Quand on parle de stockage pour l’autoconsommation, c’est la batterie qui vient à l’esprit en premier lieu, mais pas que…

Généralités

Stocker c’est différer dans le temps l’utilisation d’un bien: Stocker des pommes pour les manger plus tard, enregistrer des images pour les regarder plus tard stocker de l’eau pour l’utiliser plus tard (réservoir/barrage), … etc

Les principes physiques qui permettent de stocker l’énergie sont donnés ci-dessous.

  • Energie magnétique: inductances, SMES (superconducting magnetic energy storage)
  • Energie thermique: (eau), sels fondus, pierres réfractaires
  • Energie potentielle: pompage-turbinage
  • Energie électrique: capacité, supercapacité.
  • Energie chimique: batteries, H2 (pile à combustible)
  • Energie cinétique: flywheel (volant d’inertie)
  • Energie mécanique: (ressort), CAES

Toutes ces solutions ont été explorées, plusieurs sont disponibles, mais chacune à ses propriétés, ses applications spécifiques et son coût.

Le stockage réseau ne se fait pas avec une batterie (ou autres)… mais avec un système dont la batterie est l’un des composants. Le stockeur n’est qu’une partie de la réalisation et une chaîne technologique est nécessaire pour faire fonctionner une application de stockage :

  • Le stockeur
  • Les convertisseurs
  • Les éléments de supervision
  • Le pilotage à distance, l’infrastructure de communication pour recevoir des consignes.
  • Les sécurités
  • Le génie civil/l’infrastructure
  • La ventilation/ l’emballage, la gestion environnementale

Oublier un des éléments serait risquer de faire de lourdes erreurs dans l’estimation/chiffrage d’un système.

Le stockage pour l’autoconsommation

Dans le cas qui nous intéresse, l’énergie, nous pouvons séparer les vecteurs énergétiques en deux catégories.

  • Stocker de la chaleur pour l’utiliser plus tard
  • Stocker de l’électricité pour l’utiliser plus tard

Il faut noter que piloter des chauffe-eaux électriques (boilers) est souvent considéré comme un stockage électrique, mais que d’un point de vue énergétique ce n’est pas un stockage d’électricité, mais un déplacement de charge. Il y a un changement de la qualité de l’énergie et il n’est pas possible de récupérer de l’électricité plus tard: c’est un stockage thermique.

Les batteries

Les batteries stockent de l’énergie dans les différents états chimiques. Des composants sont transformés d’une forme dans une autre avec différents potentiels électrochimiques. L’élément de base d’une batterie est la cellule, qui a deux électrodes :

  • La cathode : borne + électrique
  • L’anode : borne – électrique

Dans une cellule, les électrodes sont séparées et un électrolyte permet le transport d’ions entre elles. Les 3 éléments (anodes, cathode, électrolyte) peuvent être chacun de différents matériaux, donnant différentes propriétés à la cellule constituée.

Des cellules sont mises en série pour constituer des batteries. Par exemple la cellule de la batterie au plomb et de 2V et il y en a typiquement 6 en série pour obtenir une batterie avec un voltage standard 12V pour une voiture. Les batteries se présentent au final comme deux bornes qui forment des sources de tension non-idéales.

Les batteries basées sur le lithium, quelle que soit leur chimie exacte, sont parmi les principales candidates pour le stockage d’électricité dans le futur car elles ont connu la plus forte évolution ces dernières années. La batterie au plomb reste cependant une technologie très utilisée de par le monde (démarrage des véhicules, systèmes solaires autonomes), mais a moins de potentiel de baisse de prix dans l’avenir. Plusieurs batteries alternatives originales sont apparues ces dernières années, mais il faut bien distinguer les prototypes des produits commerciaux.

Le stockage batterie pour l’autoconsommation PV

Aujourd’hui le stockage batterie est possible, abouti et fiable. De nombreux produits existent sur le marché. Il est très utile parfois, voir indispensable dans les sites isolés.

Sachant qu’il y a un excédent durant la journée, l’idée de mettre des batteries pour stocker cette énergie vient naturellement, mais combien en mettre ?

Pour de bonnes performances (kWh au moindre coût), il faut un équilibre entre la quantité de PV installée, la consommation de la maison et la quantité de batterie. Quelques cas limites illustrent rapidement la problématique:

  • Il ne sert à rien d’avoir plus de capacité de batterie que d’énergie PV produite dans la journée. Une partie n’est jamais utilisée.
  • Il ne sert à rien d’avoir plus de capacité de batterie que la consommation durant la nuit : il n’y a pas de consommation pour utiliser ce qui a été stocké.
  • Il ne sert à rien d’avoir des batteries si toute la production PV est consommée en direct.
  • … etc.

Le dimensionnement se fait en énergie, comme illustré ci-dessus, mais aussi en puissance : pour pouvoir stocker toute l’énergie, il faut être capable de stocker la pointe d’excédent solaire. Un système raisonnablement dimensionné en puissance essaiera de capter la majorité de l’énergie mais pas les pointes, sinon cette puissance n’est presque jamais utilisée et est donc mal employée.

Réflexions sur le sens du stockage batterie

Mais avant de dépenser des milliers de francs dans un stockage électrochimique pour l’autoconsommation, il faut bien réfléchir. En effet aujourd’hui le stockage batterie vous fait perdre environ 20ct sur chaque kWh stocké…   Ce qu’évitent soigneusement de vous dire les vendeurs de batteries qui n’y voient qu’un marché à prendre.

En effet malgré la baisse des prix, le stockage batterie reste très loin de la rentabilité et dans ce contexte son sens écologique est douteux. En effet n’est il pas plus efficace de mutualiser l’énergie que de vouloir absolument faire de l’individualisme? N’est-il pas plus simple de faire circuler l’énergie sur quelques centaines de mètre sur les câbles du réseau (dont on a besoin).

Le stockage thermique

Un stockage intelligent est celui dans les charges thermique comme les boilers et ballons d’eau chauffés par les pompes à chaleur ou en direct.

…plus d’infos viendront