Règles essentielles de sécurité dans une installation solaire

Cet article détaille quelques règles essentielles de sécurité pour l'installation, l'exploitation et la maintenance d'installations solaires photovoltaïque. Il ne se substitue pas aux précautions d'usage et aux recommandation des constructeurs.


Règles générales de sécurité

• Les personnes non-autorisées, les enfants et les animaux ne doivent pas avoir accès à l'installation, les locaux techniques doivent être fermés.
• Lisez attentivement la notice des matériels (batteries, panneaux solaire, etc.) que vous allez utiliser, assurez-vous qu'ils sont en bon état et que vous disposez de tout le matériel nécessaire avant de commencer.
• Lors de travaux électriques, les intervenants et les locaux doivent être secs. Attention à la pluie, à la transpiration...
• Autant que possible, les manipulations doivent avoir lieu hors-tension.
• Les manipulation sous tension (qui peuvent créer des étincelles) ne doivent pas avoir lieu à proximité de matière inflammable ou explosives. N'oubliez pas que les batteries peuvent libérer du dihydrogène qui est un gaz explosif ! 

Règles particulières liées à l'utilisation de batteries et des panneaux solaires

• Respectez la polarité des composants 
• Le seul moyen d’arrêter la production d'électricité d'une panneau solaire est de le priver de soleil. Couvrez les panneaux avant d'intervenir sur une installation photovoltaïque.
• Les batteries doivent se trouver dans une pièce bien ventilée. Pour éviter tout risque d'explosion, il est interdit de faire du feu, de fumer ou de provoquer des étincelles dans un local contenant des batteries.
• Protégez-vous contre les projections et les vapeurs émises par les batteries.
• Ne reliez jamais les pôles + et - d'une batterie : cela provoquerait un court-circuit avec des risques d'explosion de la batterie. Afin d'éviter une mise en contact accidentelle de ces deux pôles, enlevez tous les objets métalliques (bague, montre, bracelet...) lorsque vous manipulez des batteries
• Ne rechargez pas des batteries sans régulateur
• Les batteries au plomb sont très nocives pour l'environnement : ne les jetez pas !

Pour en savoir plus sur la maintenance des batteries : Optimiser la durée de vie des batteries, mode d'emploi

Vous avez encore des questions ? Quelque chose n'est pas clair ? Dites le dans les commentaires et faites progresser cet article.

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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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Caractéristiques dimensionnantes d'un chargeur-onduleur : tension, puissance, courant de charge

Si vous voulez utiliser des batteries rechargées par le réseau électrique ou par un groupe électrogène, par exemple dans un système solaire hybride ou dans un système anti-délestage, le combi chargeur-convertisseur va être le cerveau de votre système :

• il va assurer l'interface entre les batteries (utilisant du courant continu) et le reste de l'installation (qui fonction avec du courant alternatif),
• il va réguler la charge et la décharge des batteries afin d'optimiser leur durée de vie,
• il peut offrir de nombreuses options ou fonctions complémentaires, parfois essentielles pour le bon fonctionnement de votre système.

Le choix du chargeur-convertisseur est donc crucial pour la réussite de votre projet. Avant de parler des performances ou des options, les caractéristiques du chargeur-onduleur que vous devez absolument dimensionner sont :

• La puissance maximale en sortie du convertisseur, c’est-à-dire la puissance maximale qu’il pourra fournir à votre installation. Notez que de nombreux modèles de chargeur-onduleur ont une fonction « boost » qui leur permet de dépasser ce maximum pendant une durée limitée,
• L’intensité maximale que le chargeur peut délivrer aux batterie, 
• La tension avec laquelle chargeur alimente les batteries.

Un autre critère essentiel est la forme du signal délivré par l'onduleur.

Puissance maximale de l'onduleur

La puissance maximale délivrée en sortie du chargeur-inverter par l'onduleur doit être supérieure à la puissance maximale consommée par votre installation. 

Courant de charge du chargeur

Le chargeur pourra délivrer à vos batterie un courant de charge limité. Plus le courant est élevé plus la recharge sera rapide.

Exemple :
Un chargeur 12V avec un courant de charge de 10A délivre 10Ah par heure. Si vous voulez recharger une batterie 200Ah,12V qui est à moitié déchargée, il vous faudra 100Ah/10A=10 heures.
Si vous voulez recharger la même batterie en moins de 4 heures, il faudra choisir un chargeur avec un courant de charge de 100Ah/4h = 25A au minimum.

!	Attention quand même : vous ne pouvez pas utiliser un courant de charge supérieur au quart de la capacité de vos batteries sinon vous risquez de les dégrader rapidement. Pour en savoir plus : Optimiser la durée de vie des batteries : mode d'emploi

Le courant de charge est en général réglable.

Tension du chargeur

La tension du chargeur est en général de 12, 24 ou 48 volt.
La puissance du chargeur augmente et les pertes diminues quand la tension augmente. En contrepartie, le choix d'une tension supérieure à celle des batteries oblige à mettre celle-ci en série et vous oblige à en utiliser un nombre pair (pour un chargeur 24V avec des batteries 12V) ou un multiple de 4 (pour un chargeur 48V avec des batteries 12V).

Exemple :
Un cas réel auquel j'ai été confronté. Il s'agissait d'un système de batterie avec un chargeur 24V et des batteries 6V, 500Ah. Un premier dimensionnement avait montré que 4 batteries suffisaient à couvrir l'ensemble des besoins. Lors de l'installation du système, l'utilisateur a voulu ajouter un système d'éclairage extérieur. Une batterie supplémentaire aurait suffi à couvrir ce nouveau besoin mais pour arriver à 24V, il fallait relier au chargeur des blocs de 24/6=4 batteries. Il aurait donc fallu passer de 4 à 8 batteries ce qui aurait pratiquement doublé le coût du matériel utilisé.

Le choix de la tension sera parfois imposé par la puissance voulue pour le chargeur-inverter : pour des systèmes importants ou pour des durées de recharge courtes, un chargeur 12V sera rapidement insuffisant.

Forme du signal délivré par l'onduleur

L'onduleur transforme le courant continu stocké dans les batteries en courant alternatif. La qualité de cette transformation varie d'un onduleur à l'autre.
Si la forme du signal délivré par l'onduleur est tout-à-fait semblable à celle d'un groupe électrogène ou du réseau électrique public, on dit que l'onduleur est pur-sinus. Sinon, il s'agit d'un onduleur pseudo-sinus ou à onde sinusoïdale modifiée.

Différence entre un signal sinusoïdal (à gauche) et un pseudo-sinus (à droite)

Les appareils électriques sont conçus pour fonctionner avec un signal pur-sinus. Certains peuvent accepter sans problème un pseudo-sinus (lampe, chauffage, four...), d'autres verront leurs performances et leur durée de vie dégradées ou auront tendance à chauffer mais pourront tout de même fonctionner (moteur, télévision...) mais certains ne pourront fonctionner qu'avec un pur-sinus (radio...).

!	A noter : un haut-parleur alimenté avec un pseudo sinus émettra un bourdonnement, à éviter donc si possible pour les télévision, la hifi... D'une manière générale, préférez un pur-sinus si vous avez à alimenter des appareils électroniques.

Par ailleurs, les onduleurs pur-sinus ont un meilleurs rendement que les onduleurs pseudo-sinus.
Revers de la médaille : les onduleur pseudo-sinus sont moins chers à puissance égale que les pur-sinus.

Pour aller plus loin : Les principaux fabricants de chargeur-onduleurs et leurs gammes

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Optimiser la durée de vie des batteries : mode d’emploi

Dans une installation photovoltaïque ou une alimentation de secours en électricité, les batteries représentent une part importante du coût initial... et leur renouvellement et pratiquement le seul coût de fonctionnement.
Plusieurs phénomènes (sulfatation, perte d'eau, perte de masse...) limitent la durée de vie de vos batteries mais l'usage que vous en faite peut accélérer dramatiquement leur vieillissement : rien de plus facile que de mettre hors d'usage en 2 semaines une batterie conçue pour durer plusieurs année. Voici quelques règles pour éviter cette mésaventure et prolonger les performances de vos batteries.

Ne déchargez jamais complétement une batterie

La durée de vie en cycle décroit rapidement lorsque la profondeur de décharge augmente. En général, on essaie de limiter la profondeur de décharge à 50%, c'est-à-dire que l'on utilisera que la moitié de la capacité de batteries. Quoiqu'il en soit, fixez une profondeur de décharge maximale lors de la conception du système et ne la dépassez pas. Un moniteur de batterie vous permettra de connaitre l’état de charge de vos batteries et ainsi d'éviter de dépasser par accident le seuil que vous vous êtes fixé.

Lorsqu'une batterie est déchargée, rechargez là dès que possible même si vous ne comptez pas l'utiliser tout de suite. Attention à l’autodécharge : si vous stockez des batteries il faudra les recharger régulièrement.

Limitez le courant de charge

Le courant de charge doit rester inférieur à un quart de la capacité de la batterie (25A pour une batterie 100Ah, 50A pour une 200Ah ou 2 batteries 100Ah, etc.).  Certes un courant plus élevé permet de recharger la batterie plus rapidement mais il va aussi accélérer la perte de masse et entrainer une forte hausse de la température de la batterie ce qui accélèrera son usure en particulier si votre installation ne possède pas de compensation de température.

Evitez les recharges partielles et effectuez des charges d’entretien

Si elle est utilisée fréquemment sans être totalement rechargée des déséquilibres vont se créer entre les différents éléments de la batterie ce qui va faire baisser ses performances.

Pour éviter cela, il faut faire de temps à autre une recharge complète de la batterie puis maintenir un faible courant de charge à ses bornes. Cette légère surcharge, appelée charge d’entretien, va permettre de corriger les déséquilibres entre les différents éléments de la batterie. Pour les batteries à électrolyte liquide, la surcharge va également provoquer une ébullition qui va brasser l’électrolyte et éviter la stratification.

Attention quand même pour les batteries étanches, une surcharge excessive peut entrainer une perte irréversible d’eau.

Pour les batteries ouvertes : contrôlez régulièrement le niveau d’eau

Dans une batterie ouverte, l’eau peut s’échapper. Il faut donc contrôler régulièrement le niveau et si nécessaire compléter avec de l’eau distillée. Un niveau trop bas entraine une baisse de la capacité de la batterie mais aussi une augmentation de la concentration en acide (et donc une accélération de la corrosion).

Le niveau doit être contrôlé au moins une fois par mois.

Autant que possible, maintenez les batteries au frais…

Une température élevée accélère le vieillissement de la batterie. Typiquement, la durée de vie d’une batterie est divisée par deux lorsque la température augmente de 10°C.

Exemple :
Une batterie AGM dont la durée de vie à 20°C est de 8 ans aura une durée de vie de 6 ans à 25°C et de seulement 4 ans à 30°C !

Même si vous ne vous trouvez pas sous un climat chaud, il est donc important de faire tout ce qui est possible pour limiter la température des batteries.  Mettez-les dans un local bien ventilé afin d'évacuer la chaleur produite par les batteries lors des charges et des décharges. Laissez 10cm entre les batteries et posez-les par exemple sur une palette.

… et tenez compte de la température

La tension de charge indiquée pour vos batteries est en général valable à 20°C. Cette valeur risque d’être totalement inadaptée si la température ambiante plus élevée, d’autant que la charge ou la décharge des batteries produit de la chaleur (jusqu’à une dizaine de degré). Il faut donc adapter la tension. La compensation de température varie d’un modèle à l’autre mais elle est typiquement de l’ordre de -24mV/°C pour une batterie 12V.

Exemple :
Si le fabricant annonce une tension d’absorption de 14.4V pour une batterie 12V et que la température de la batterie est de 40°C (température ambiante de 30°C + chaleur produite par la batterie), le chargeur devra être réglé sur une tension d’absorption de 13.9V. Si ce n’est pas le cas, la durée de vie de la batterie sera considérablement réduite par la corrosion et le gazage.

Cette correction pourra être réalisée automatiquement si vous utilisez une sonde de température.

Si vous vous trouvez sous un climat chaud vous pouvez également diminuer la concentration d’acide dans l’électrolyte pour ralentir la corrosion.

Tout ce qui précède se résume en fait en deux recommandations :

1. Ne déchargez pas trop profondément vos batteries et ne les laissez pas déchargées, 
2. Utilisez un chargeur de bonne qualité correctement et réglé.

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Revue de presse Energie&Developpement - novembre 2011

La question de l'énergie ne peut être posée que dans son ensemble

En France, le mois de novembre a été marqué par la place accordée à l'énergie dans le débat public. Le nucléaire s'est trouvé au cœur des discussions éclipsant les autres filières et faisant même oublier que, certes, 80% de l'électricité française est d'origine nucléaire mais que l'électricité ne représente qu'un quart de la consommation d'énergie de la France. La position défendue par une partie des intervenants reposant sur l'absence d'alternative au nucléaire (et donc en fait l'absence de débat) il n'est pas étonnant que la question énergétique n'a pas été abordé dans sa globalité.
Pourtant, cette question est beaucoup plus vaste et complexe qu'elle n'est apparue au cours des dernière semaines. Aucun sujet ne peut être abordé seul. Prenez par exemple le solaire photovoltaïque qui étouffe doucement après la confirmation du décret de 9 décembre 2010. Cette technologie est écartée parce que "la nuit il n'y a pas de soleil"... Certes mais on pourrait stocker l'électricité. N'est-ce pas une des raisons du développement des voitures électriques, car au fond une voiture électrique ce n'est qu'une batterie avec des roues. Et l'on pourrait continuer à tirer ainsi la pelote en se demandant si la voiture électrique ne conforte pas la voiture tout court avec les incertitudes que l'on connait sur les énergies fossiles...
La question de l'énergie ne peut être posée que dans son ensemble. Prendre position sur l'avenir d'une technologie ou d'une filière quand on ignore tout des autres, c'est simplement faire du lobbying..

Débat local, conséquences globales

A la veille de l'ouverture de la conférence de Durban sur le réchauffement climatique, une autre question manque dans le débat français. La France est, qu'elle le veuille ou non, encore dans une position de leader dans le domaine de l'énergie. La voie qu'elle choisira servira d'exemple à bien d'autres pays. On imagine par exemple l'effet qu'aurait l'arrêt de la construction de centrales nucléaires dans le pays le plus nucléarisé au monde ! Et, à l'inverse, les positions pro-nucléaire de M. Sarkozy ont été à l'origine de projets d'exportations vers des pays ne possédant pas encore de centrales nucléaires.
Si on veut bien sortir de l'hexagone et considérer la question dans sa globalité - c'est-à-dire pour reprendre les termes de l'AIE : "comment parvenir à un accès universel à l’énergie d’ici à 2030 ?" - les orientations changent. Le nucléaire a peu d’intérêt, il y a bien quelques projets qui pourraient peut-être convenir à des pays en développement mais sa complexité et son coût en font durablement une énergie de pays industrialisé. Les perspective sont plutôt du coté de la maitrise de la demande et d'infrastructures plus légères et moins centralisées, quelque chose qui ressemble à un développement des énergies renouvelables.
Ne l'oublions pas : pour des pays comme la France, développer ce type de solution est un énorme enjeux de croissance.

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Problèmes et usure des batteries au plomb

Cinq grands types de problèmes peuvent se poser sur une batterie au plomb conduisant à une diminution progressive des performances voire à la destruction de la batterie :

Stratification

La stratification ne concerne que les batteries à électrolyte liquide, les batteries AGM et gel ne sont pas touchées par ce phénomène.
Le liquide contenu par une batterie (ou électrolyte) est composé principalement d’eau et d’acide sulfurique. Si l'électrolyte n'est pas régulièrement mélangé, l'acide sulfurique, qui est plus lourd que l’eau, va s’accumuler dans la partie basse du bac batterie.

Sulfatation

La réaction chimique qui a lieu lors de la décharge de la batterie conduit à la formation de cristaux de sulfate de plomb sur les plaques positive et négative. Ces cristaux disparaissent lorsque la batterie est rechargée.

Mais si la batterie est laissée trop longtemps sans être rechargée, les cristaux de sulfate de plomb vont grossir et durcir et ne pourront plus disparaitre lors de la recharge. Rapidement ces cristaux vont former une couche imperméable entre les électrodes et l’électrolyte et la réaction ne pourra plus avoir lieu. La batterie sera alors définitivement hors d’usage. C'est pour éviter la sulfatation qu'il ne faut jamais laisser une batterie déchargée.

Perte de masse

L’usage intensif des batteries use la matière des plaques. Celle-ci se détache peu à peu et tombe au fond du bac : la capacité de la batterie baisse. Ce phénomène est inévitable.

Corrosion

La plaque positive de la batterie peut être attaquée par l’acide contenu dans l’électrolyte. Ce phénomène fait augmenter la résistance interne de la batterie et conduit finalement à la dissolution de la plaque positive.

La corrosion est plus rapide lorsque la batterie se trouve dans un environnement chaud.

Gazage et perte d’eau

Lorsque la batterie est surchargée, l'eau contenue dans l'électrolyte se décompose en oxygène et en hydrogène, formant ainsi des bulles de gaz comme si le liquide entrait en ébullition. Ce phénomène n'est pas anormal s'il reste contrôlé.
Dans le cas d'une batterie ouverte, les gaz formés vont s'échapper. Pour une batterie étanche, il vont être recombinés pour reformer de l'eau mais une petite partie peu également être être perdue soit parce que l'étanchéité n'est pas parfaite soit parce que la pression augmente trop ce qui conduit à l'ouverture de la valve de sécurité de la batterie.
Dans les deux cas, une partie de l'eau contenue dans la batterie est perdue. Sur une batterie ouverte, il est possible de compenser cette perte, cela fait même partie de l'entretien normal, mais sur une batterie étanche le phénomène est irréversible.

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Système de batteries anti-coupure : fonctionnement

Système de batterie anti-coupure en Haïti

Lorsqu'il n’est pas accessible ou n'est pas fiable, il est possible d’utiliser des batteries pour prendre le relais du réseau électrique public. Ce système anti-coupure est courant dans certains pays (par exemple en Haïti), dans des bâtiments exigeant un niveau élevé de fiabilité (relais de télécommunication, hôpitaux…) ou dans les installations mobiles (caravane, voilier...).
Les batteries peuvent également être utilisées pour prendre le relais d'un groupe électrogène et créer ainsi des périodes de silence.

Un système de batteries est généralement composé de 2 éléments principaux :

• Des batteries, naturellement, pour stocker l’électricité du réseau lorsque celui-ci est disponible puis la restituer pour alimenter l’installation pendant les coupures, 
• Un combi chargeur-onduleur  (ou chargeur-convertisseur ou « charger-inverter » en anglais) qui va à la fois réguler la charge des batteries et convertir le courant alternatif du réseau électrique en courant continu – le seul qui puisse être stocké – puis de nouveau en courant alternatif pour alimenter l’installation.

Il est aussi possible d’utiliser un chargeur et un onduleur distincts à la place du combi chargeur-onduleur mais cette solution est généralement moins efficace.

Le cœur du système : les batteries

Les batteries sont chargées quand le réseau électrique fonctionne et déchargées si l'utilisateur consomme de l’électricité pendant un délestage.
Notez bien qu'une batterie ne produit pas d'électricité : elle se contente d'en stocker puis de la restituer. La quantité d'énergie que pourra vous fournir un système de ce type est donc limitée. Si vous ne voulez pas ou ne pouvez pas courir le risque voir l'électricité coupée parce que les batteries sont épuisées, vous devrez vous orienter vers un système solaire photovoltaïque ou bien un groupe électrogène.
La quantité d'énergie stockée s'exprime en Watt-heure (Wh) mais les fabricants indiquent souvent la capacité de leurs batteries en Ampère-heure (Ah). Dans ce cas, il faut multiplier ce chiffre par celui de la tension aux bornes des batteries (en général 12 Volt) pour obtenir une équivalence en Watt-heure.

Pour plus de détails : Caractéristiques des batteries au plomb.

Et le cerveau : le combi chargeur-onduleur

Le chargeur-onduleur peut offrir de nombreuses fonctions. Celles-ci varient d’un modèle à l’autre mais on en retrouve toujours au moins 4 :

• Il convertit le courant alternatif fourni par le réseau électrique en courant continu stockable par les batteries,
• Il régule la charge des batteries pour optimiser leur durée de vie, notamment en coupant l’alimentation lorsque les batteries sont pleines,
• Il convertit le courant continu stocké dans les batteries pour alimenter l’installation en courant alternatif,
• Il coupe l’alimentation de l’installation lorsque le niveau des batteries baisse dangereusement afin d'éviter qu'elles ne soient endommagées.

Le dimensionnement du combi chargeur-onduleur et le choix des options est un point critique pour la réussite de votre projet.

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Aperçu des différents types de batteries au plomb

Les batteries au plomb sont les plus répandues pour le stockage de grande quantité d'énergie. Mais au moment de choisir votre batterie vous trouverez une multitude d’appellation : gel, AGM, VLRA, sèche, ouverte, étanche... Cet article vous aidera à comprendre ces différents types de batteries et à choisir la mieux adaptée à votre projet.

Vous cherchez plutôt un rappel sur les caractéristiques des batteries (nombre de cycles, profondeur de décharge...) ? Alors lisez cet article !

Les batteries en fonction de leur usage

Batterie de démarrage

Une batterie de démarrage est destinée à fournir un courant élevé pendant une très courte période. Elle est conçue pour démarrer un moteur (par exemple un véhicule ou un groupe électrogène) et n'est pas adaptée pour une autre utilisation. Une batterie de ce type se dégradera très rapidement si elle est utilisée pour alimenter un appareil électrique.
Les batteries de démarrage sont parfois appelées "batterie de voiture", "batterie de camion" ou "batterie à plaques minces", elles sont faciles à trouver mais ne faites pas l'erreur de les utiliser dans un camping-car ou une installation solaire : elles vous lâcheraient au bout de quelques semaines !

Batterie de traction

Le nom de ces batteries vient de leur première utilisation : alimenter le moteur d'un véhicule électrique, par exemple un chariot élévateur. Ces batteries possèdent donc généralement un bon rapport capacité/poids et capacité/volume. Elles sont conçues pour se recharger rapidement et résister à des décharges assez profondes.

Batterie stationnaire

Ces batteries sont celles utilisées dans les alimentations de secours notamment pour des systèmes informatiques ou de télécommunication. Elles sont conçues pour être rechargées en permanence et n'être déchargées que rarement, elle ne sont donc prévues que pour un nombre réduit de cycles. La profondeur de décharge autorisées peut varier fortement d'un fabricant à l'autre.

Batterie solaire

Ces batteries sont prévues pour être utilisées dans des installations solaires photovoltaïques. Elles sont conçues pour supporter un nombre élevé de cycle (puisqu'elles seront déchargées toutes les nuits et rechargées tous les matins), leur profondeur de décharge est généralement bonne mais peut varier fortement d'un modèle à l'autre.
Les batteries de servitudes présentent à peu près les mêmes caractéristiques que les batteries solaires.

Les batteries en fonction de leur technologie

Batterie à électrolyte liquide

Une batterie à électrolyte liquide est une batterie contenant de l'acide à l'état liquide. Ces batteries ne peuvent fonctionner correctement que si elles sont posées à plat, elles sont par exemple mal adaptées pour un bateau soumis au roulis. En cas de casse, l'acide peut s'échapper ce qui représente un danger pour l'homme et l'environnement.
Les performances des batteries à électrolyte liquide varient très fortement d'un modèle à l'autre. Les batteries à électrolyte liquide craignent particulièrement le froid : si l'électrolyte gèle, la batterie ne pourra plus être utilisée.

Batterie ouverte

Une batterie ouverte est une batterie à électrolyte liquide dotée de bouchons permettant de la remplir. Les batteries ouvertes ne sont pas étanches : le liquide qui est à l'intérieur s'évapore peu à peu, il faut donc contrôler régulièrement son niveau et compléter si nécessaire avec de l'eau distillée.
Une batterie ouverte peut être soit :

• Sèche, une batterie sèche ne contient pas encore de liquide, il faudra la remplir d'acide sulfurique avant de pouvoir l'utiliser. Les batteries sèches présentent l'avantage de pouvoir être transportée sans danger. En particulier les batteries sèches sont acceptées dans les avions.
• Humide, une batterie humide contient déjà le liquide. On trouve rarement des batteries humides dans le commerce parce qu'elles sont dangereuses à transporter et ne peuvent pas être stockées longtemps.

Batterie étanche

Une batterie étanche est une batterie à électrolyte liquide ou non dotée d'un système permettant d’empêcher l'évaporation. Ces batteries n'ont pas besoin d'être remplies avant utilisation et ne nécessitent pas de maintenance. Elles sont acceptées dans les transports aérien mais présentent quand même un risque de fuite d'acide en cas de casse.
Ces batteries sont aussi appelées batteries scellées, batteries à valve, batteries à recombinaison de gaz, batteries VLRA, batteries "zéro maintenance" ou "maintenance free".
A noter : en anglais et dans les normes IATA, on distingue deux types de batteries étanches, les "non-spillable battery" qui sont acceptées dans les avions et les "sealed battery" qui ne le sont pas. 

Batterie AGM

Les batteries AGM sont un type de batterie étanche. Dans une batterie AGM, l'électrolyte est liquide mais maintenu en place par des fibres. Il n'y a donc pas de risque de fuite et la batterie peut fonctionner sans être parfaitement à plat.
Les batteries AGM peuvent en général supporter un grand nombre de cycle et des profondeur de décharge élevées. Elles ont une bonne résistance au froid.

Batterie gel

Les batteries gel sont un type de batterie étanche. Dans une batterie gel, l'électrolyte est gélifié. Cela permet d'éliminer le risque de fuite d'acide en cas de casse et de faire fonctionner la batterie dans toutes les positions.
Les batteries gel peuvent en général supporter un grand nombre de cycle et des profondeurs de décharge élevées. Elles résistent mieux au froid que les batteries classiques mais moins bien que les batteries AGM, elles ont souvent une bonne tenue à la chaleur et un taux d’auto-décharge faible.

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Caractéristiques d'une batterie au plomb

Lorsque vous achetez une batterie, il faut tenir compte de nombreuses caractéristiques dont certaines ne sont en général pas mentionnées clairement sur la batterie.

Capacité de la batterie
Une batterie stocke de l'énergie pour la restituer lorsque vous en avez besoin. L'énergie stockée s'exprime en Watt-heure. Cependant les fabricants indiquent souvent la capacité des batteries en Ampère-heure, pour obtenir une équivalence avec le besoin que vous avez calculé en Watt-heure, il faut multiplier la capacité par la tension aux bornes de la batterie :

E(Wh) = C(Ah) x U(V)

L'énergie que peut restituer une batterie dépend de la durée : une même batterie peut fournir moins d'énergie en 2 heures qu'en 10. En général la valeur indiquée sur la batterie correspond à l'énergie restituée en 20 heures. Si plusieurs capacités sont fournies par le fabricant, la durée est notée en indice : la capacité en 20 heures est notée C₂₀, la capacité à 10 heures est notée C₁₀, etc.

Lorsque vous faites vos calculs, il faut choisir la capacité correspondant le mieux à votre utilisation. Si vos batteries sont destinées à une système de secours en cas de coupure du réseau électrique et que ces coupures ont une durée moyenne d'une heure, vous choisirez C₁, si vos batteries sont rechargées grâce à l'énergie solaire et destinées à alimenter des lampadaires allumés toute la nuit vous devrez prendre plutôt C₁₀.

Nombre de cycle

Une batterie ne peut supporter qu'un nombre limité de cycle charge-décharge. Vous devrez choisir votre batterie de façon à ce que cette valeur soit cohérente avec votre projet. S'il s'agit d'une système de secours utilisé exceptionnellement un nombre de cycle réduit n'est pas gênant. S'il s'agit d'un système solaire rechargé chaque jour et déchargé chaque nuit, il vous faudra le plus grand nombre de cycles possible.

Le nombre de cycles dépend fortement de la profondeur de décharge que vous utilisez.

Profondeur de décharge

Il n'est pas possible d'utiliser toute l'énergie stockée dans une batterie sans l'endommager gravement. Une batterie complétement vide a une espérance de vie très limitée.

La profondeur maximale de décharge est le pourcentage maximal de l'énergie de la batterie que vous allez utiliser. En général il est conseillé de ne pas dépasser une profondeur de 50% (sur une batterie de 100Ah, vous ne pourrez donc utiliser que 50Ah) mais des valeurs plus faibles peuvent être fixées pour obtenir un plus grand nombre de cycles.

Durée de vie

Indépendamment du nombre de cycle la durée de vie d'une batterie est limitée par l'oxydation des électrodes et des bornes. Ce phénomène peut être relativement rapide si la batterie est utilisée à une température élevée, dans ce cas il sera inutile de choisir une batterie possédant un très grand nombre de cycle.

Tenue au froid

Les batteries à électrolyte liquide supportent mal le froid. Leur capacité baisse rapidement avec la température et si l'électrolyte gèle, elles sont détruites. Si votre batterie peut être exposée à des températures négative, il faudra que vous en teniez compte dans vos calcul et que vous choisissiez un point de congélation assez bas pour que vos batteries ne gèlent pas.

Auto-décharge

Une batterie non-utilisée se décharge d'elle même. Pour une batterie au plomb, le taux d'auto-décharge est en générale limité (de l'ordre de 5% par mois) mais il peut augmenter rapidement avec la température.

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