de longues périodes, notamment en hiver où le taux d’ensoleillement est plus faible.
    Pour être performante, il faut donc que votre batterie possède un taux de décharge élevé, ce qui lui permettra de disposer d’une importante capacité de stockage effective.
  • Le temps de recharge : parallèlement au taux de décharge, votre future batterie solaire au lithium doit pouvoir se recharger rapidement. Selon les modèles, ce temps peut être plus ou moins long.
    Il est donc indispensable d’identifier clairement ce critère, surtout lorsque l’on sait que les batteries solaires ne doivent jamais être totalement déchargées.
  • La tension de stockage : ce paramètre est étroitement lié à la puissance de votre installation photovoltaïque. Plus vous consommez d’énergie électrique, plus vous aurez besoin d’une tension élevée afin de limiter les déperditions d'énergie induites par le transport ou le stockage de l’énergie.
    Pour une consommation inférieure à 800 watts (W), une batterie de 12 volts (V) sera suffisante. Préférez un modèle de 24 V pour satisfaire une puissance comprise entre 800 et 1 600 W.
  • L’autonomie : il s’agit du nombre de jours pendant lesquels votre batterie lithium peut contenir l’énergie électrique sans avoir besoin d’être rechargée.
    En site isolé, cette autonomie doit pouvoir varier entre 3 et 5 jours.

Comment déterminer la capacité de sa batterie photovoltaïque en lithium ?

Bien souvent, la capacité des batteries au plomb qui équipent les installations solaires photovoltaïques est volontairement surdimensionnée pour compenser des durées de vie limitées ou pour démultiplier les rendements.
Pour les batteries au lithium, ce surdimensionnement n’est pas nécessaire.
Voici comment estimer au plus juste la capacité d’une batterie solaire au lithium en fonction de votre installation.

Choisir sa batterie solaire au lithium avec un panneau photovoltaïque déjà existant

Si vous disposez d’un ou de plusieurs panneaux solaires, vous devez déterminer préalablement l’énergie, symbolisée par la lettre E et exprimée en Watt (W), que ces derniers produiront en moyenne par mois, par année ou par jour.
Pour bénéficier d’une estimation approximative par jour, vous pouvez multiplier la puissance de votre panneau par 5. Une fois en possession de ce fameux E, vous pouvez calculer la capacité (C), exprimée en Ampère-heure (Ah), nécessaire de votre future batterie au lithium en appliquant cette formule : C = Énergie en Watt (W) / Tension de la batterie en Volt (V).
La capacité de production énergétique de votre panneau vous donne ainsi une indication plus précise sur la capacité que devra avoir votre batterie solaire au lithium.

Exemple : Votre panneau photovoltaïque produit une énergie quotidienne de 500 W environ. Pour une tension de 12 V, vous aurez besoin d’un accumulateur de stockage d’une capacité de 41 Ah.

Choisir sa batterie solaire au lithium pour sa future installation photovoltaïque

Dans ce cas de figure, vous ne disposez pas encore de panneaux solaires.
Vous devez alors vous référer à leur consommation prévisionnelle quotidienne. Pour cela, il fait additionner les consommations de vos différents équipements électriques, multipliées par leur durée d’utilisation moyenne.
En fonction du résultat obtenu en Watt, vous pourrez alors déterminer la puissance nécessaire pour vos panneaux solaires en appliquant la formule suivante :
Capacité = Consommation prévisionnelle / Tension de la batterie.

Exemple : Votre consommation prévisionnelle par jour est d’environ 1 200 W. La capacité nécessaire de votre batterie sera égale à 1 200 W / 12 V, soit 100 Ah. Vous devrez alors opter pour une batterie lithium de 100 Ah.

Comment installer une batterie solaire au lithium ?

Pour que votre capacité de stockage soit suffisante, vous allez peut-être devoir assembler plusieurs batteries lithium. Pour cela, vous disposez de deux possibilités de montage :

  • Le montage des batteries lithium en série : ce type d’installation permet d’additionner les tensions des batteries entre elles, tout en préservant la capacité (Ah) d'une seule batterie. Le branchement en série consistera alors à relier le pôle + d'une batterie au pôle - d'une autre.
  • Le montage de batteries lithium en parallèle : ce montage additionne les capacités de stockage (Ah) tout en gardant la même tension (V). Cette fois-ci, le branchement en parallèle consistera à relier tous les pôles + ensemble et tous les pôles - ensemble.

Quel que soit le type de montage choisi, vos batteries solaires au lithium doivent être de même marque et de même modèle.
Elles doivent avoir été achetées en même temps et être parfaitement chargées. Pour déterminer le nombre de batteries que vous allez devoir installer, vous devrez prendre en compte les paramètres suivants :

  • le dimensionnement de votre installation photovoltaïque ;
  • la situation géographique de votre installation : isolée ou intégrée au réseau national de distribution d’électricité.

Pourquoi faire appel à un professionnel ?

L’installation d’une solution de stockage pour votre installation électrique nécessite un certain savoir-faire, notamment s’il s’agit d’équiper un système solaire en site isolé.
En effet, certaines habitations peuvent difficilement être raccordées au réseau national de distribution d’électricité et doivent être équipées d’un système de production d’énergie indépendant. Pour être complètement autonome, ce type d’installation doit être parfaitement dimensionné en termes, notamment, de nombre de panneaux photovoltaïques mais aussi de batteries solaires.
C’est ici que l’expertise d’un professionnel qualifié prend tout son sens. Les paramètres à prendre en compte étant multiples, il est primordial de bien définir ses besoins pour bénéficier d’un confort thermique de qualité, quelles que soient les conditions météorologiques.
En fonction des régions géographiques, il peut arriver que la production électrique ne soit pas possible pendant plusieurs jours, faute d’une luminosité suffisante.
La capacité de stockage jouera alors un rôle majeur.

Quelle est la durée de vie d’une batterie au lithium ?

La longévité… c’est l’un des points forts de la batterie au lithium ! Et c’est, en partie, ce qui explique l’engouement des propriétaires de panneaux photovoltaïques pour ce type de batterie solaire.
La batterie au lithium possède, en effet, la durée de vie la plus longue sur le marché des solutions de stockage, puisqu’elle peut atteindre jusqu’à 2 500 cycles à 80 %. Cela représente une durée de vie d’environ 10 à 12 ans pour des modèles d’entrée de gamme.
Une longévité qui peut très vite grimper en flèche sur des accumulateurs lithium haut de gamme qui peuvent, pour certains, rendre de bons et loyaux services pendant plus de 20 ans.

Bon à savoir
Les professionnels recommandent vivement le positionnement d’un régulateur de charge entre votre panneau photovoltaïque et la batterie au lithium. Celui-ci assurera une gestion de la profondeur de décharge de l’accumulateur, ce qui, à terme, influe sur sa durée de vie. Rappelons que le niveau de charge de votre batterie solaire au lithium ne doit jamais descendre en dessous de 40 %. En effet, les décharges profondes vont avoir tendance à engendrer une accumulation de sulfates au sein de la batterie, ce qui peut altérer ses performances ou même entraîner des courts-circuits dévastateurs.

Quel est le coût pour une batterie ?

Les prix des batteries photovoltaïques au lithium actuellement disponibles sur le marché des accumulateurs pour installations solaires varient considérablement d’une marque à l’autre ainsi que d’un modèle à l’autre. Les différentes caractéristiques techniques et technologiques peuvent faire varier le montant total d’une batterie photovoltaïque lithium. Aussi est-il important de bien comparer les différents produits à votre disposition avant de vous lancer.

budget

En moyenne, il faut compter entre 6 000 et 10 000 € pour équiper votre installation solaire avec une batterie au lithium.
Le coût d’achat et d’installation d’une batterie au lithium restant assez élevé, il est nécessaire de bien budgétiser son investissement en amont.
Est-il intéressant pour votre installation d’être équipée d’un système de stockage ? Si oui, aurez-vous le temps d’amortir son coût avant que la batterie n’ait atteint le seuil maximal de sa durée de vie ?

Peut-on recycler nos batteries au lithium ?

Le lithium fait partie des métaux lourds dont l’extraction nécessite beaucoup d’eau. Il est donc impératif, d’une part, que le lithium ne se retrouve pas dans la nature une fois la durée de vie de l’accumulateur achevée et, d’autre part, de lui donner une seconde vie pour optimiser l’utilisation de cette ressource épuisable.
Toutefois, le recyclage des batteries au lithium commence tout juste à se mettre en place.
Aujourd’hui, l’obligation de recyclage d’une batterie lithium-ion avoisine les 50 %, contre 90 % pour une batterie au plomb (1). En France, quelques sociétés se sont spécialisées dans la récupération des batteries lithium pour les valoriser, ce qui explique qu’aujourd’hui, les batteries solaires au lithium-ion affichent un taux de recyclage de 70 %.
Néanmoins, le recyclage des batteries au lithium représente aujourd’hui encore un coût important, ce qui explique que la filière peine à se développer plus massivement.

A retenir
Les batteries solaires au lithium sont aujourd’hui considérées comme l’une des solutions de stockage les plus prometteuses sur le marché du photovoltaïque. Les progrès techniques et le développement de la filière recyclage en font la technologie d’avenir par excellence.
Leurs principaux atouts :
  • sans entretien ;
  • durée de vie supérieure à 2 500 cycles à 80 % de charge ;
  • plus légères et compactes que les batteries au plomb ;
  • résistent davantage aux décharges profondes ;
  • niveau de recyclage proche de 70 %.