Comment choisir une batterie pour stocker l’énergie solaire ?

publié le 30/03/2022 | mis à jour le 01/12/2022 | par Laurie Fouché

Pourquoi s’équiper d’une batterie solaire ?

Les panneaux solaires photovoltaïques produisent de l’électricité à partir de l’énergie solaire. Cela signifie que leur pic de production est en milieu de journée et qu’ils ne fonctionnent plus à la nuit tombée. Or, dans la plupart des foyers, l’électricité est consommée majoritairement tôt le matin puis en fin d’après-midi et dans la soirée. De nombreux consommateurs ayant décidé de faire installer des panneaux photovoltaïques sont donc tentés par l’achat d’une batterie de stockage solaire pour emmagasiner l’électricité produite en journée et l’utiliser lorsque le jour touche à sa fin.

En théorie, l’idée est excellente, car cela permet d’utiliser un maximum de la production des modules photovoltaïques. Dans les faits cependant, l’achat d’une batterie de stockage d’électricité domestique n’est pas toujours rentable. Il existe deux raisons principales à cela :

• les batteries ont des prix élevés et une longévité limitée, surtout comparée à la durée de vie des panneaux solaires. Sur le long terme, les coûts peuvent parfois dépasser les gains attendus ;
• il est possible de faire raccorder les panneaux photovoltaïques au réseau pour vendre l’électricité qui n’est pas consommée par les occupants du logement. Celle-ci n’est donc pas perdue, mais contribue au contraire à rentabiliser l’installation solaire.

Pour savoir si une batterie solaire est un investissement rentable dans votre situation, il est conseillé de tenir compte de tous les facteurs qui peuvent influencer l’installation photovoltaïque, notamment :

• la situation du logement. Par exemple s’il est raccordé ou non au réseau d’électricité, la surface et l’exposition de la toiture, la possibilité d’obtenir un permis de construire pour panneaux photovoltaïques (ou autorisation préalable aux travaux), etc. ;
• les consommations de la famille, en termes de quantité et de répartition tout au long de la journée ;
• le nombre de panneaux solaires qui seront installés ou, plus exactement, leur puissance crête totale ;
• l’orientation et inclinaison des panneaux photovoltaïques pour estimer la quantité d’électricité qui sera produite ;
• le budget prévu pour l’installation solaire (achat des panneaux, de l’onduleur, éventuellement de la batterie, main-d’œuvre, frais liés aux démarches administratives, etc.).

À partir de ces données, il est possible de faire des simulations pour anticiper la rentabilité des panneaux solaires dans chaque situation. Notons quand même que cela est complexe et requiert donc beaucoup de temps et d’énergie de la part des consommateurs qui souhaitent s’en occuper eux-mêmes. Il est donc recommandé de faire appel à des professionnels spécialisés dans le solaire photovoltaïque pour obtenir des conseils personnalisés. L’idéal est généralement de comparer trois devis d’entreprises implantées dans la région.

Pour les particuliers décidés à investir dans une batterie solaire, toutes les informations à considérer pour faire le bon choix sont regroupées ci-dessous.

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Quelle batterie solaire domestique acheter ?

La batterie photovoltaïque est en fait un accumulateur d’énergie solaire, c’est-à-dire qu’il est possible de la charger avec de l’électricité (dans ce cas-là, produite pas les panneaux solaires) puis, lorsque le consommateur a besoin d’énergie, la batterie produit de l’électricité tout en se déchargeant. On parle d’un cycle pour chaque décharge/recharge d’une batterie. Il est important de ne pas confondre ce fonctionnement avec celui d’une pile classique qui ne peut pas être rechargée après que son énergie a été utilisée.

Il existe plusieurs types de batteries solaires utilisées à la maison :

• les batteries au plomb ont été pendant longtemps l’unique option. Différentes technologies basées sur ce matériau se sont développées :
  • les batteries au plomb ouvert ;
  • les batteries AGM ;
  • les batteries au gel.
• les batteries lithium-ion sont les plus récentes et ne contiennent pas de plomb mais, comme leur nom l’indique, du lithium.

Pour choisir une batterie solaire, il est important de bien comprendre les différences entre ces différents modèles et leurs avantages et inconvénients respectifs. Ceux-ci sont donc détaillés ci-dessous.

Batterie au plomb ouvert

Les batteries au plomb ouvert sont utilisées depuis très longtemps, entre autres pour stocker l’électricité provenant de cellules photovoltaïques, il s’agit d’une technologie fiable et éprouvée. Une batterie de ce type n’est pas étanche et en se chargeant, elle dégage de l’hydrogène et le niveau de son électrolyte baisse. De ce fait, la batterie ouverte :

• doit être installée dans une pièce dont la ventilation a été bien pensée ;
• nécessite un entretien régulier pour maintenir le niveau de l’électrolyte en ajoutant de l’eau déminéralisée ;
• n’est pas très adaptée à une utilisation mobile (batterie pour van ou bateau, camping-car, etc.).

Cette technologie est très appréciée car elle est la plus abordable et, si les décharges ne sont pas trop profondes (c’est-à-dire que la batterie n’est jamais vidée entièrement de l’énergie stockée), sa durée de vie est tout à fait correcte comparée au prix d’achat (400-500 cycles). Elle est idéale pour une utilisation ponctuelle, par exemple dans un logement secondaire non raccordé au réseau en complément d’un kit solaire photovoltaïque. Il faut toutefois s’assurer que la batterie au plomb ouvert soit dans un espace dont la température est contrôlée car elle supporte mal la chaleur et le froid (elle peut même geler).

Batterie AGM

La batterie AGM est généralement considérée comme le milieu de gamme des batteries au plomb et peut être utilisée pour le stockage de l’énergie éolienne ou photovoltaïque. Elle a l’avantage de ne pas nécessiter d’entretien puisqu’elle est étanche, elle ne dégage donc pas non plus d’hydrogène. Plus adaptée à un usage quotidien que sa concurrente non scellée, elle est cependant sensible aux températures trop élevées ou trop basses. Sa durée de vie est un peu plus longue que la batterie au plomb ouvert (600-700 cycles), mais son prix est aussi un peu plus élevé.

Batterie au gel

Cette dernière batterie au plomb est le modèle haut de gamme pour ce type d’accumulateur et est souvent associée aux toitures photovoltaïques. Elles sont étanches, ne requièrent pas d’entretien et tolèrent des décharges plus profondes d’une batterie AGM, mais elles supportent mal des charges excessives. Leur durée de vie est longue, avec jusqu’à 1 000 cycles charge-décharge.

Batterie lithium-ion

La batterie lithium est la technologie la plus récente et la plus performante : elle est aujourd’hui utilisée dans tous les domaines (véhicules électriques, ordinateurs, smartphones, objets connectés, domotique, etc.). Compacte, légère et durable (jusqu’à 6 000 cycles), la batterie lithium tolère mieux des températures extrêmes et supporte des décharges plus profondes avec des dommages limités. Cela en fait une batterie très appréciée des consommateurs qui recherchent la flexibilité et le confort d’utilisation.

Quelle capacité de batterie solaire installer ?

Cette question est bien souvent la plus difficile pour les familles qui se demandent quelle batterie pour installation solaire sera la mieux adaptée. En effet, en plus de la technologie utilisée, il est essentiel de bien calculer la capacité nécessaire pour la batterie photovoltaïque. Si les capacités de stockages sont trop faibles, une part importante de l’électricité produite peut être perdue. Si en revanche elle est trop élevée, les coûts associés au projet photovoltaïque risquent de faire chuter sa rentabilité. Celle-ci dépend :

• du nombre de panneaux solaires à installer ;
• de la puissance crête totale de ces modules exprimée de kWc (kilowatt crête) ;
• du rendement des panneaux photovoltaïques, c’est-à-dire de la quantité d’électricité qu’ils produiront tout au long de l’année ;
• de la consommation d’électricité du ménage (quantité et répartition dans le temps) ;
• de la provenance de l’électricité :
  • autoconsommation totale (sans connexion au réseau),
  • ou partielle ;
• de la profondeur de décharge tolérée par la batterie choisie. Si seule 40 % de l’électricité stockée peut effectivement être utilisée, il faut prévoir une batterie permettant de stocker bien plus d’électricité que la quantité nécessaire quotidiennement.

À l’aide de toutes ces données, il est possible d’estimer la capacité nécessaire pour la batterie solaire : il faut faire une projection de la production dans le temps et une des consommations. En les comparant, il est possible de déduire la capacité de stockage idéale exprimée en Wh (wattheure) ou en kWh (1 kWh = 1 000 Wh). Cette démarche est toutefois complexe et nécessite beaucoup de temps et d’énergie pour des néophytes. Heureusement, il est possible de faire appel à des professionnels pour obtenir des réponses précises sans avoir à faire ces calculs, les installateurs photovoltaïques seront en mesure de vous conseiller sur ce point. Pour trouver le meilleur service au meilleur prix, il est généralement recommandé de demander trois devis auprès de trois entreprises implantées près de chez vous.

Du côté des constructeurs, la quantité d’énergie que peut stocker une batterie est généralement exprimée en Ah (ampère-heure), c’est ce que l’on appelle l’intensité. Il est possible de convertir cette valeur en une capacité en Wh en multipliant la charge électrique (en Ah) par la tension en V (volt).

Quantité d’énergie (Wh) = Charge électrique (Ah) * Tension (V)

De la même manière, si l’on connaît la quantité d’énergie à stocker (en Wh) et la tension (en V), il est possible de calculer l’intensité nécessaire (en Ah) en divisant la quantité d’énergie par la tension.

Charge électrique (Ah) = Quantité d’énergie (Wh) / Tension (V)

Les batteries photovoltaïques domestiques ont généralement une tension de 12, 24 ou 48 volts, et le choix est simple et dépend directement de la puissance installée :

• 12 V pour une centrale de 0,8 kWc ou moins ;
• 24 V pour une installation de puissance comprise entre 0,8 et 1,6 kWc ;
• 48 V pour une puissance supérieure à 1,6 kWc.

Prenons un exemple concret :

1. un foyer qui souhaite faire installer des panneaux solaires monocristallins ou polycristallins dont la puissance totale est de 1,5 kWc ;
2. la tension de la ou des batteries doit donc être de 24 V ;
3. en calculant la production photovoltaïque et leurs consommations, ces particuliers estiment qu’ils auront besoin de 1 400 Wh ;
4. ils choisissent une batterie AGM. Par prudence, ils souhaitent limiter la profondeur de décharge à 30 % environ ;
5. la capacité totale est donc trois fois supérieure à la capacité utile. Leur batterie devra être en mesure de stocker 4 200 Wh ;
6. leur parc de batteries devra donc avoir une intensité totale de 4 200 / 24 = 175 Ah.

Prix d’une batterie de stockage photovoltaïque

Le tarif d’une batterie pour installation solaire varie en fonction de la technologie utilisée, de la capacité de stockage, de la tension, du fabricant, du distributeur, etc. Les prix moyens sont de :

• 100 à 300 € par kWh de stockage pour une batterie au plomb ouvert ;
• 200 à 250 € par kWh de stockage pour une batterie AGM ;
• 200 à 500 € par kWh de stockage pour une batterie au gel ;
• 800 à 1 000 € par kWh de stockage pour une batterie lithium-ion.

Pour calculer la rentabilité d’un tel investissement, il faut également prendre en compte le fait qu’un onduleur photovoltaïque capable de gérer une batterie et le réseau d’électricité coûte bien plus cher qu’un onduleur classique.

De plus, certaines des aides financières pour panneaux solaires ne sont disponibles que pour les propriétaires de modules photovoltaïques qui revendent une partie au moins de leur production à EDF Obligation d’Achat (OA). C’est par exemple le cas la prime à l’autoconsommation (ou prime à l’investissement) et du prix d’achat du kWh photovoltaïque bloqué sur 20 ans.

Il n’existe pas d’aide financière pour l’achat d’une batterie solaire, et la rentabilité d’un tel investissement n’est aujourd’hui pas garantie. L’exception principale concerne les panneaux qui ne sont pas raccordés au réseau. En revanche, une baisse des coûts de stockage est attendue pour les cinq à dix prochaines années, notamment du fait des investissements massifs des constructeurs automobiles bien décidés à s’imposer sur le marché du véhicule électrique. Il peut donc être judicieux de ne faire poser que des panneaux pour le moment pour profiter de toutes les aides en place et d’y ajouter éventuellement une batterie dans une dizaine d’années, lorsque les prix auront baissé.

Comparaison des batteries photovoltaïques

Comme il n’existe pas de meilleure batterie stockage solaire dans toutes les circonstances, il est important de baser son choix sur les critères importants pour les utilisateurs finals de la batterie. Pour faciliter cette étape, voici un récapitulatif de tous les points importants concernant les différents types de batteries :

Stockage d’énergie sans batterie

La batterie est le dispositif de stockage d’énergie le plus connu. Pourtant, il n’est pas le seul moyen de stocker l’énergie solaire pour une consommation ultérieure :

• le stockage virtuel d’électricité fait beaucoup parler de lui. Souvent appelé batterie virtuelle solaire, ce système consiste en fait à injecter le surplus d’électricité produit sur le réseau public. Lorsque le consommateur consomme de l’électricité depuis le réseau, elle est gratuite dans la limite de la quantité injectée (il devra quand même s’acquitter des taxes sur l’électricité dues à l’acheminement et à la distribution) ;
• les panneaux solaires thermiques permettent de stocker l’énergie solaire sous forme de chaleur pour produire de l’eau chaude sanitaire ou même chauffer l’habitation. Cependant, ces panneaux ne produisent pas d’électricité.

Stockage solaire à grande échelle

Les batteries chimiques ne sont pas la seule manière de stocker de l’énergie, et d’autres options sont aujourd’hui explorées à l’échelle industrielle, par exemple :

• le Power-to-Power consiste à stocker de l’énergie sous forme d’hydrogène puis à utiliser une pile à combustible pour transformer à nouveau cet hydrogène en électricité ;
• le Power-to-Gas est une technique similaire où de l’hydrogène est produit grâce à un surplus d’électricité. Il est ensuite transformé en méthane qui peut être stocké ou injecté sur le réseau de gaz naturel ;
• le volant de stockage solaire (VOSS) utilise l’inertie d’un objet lourd en rotation autour d’un axe. Celui-ci est mis en mouvement lorsque la production d’électricité dépasse les consommations. Dans le vide, ce mouvement est perpétuel. Il est ensuite possible d’utiliser cette rotation pour activer un alternateur et produire de l’électricité.

Ces méthodes sont développées pour faire face à l’un des inconvénients majeurs des principales énergies renouvelables : leur intermittence. La production électrique des fermes solaires et champs d’éoliennes ne coïncide que très peu souvent avec les pics de consommation sur le réseau, et des solutions doivent donc être trouvées pour stocker la production, sous peine de la perdre. En France, le plan de stockage d’EDF est l’un des projets les plus ambitieux dans ce domaine.

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