Comment les parcs de batteries viennent au secours de l'énergie renouvelable ?

En France comme en Europe, mais aussi dans le monde comme aux États-Unis ou au Japon, la décarbonation est en marche. Ce principe, qui consiste à mettre en place tous les moyens nécessaires pour, d’une part, réaliser des économies d’énergie et, d’autre part, pour atteindre la neutralité carbone, incite de plus en plus d’entreprises à recourir à des moyens de produire elles-mêmes l’énergie dont elles ont besoin. De même, la souveraineté énergétique ne concerne pas seulement les gouvernements ; un nombre croissant d’entreprises aimeraient elles aussi être énergétiquement indépendantes du réseau « classique ».

C’est le cas plus particulièrement de l’éolien et du solaire (ce dernier étant plus facilement déployé dans les entreprises). Mais outre le fait de poser des panneaux photovoltaïques sur le toit des locaux, au sol ou sur le parc de stationnement, suivant la taille de l’installation, il est nécessaire de s’équiper d’un parc de batteries afin de stocker l’énergie produite. De la plus petite entreprise au plus grand groupe – comme TotalEnergies qui a lancé fin 2022 à Dunkerque le plus grand parc de batteries en France (61 MWh) –, le nombre d’installations de stockage est en forte augmentation, à la fois dans l’Hexagone et Europe.

Un parc de batteries se présente comme un système chargé de stocker l'énergie électrique sous une forme chimique dans des batteries. Ces batteries sont ensuite utilisées pour alimenter des appareils électriques lorsque l'énergie n'est pas disponible à partir d'autres sources telles que les panneaux solaires, les éoliennes ou les réseaux électriques.

Utilisés pour fournir de l'énergie pendant les périodes de pointe lorsque la demande est élevée, les parcs de batteries peuvent également être utilisés pour compenser les variations de production des sources d'énergie renouvelable telles que le solaire ou l’éolien. Aussi, les parcs de batteries peuvent stocker l'énergie lorsque la production est supérieure à la demande, puis la restituer au réseau électrique lorsque la demande est élevée ou que la production est insuffisante. Par ailleurs, un parc de batteries peut servir de stockage d’énergie de secours, en cas de panne de réseau par exemple, et éviter d’interrompre la production.

En matière de fonctionnement, un parc de batteries repose sur un système stockant l'énergie provenant le plus souvent d'un générateur d'électricité sur site, de panneaux solaires ou de turbines éoliennes. Il la restitue ensuite en fonction des besoins. Le système se compose de trois éléments principaux : les batteries, un onduleur ou convertisseur de puissance (qui transforme l’énergie stockée en électricité utilisable – faisant passer le courant continu en courant alternatif) et un système de gestion des batteries ; ce dernier suit et contrôle l'état de charge (et de décharge) de la batterie, assure la sécurité, la fiabilité et la longévité du système.

La technologie de batterie la plus couramment utilisée est le lithium-ion en raison de sa densité énergétique élevée, son efficacité, sa longue durée de vie et donc son coût global de possession. Autre type de batterie de plus en plus convoitée : les batteries à flux ; celles-ci stockent l'énergie dans deux électrolytiques distinctes maintenues séparées jusqu'au moment de la charge et de la décharge. Autres technologies : les batteries sodium-ion (alternative moins chère aux batteries lithium-ion), les batteries au plomb (dont l’intérêt se présente lorsque le parc n’est pas relié au réseau public Enedis), ou encore les batteries au nickel-cadmium (Ni-Cd). De nombreuses technologies peuvent donc être utilisées, le choix de l’entreprise dépendant de l'application, des exigences de charge et du budget.

En matière d'installation, le processus commence généralement par une évaluation complète des besoins énergétiques de l'entreprise et des facteurs spécifiques au site, tels que l'espace disponible, le climat et la disponibilité des ressources énergétiques. À partir de là, les propriétaires d'entreprise peuvent sélectionner le système de batterie approprié avec la capacité requise pour répondre à leurs besoins énergétiques. Dans la plupart des cas, ce processus implique l'obtention des permis et approbations nécessaires auprès des autorités locales avant que l'installation ne puisse avoir lieu.

L'installation, l'exploitation et l'entretien des parcs de batteries doivent être conformes à divers règlements, normes et lois afin de garantir la sécurité et de minimiser l'impact sur l'environnement. À titre d’exemple, les parcs de batteries, en tant que générateurs électrochimiques utilisés comme source d'énergie électrique, doivent être conformes à divers codes électriques industriels et normes de sécurité, tels que les normes UL, NFPA 1 et NFPA 855. Il en est de même pour les réglementations et les normes environnementales, parmi lesquelles la Directive 2006/66/CE relative aux piles et aux accumulateurs ainsi qu’à la gestion et l’organisation des déchets associés. En France, plusieurs décrets viennent détailler la législation en matière d’utilisation des batteries (notamment « industrielles », l’une des trois catégories de batterie définies par la loi, aux côtés des batteries portables et de véhicule) s’ajoutent à la section 7 du Code de l’environnement.

En termes de sécurité et de qualité d’exploitation, outre le fait de choisir des batteries de qualité estampillée de la norme « NF » (norme française) ou « NE » (norme européenne), il est important de respecter plusieurs consignes de sécurité de base afin d’éviter les risques (électrocution, brûlures...) : ne pas intervenir sur un système en charge, ne pas fumer à proximité de l’installation, ne pas causer de court-circuit… bien lire les consignes d’utilisation et porter des équipements de protection individuelle (EPI) adaptés. Parmi eux figurent les gants d’électricien, les casques d’électricien ou encore les harnais de sécurité pour les interventions en hauteur s’il s’agit de contrôler un panneau solaire positionné sur la toiture.

Pour déterminer le parc de batteries idéal pour votre installation solaire, il est crucial de prendre en compte plusieurs paramètres essentiels. La capacité totale requise dépend de votre consommation quotidienne d'énergie et de la profondeur de décharge acceptable pour les batteries. Pour calculer le nombre de batteries nécessaires, divisez la capacité totale par la capacité individuelle des batteries choisies. Par exemple, si vous avez besoin d'une capacité de 4500Wh et que vous optez pour des batteries de 200Ah et 12V, un parc de 3 batteries connectées en parallèle serait suffisant. Il est recommandé d'ajouter une marge de 15% pour compenser les pertes et assurer une longue durée de vie à votre système. Le choix entre des batteries au plomb (comme les OPZS ou OPZV), des batteries lithium-ion ou des batteries à flux dépendra de vos besoins énergétiques spécifiques en termes de longévité, de performance et de budget.

Une fois votre parc de batteries solaires dimensionné, il est essentiel de mettre en place un système de gestion efficace pour maximiser sa performance et sa durée de vie. Un convertisseur ou un onduleur de qualité est indispensable pour transformer le courant continu des batteries en courant alternatif utilisable par vos appareils électriques. Assurez-vous que le câblage entre les batteries, les panneaux photovoltaïques et le convertisseur est correctement dimensionné pour éviter les pertes. Un contrôleur de charge sophistiqué permettra de gérer efficacement les flux d'énergie entrant et sortant des batteries, optimisant ainsi les cycles de charge et de décharge. Pour les grands parcs de batteries, envisagez d'installer un système de surveillance qui vous permettra de mesurer en temps réel les performances de chaque batterie. Enfin, n'oubliez pas que la maintenance régulière, incluant la vérification des connexions et des bornes de la batterie, est cruciale pour garantir la fiabilité et la longévité de votre installation. En suivant ces recommandations, vous pourrez bénéficier pleinement des nombreux avantages d'un parc de batteries bien conçu pour votre système d'énergie solaire.

Malgré les nombreux avantages des parcs de batteries, leur utilisation pose encore quelques problèmes techniques. Par exemple, celle-ci peut s’avérer coûteuse et les batteries doivent être correctement entretenues pour garantir leur longévité. En outre, le processus d'élimination des batteries peut être difficile et potentiellement dangereux s'il n'est pas géré correctement.

Avant tout, il est essentiel de se doter des câbles électriques adaptés au courant continu (CC), soit des câbles multi-brins. Ensuite, le technicien de maintenance doit s’équiper de l’outillage nécessaire : pinces coupantes, pinces à dénuder, tournevis, jeux de cliquet, jeux de clés plates, pinces à collier de type colson, perceuses à batterie ou encore d’une bombes de dépoussiérant, sertisseuse et graisse pour les connectiques etc.

Au niveau de la surveillance du parc de batteries, il est important de mener des inspections régulières, visuelles dans un premier temps afin de vérifier que les batteries ne présentent pas de signes d'usure ou de dommages. Cette inspection permet de repérer des bosses ou des gonflements sur les bacs, des fissures et autres fuites et poussières, mais aussi d’analyser la densité de l’acide ou d’identifier des points de corrosion. Un pèse-acide permettra par exemple de mesurer l’état de charge de la batterie. Il est également nécessaire de bien serrer les bouchons, de brosser et de graisser les connectiques ainsi que les bornes.

Ensuite, il est pertinent de prévoir un système de surveillance de la batterie capable de mesurer les paramètres critiques de la batterie tels que la tension, le courant à l’aide de multimètres numériques ou de pinces multimètres, la température et l'état de charge. Il est possible d’utiliser un analyseur ou un testeur de batterie afin de vérifier le fonctionnement de la pile, ou encore mesurer la résistance à l’aide d’untesteur de terre. En somme, ces systèmes permettent d'alerter rapidement en cas de dégradation des performances ou de problèmes susceptibles d'avoir un impact négatif sur la durée de vie et les performances de la batterie. Au niveau de la tension, il convient aussi de s’assurer d’une absence de déséquilibre de charge, en raison notamment de batteries moins chargées (et faire la chasse aux batteries dites fuyardes) venant perturber le bon fonctionnement du système. Entrent aussi en jeu les systèmes de contrôle : ceux-ci ont la possibilité de gérer le flux d'énergie entrant et sortant du système de batterie et aident à la fois à en optimiser les performances et à améliorer l'efficacité énergétique.

En matière d'entretien, il est important d’établir une procédure de maintenance pour remplacer les batteries endommagées ou dégradées, nettoyer les bornes de la batterie, effectuer des contrôles de routine et appliquer les mises à jour du micrologiciel. Enfin, il est essentiel de conserver une documentation précise et à jour de toutes les inspections, de tous les contrôles et de tous les travaux d'entretien effectués. Enregistrer l'historique, y compris l'entretien, l'utilisation de la batterie et les événements pertinents, et produire régulièrement des rapports détaillés contribuent à une gestion plus efficace.

Du côté de la maintenance, incontournable pour garantir une durée de vie optimale et des performances constantes, plusieurs bonnes pratiques permettent de s'assurer du bon fonctionnement du système. Outre les inspections régulières, il est important de surveiller les niveaux de charge et l'état général de la batterie. En fonction des recommandations, chaque batterie doit rester dans sa plage de fonctionnement. Il est également important de tester chaque cellule individuellement pour détecter à temps tout signe de dégradation. Il est en outre conseillé de nettoyer les bornes et les connexions de la batterie afin d'éviter la corrosion susceptible d’entraîner une baisse des performances. L’entretien régulier des bornes et des connexions offre une meilleure conductivité et prolonge la durée de vie des batteries.

Aussi, des tests de performance réguliers doivent être effectués afin de s'assurer que le système de batterie fonctionne correctement. Ceux-ci doivent être effectués par du personnel qualifié de manière à évaluer la capacité du système à répondre à ses exigences et d'identifier les domaines à améliorer. Des fournisseurs de solutions tels que RS offrent une large gamme de pièces de rechange : panneaux solaires, convertisseurs solaires, connecteurs pour panneaux solaires, câbles solaires, disjoncteurs, disjoncteurs différentiels et autres parafoudres.

Dans tous les cas, il convient de suivre les recommandations du fabricant portant sur l'entretien et le fonctionnement du système de batterie.