Entretien des batteries : l'utilisation du pèse-acide

L'objectif de cet article est de vous expliquer comment utiliser un pèse-acide pour mesurer la concentration d'acide dans une batterie ouverte.

En effet, à l'inverse des batteries étanches (de type gel, AGM ou OPzV), avec une batterie ouverte, il est possible d'accéder à l'électrolyte (le liquide contenu dans la batterie). Mesurer la concentration d'acide dans l'électrolyte peut aider à prolonger la durée de vie de la batterie, cela permet par exemple de :

• Connaitre précisément l'état de charge de la batterie sans appareillage,
• Dans un environnement chaud, vérifier que l'acide n'est pas trop concentré pour éviter une corrosion précoce,
• Détecter des problèmes (notamment la sulfatation des électrodes) avant qu'ils ne mettent la batterie définitivement hors-service.

Ouvrir une batterie : d'abord, se protéger

L'électrolyte est constitué d'acide sulfurique concentré. Avant d'ouvrir la batterie, assurez-vous que vous êtes correctement protégé contre les projections d'acide : gants, lunettes, manches longues...

N'ouvrez pas une batterie qui vient d'être rechargée (elle risque d'être très chaude) ou qui est en train d'être chargée (le liquide peut bouillir). Le pèse-acide ne donnera de toute façon une indication fiable que sur une batterie au repos. Il est donc préférable d'attendre 2h environ après une recharge avant de faire une mesure.

Comment utiliser une pèse-acide ?

Un  pèse-acide est constitué d'une pipette dans laquelle se trouve un flotteur lesté et gradué. On peut en acheter dans certains garages automobiles (ils peuvent aussi servir pour des batteries de voiture ou de camion).

L'utilisation du pèse-acide est très simple, procédez de la façon suivante :

1. Ouvrez les bouchons de la batterie,

2. Plongez le tube du pèse-acide dans l'électrolyte et aspirez autant de liquide que possible dans la pipette

3. Le niveau du liquide sur le flotteur gradué indique la concentration d'acide (par exemple si la surface se trouve sur la graduation 1180g/L, la densité de l’électrolyte est de 1180g/L) :

Lecture de la concentration d'acide grâce au niveau de l'electrolyte.

Comprendre la concentration en acide de l'électrolyte

Dans le cadre d'un fonctionnement normal de la batterie, deux facteurs expliquent la concentration en acide dans la batterie : l'état de charge et la température. Les variations de la densité de l'électrolyte en fonction de ces deux paramètres dépendent de la batterie, néanmoins le tableaux suivant donne des ordres de grandeurs :

Charge	Densité de l'électrolyte (g/L)
	17°C	27°C	37°C	47°C
100%	1260	1255	1250	1245
75%	1220	1215	1210	1205
50%	1185	1180	1175	1170
25%	1160	1155	1150	1145

Il est intéressant de comparer les mesures obtenues avec le pèse-acide à celles données par un voltmètre ou un contrôleur de batterie. Si ces deux valeurs ne concordent pas, c'est qu'il y a un problème. Les explications peuvent être les suivantes :

• Si la densité est plus forte qu'attendue (par exemple, le contrôleur de batterie indique que les batteries sont déchargées mais que la densité de l'électrolyte se trouve autour de 1250g/L), cela signifie sans doute qu'une partie de l'eau contenue dans l'électrolyte s'est évaporée, il faut contrôler les niveaux et les compléter avec de l'eau distillée si nécessaire.
• Si la densité est plus faible qu'attendue (par exemple, le contrôleur de batterie indique que les batteries sont complétement chargée mais que la densité de l'électrolyte reste autour de 1200g/L), les explications peuvent être multiples. Il peut s'agir :
• d'une stratification : l'acide est plus lourd et a tendance à se concentrer au fond des batteries. Vous pouvez effectuer une charge d'égalisation (c'est-à-dire une légère surcharge qui va faire bouillir, et donc mélanger, l'électrolyte) et recommencer la mesure.
• d'un début de sulfatation : la réaction chimique de la batterie ne s'effectue plus entièrement. Ce phénomène n'est pas toujours réversible mais il peut parfois être résolu en effectuant une charge d'entretien. Il s'agit alors d'effectuer une recharge longue avec un courant de charge aussi faible que possible et une tension de charge plus élevée que la normale jusqu'à ce que la densité de l'électrolyte augmente jusqu'à une niveau normal (ce que vous vérifierez grâce au pèse-acide),
• Enfin, il peut y avoir eu des fuites sur les batteries qui auront peu à peu perdu une partie de leur acide.

Aller plus loin :

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Trouver la meilleure position pour un panneau solaire

Comme on l'a déjà vu, le rendement d'un module photovoltaïque varie avec l'angle d'incidence des rayons solaires. La position que vous allez donner à vos panneaux solaire va donc avoir une influence sur la production. L'objectif de cet article est de vous permettre de déterminer la position optimale des panneaux solaires pour une installation en site isolé.

La position d'un panneau est en fait :

• son orientation, ou azimuth, c'est-à-dire l'angle qu'il fera avec l'axe nord-sud dans le plan horizontal.
• son inclinaison, c'est-à-dire l'angle qu'il fera avec le plan horizontal.

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Calculer le nombre de batteries pour une installation solaire photovoltaïque

Une installation solaire photovoltaïque comprend généralement des batteries afin de rendre l'électricité disponible la nuit ou lorsque le soleil est voilé. Nous allons maintenant voir comment calculer les nombre de batteries nécessaires dans une installation.

Avant de commencer, vous devez :

• Avoir calculé l'énergie que va consommer chaque jour votre installation,
• Connaitre au moins la tension (en général 12V) et la capacité (souvent 50, 100 ou 200Ah) des batteries que vous allez utiliser. Vous pouvez aussi faire le calcul avec plusieurs types de batteries puis choisir la solution la plus économique.

Exemple :
Pour illustrer cette méthode nous reprendrons l'exemple déjà utilisé pour le calcul des besoins en énergie. Nous avions trouvé un besoin de 4kWh/jour.
Par ailleurs nous avons choisi d'utiliser des batteries 12V de capacité 200Ah.

Déterminer l'autonomie souhaitée
La capacité de stockage dont vous aurez besoin dépend essentiellement de 2 paramètres : l'énergie consommée par jour et l'autonomie de votre système, c'est-à-dire le nombre de jours qu'il devra pouvoir supporter sans soleil.

L'autonomie varie en général entre 3 et 15 jours. Le chiffre retenu dépend de deux facteurs :

• Les conditions météorologiques de la région où vous vous trouvez : existe-t-il des périodes de mauvais temps prolongé ? Si oui, combien de jours peuvent-elles durer ?
• La fiabilité que vous souhaitez pour votre système : Acceptez-vous que l'alimentation puisse être coupée ? Si oui après combien de jours sans soleil ?

La quantité d'énergie consommée par votre installation pendant cette période est :

Besoin quotidien x autonomie

Exemple :
Notre installation se trouve en région équatoriale, pendant la saison des pluies, il arrive que le temps soit couvert 3-4 jours à la suite. Des périodes de mauvais temps plus longue existent mais sont rares. Comme il s'agit d'alimenter une maison, l'alimentation peut être coupée de temps en temps : le confort sera dégradé mais cela ne pose pas de problème de sécurité. On choisit donc une autonomie faible : 3 jours. On arrive à :

4kWh x 3jours = 12kWh

Si le bâtiment à alimenter était, par exemple, un dispensaire ou une entreprise. Il aurait fallu choisir une autonomie plus élevée pour assurer la continuité de l'activité : entre 5 et 7 jours.

     

Ajouter les pertes
L'électricité qui sort des batteries n'arrive pas entièrement à vos appareils électriques : une partie est perdue dans les fils et lors de la conversion continu-alternatif par l'onduleur. La quantité d'énergie que devront restituer vos batteries est donc en fait :

Energie consommée / (rendement de l'onduleur x (1 - pertes en ligne))

Si vous n'utilisez pas d'onduleur (c'est-à-dire si votre installation est en courant continu), la quantité d'énergie que devront restituer vos batteries est :

Énergie consommée / (1 - pertes en ligne)

Si vous ne connaissez pas les valeurs des pertes, vous pouvez utiliser ces valeurs moyennes : 

rendement de l'onduleur = 0.9

(1 - pertes en ligne) = 0.97

Exemple :
Notre installation doit alimenter des appareils fonctionnant en courant alternatif, elle utilise donc un onduleur. La quantité d'énergie à restituer est :

4 / (0.9 x 0.97) = 4.58kWh

Tenir compte de la profondeur maximale de décharge des batteries
Pour que vos batteries aient une meilleure durée de vie, vous ne devez pas les décharger complétement : Il faut fixer une profondeur maximale de décharge. En générale cette profondeur varie de 30 à 80%. Une bonne valeur intermédiaire est 50%, c'est-à-dire que vous n'utiliserez en fait que la moitié de la capacité de vos batteries.
Pour en savoir plus à ce sujet voir : Optimiser la durée de vie des batteries

La capacité de vos batteries devra donc être :

Énergie à restituer / profondeur max de décharge

Exemple :
Pour notre installation on prend une profondeur maximale de décharge de 50%, la capacité des batteries doit donc être :

4.58kWh / 0.5 = 9.16kWh

En déduire le nombre de batteries
Pour passer d'un chiffre en kWh à un nombre de batteries, il faut multiplier par 1000 (pour convertir les kWh en Wh) diviser par la tension aux bornes de batteries (pour convertir les Wh en Ah) puis par la capacité des batteries (en Ah) et arrondir au chiffre supérieur.

Exemple :
On utilise des batteries dont la tension est 12V et la capacité 200Ah :

9.16kWh x 1000 = 9160Wh
9160 / 12 = 763Ah
763Ah / 200Ah = 3.81

Il nous faut donc 4 batteries

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Calculer la consommation d'énergie d'une installation électrique

La première étape pour concevoir une installation solaire ou un système anti-délestage est de savoir combien de combien d'électricité vous avez besoin.
En effet l'électricité va être stockée dans des batteries et il faut  nous assurer que la capacité de stockage est suffisante pour alimenter l'installation pendant la période voulue. Pour cela il faut calculer votre consommation d'énergie (en Watt-heure)
Pour en savoir plus, voir l'article puissance et énergie en électricité.

Voici une méthode simple pour calculer cette consommation d'énergie.

Pour illustrer cette méthode, nous allons utiliser le cas suivant :
Nous voulons créer une installation solaire alimentant une maison. Cette maison a 2 chambres et un salon. Elle est équipée avec un réfrigérateur et une télévision. On estime que la télévision et la lumière du salon seront allumées 2 heures par jour, la lumière des chambres sera elle allumée une heure par jour. Par ailleurs, il est probable que les habitant utiliserons aussi l'électricité produite pour recharger leurs téléphones.

Pour commencer, il faut lister tous les appareils électriques à alimenter : ampoules, réfrigérateur, télévision, chauffe-eau électrique, ventilateurs, climatisation, ordinateurs...
Dans notre exemple :

Pour chaque appareil, on détermine ensuite la puissance moyenne nécessaire pour l'alimenter. Pour connaitre la puissance de vos appareils, deux possibilités :

•   Soit vous possédez déjà l'appareil et vous pouvez chercher cette valeur sur la notice ou le manuel utilisateur,
•   Soit vous n'avez pas encore acheté l'appareil et il faut vous renseigner auprès du vendeur (dans ce cas, investissez dans un appareil peu gourmand en électricité, même s'il est plus cher vous économiserez largement plus lors de l'achat de vos batteries).

Vous pouvez également vous reporter à ce tableau des puissances des appareils électriques les plus courants.
 
Complétez votre tableau avec ces puissances :

     

On compte alors le nombre d'appareil de chaque type. Si un même appareil est présent plusieurs fois mais utilisé différemment, le plus simple et de rajouter une ligne dans le tableau (comme nous l'avons fait pour les lampes du salon et de la chambre dont les durées d'utilisation sont différentes).
Pour chaque appareil, il faut évaluer la durée pendant laquelle vous voulez que vos batteries puisse l'alimenter. Dans notre exemple, on veut pouvoir alimenter l'installation pendant 24h, on prend donc la durée quotidienne d'utilisation de chaque appareil :

!

A moins que vous pensiez à débrancher systématiquement les appareils qui ne sont pas en fonctionnement ou que vous utilisiez un dispositif coupe-veille, n'oubliez pas de tenir compte de la consommation, faible mais continue, des appareils en veille : Une télévision en veille consomme 5W environ, soit sur une journée 5W x 24h = 120Wh. Autant qu'une ampoule moyenne pendant 3 heures !

 
Il faut maintenant à calculer la consommation d'énergie quotidienne de chaque appareil. Pour cela multipliez tous les chiffres de chaque ligne :

Il ne vous reste plus qu'à additionner pour trouver l'énergie consommée par votre installation en une journée. Dans notre cas :

80 + 80 + 3600 + 160 + 10 = 3930Wh = 3,93kWh

 
Notre installation doit donc être en mesure de fournir environ 4 kilowatts-heures par jour.

!

Ce chiffre va avoir une influence directe sur le nombre de batterie que vous devrez acheter. Or les batteries sont chères et doivent être remplacées directement... Il est presque toujours intéressant financièrement d'investir dans des appareils électriques de bonne qualité ayant de faible consommation d'énergie. Pensez par exemple à choisir un réfrigérateur dont le volume est adapté à vos besoins.

 
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Puisance moyenne des appareils électriques les plus courants

Pour dimensionner un groupe électrogène ou une installation solaire, vous devez connaitre la puissance des appareils électriques à alimenter. Voici une évaluation de la consommation des appareils les plus courants.

Quelques valeurs typiques

     

	Puissance moyenne	Puissance maximale
Cuisine
Réfrigérateur 50L	100 W	300W
Réfrigérateur 200L + freezer	300 W	700 W
Plaque électrique	2000 W	--
Four électrique	2500 W	--
Four micro-onde	800 W	--
Cafetière	1000 W	--
Grille pain	1000 W	--
Hotte aspirante	150 W	400 W
Mixer	200 W	500 W
Lave vaisselle	1500 W	--
Fontaine à eau chauffante/rafraichissante	400 W	1200 W
Ménage et entretien
Machine à laver	3000 W	--
Sèche linge	3000 W	--
Fer à repasser	1000 W	--
Machine à coudre	100 W	--
Aspirateur	800 W	1200 W
Tondeuse électrique	1500 W	3000 W
Chauffage
Chauffe-eau	2000 W	--
Convecteur électrique	2000 W	--
Circulateur chauffage central	60 W	--
Toilette
Sèche-cheveux	600 W	--
Rasoir électrique	20 W	--
Multimédia et bureautique
Chargeur de téléphone mobile	5W	--
TV cathodique	10W (veille)	100 W
TV LCD	5 W (veille)	200 W
TV plasma	5 W (veille)	300 W
Ordinateur + écran cathodique	50 W (veille)	150 W
Ordinateur + écran plat	5 W (veille)	80 W
Ordinateur portable	5 W (veille)	30 W
Imprimante-photocopieuse	10 W (veille)	800 W
Scanner	10 W (veille)	600 W
Routeur WIFI	5 W	--
Radio-réveil	10 W	--
Froid et ventilation
Ventilateur à pied	50 W	60 W
Climatisation	500 W	1200 W

!	Ces valeurs ne sont que des moyennes. Lorsque c'est possible, il est toujours préférable de vous reporter aux notices de vos appareils.

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