Lithium vs. Plomb : Quelle batterie pour l'installation solaire ?
Introduction : Ce sont les valeurs intérieures qui comptent
Les batteries sont d'une certaine façon comme les êtres humains : elles existent sous différentes formes et couleurs, mais au final, ce sont toujours les valeurs intérieures qui comptent. Au fil du temps, de nombreux concepts de batteries ont été développés, utilisant différentes combinaisons de matériaux pour l'anode, la cathode, l'électrolyte et le séparateur.
Actuellement, deux technologies sont principalement utilisées pour le stockage de l'énergie solaire :
- Batteries lithium-ion (LIB)
- Batteries plomb-acide (BPA)
Les deux concepts offrent des avantages et des inconvénients pour l'utilisation dans les installations solaires. Quel type de batterie convient à quelle installation ? Vous le découvrirez dans cet article.
Batteries lithium-ion : Le standard moderne
Pour la technologie actuelle, les batteries lithium-ion sont indispensables. Qu'il s'agisse de smartphones, de brosses à dents électriques ou de voitures électriques – ce type de batterie est très répandu et remplace de plus en plus les batteries au plomb.
Principe de fonctionnement
Le principe de fonctionnement ne diffère de la cellule galvanique que par la composition des matériaux. Comme le nom le suggère, les électrodes contiennent du lithium.
Distinction importante :
- Batteries lithium-ion : Lithium sous forme de composé oxygéné (oxydes de lithium) – rechargeables
- Batteries lithium-métal : Lithium métallique pur – non rechargeables
Différents matériaux de cathode
La façon dont le lithium est intégré dans les électrodes dépend de la structure chimique de la batterie. En règle générale, les composés de lithium se trouvent dans les cathodes. Il existe différentes compositions de cathodes, chacune ayant ses propres avantages et inconvénients :
| Type | Désignation | Propriétés |
|---|---|---|
| LFP | Lithium-Fer-Phosphate | Durée de vie plus longue, plus sûr, plus écologique |
| NMC | Nickel-Manganèse-Cobalt | Haute densité énergétique, mais plus cher |
| LCO | Lithium-Cobalt | Haute densité énergétique, moins sûr |
Recommandation pour les installations solaires : Les cellules LFP offrent le meilleur compromis entre performance et durabilité.
Avantages des batteries lithium-ion
Les batteries lithium-ion sont devenues la technologie dominante ces dernières années. Les avantages suivants les rendent particulièrement attractives pour les installations solaires :
| Avantage | Explication |
|---|---|
| Haute densité énergétique | Plus de capacité pour le même poids/volume |
| Haut rendement | 90–95% d'efficacité aller-retour |
| Longue durée de vie | 5 000–10 000 cycles de charge |
| Grande profondeur de décharge | 80–100% DoD possible |
| Pas d'effet mémoire | Charge flexible possible |
| Sans entretien | Aucun entretien régulier nécessaire |
| Charge rapide | Taux C plus élevés possibles |
Inconvénients des batteries lithium-ion
Malgré tous leurs avantages, certains aspects doivent être pris en compte lors du choix :
| Inconvénient | Explication |
|---|---|
| Coûts d'acquisition plus élevés | ~150–300 €/kWh (tendance à la baisse) |
| Sensibilité à la température | Plage optimale : 15–25°C |
| Risque d'incendie | En cas de dommage ou de surcharge (rare avec LFP) |
| Défi du recyclage | Plus complexe qu'avec le plomb |
Batteries plomb-acide : Le classique éprouvé
La batterie plomb-acide est nettement plus ancienne que les concepts lithium-ion. Elle était déjà utilisée au 19e siècle et se retrouve encore aujourd'hui dans de nombreuses applications – la plus connue étant la batterie de démarrage automobile.
Structure et principe de fonctionnement
La batterie plomb-acide fonctionne fondamentalement comme toute autre batterie, mais se compose de :
- Plaques de plomb (anode, plomb pur)
- Plaques d'oxyde de plomb (cathode)
- Mélange eau-acide sulfurique (électrolyte)
Avantages des batteries plomb-acide
Même si les batteries plomb-acide sont plus anciennes, elles ont toujours leur raison d'être. Elles excellent particulièrement dans certains cas d'utilisation :
| Avantage | Explication |
|---|---|
| Faibles coûts d'acquisition | ~80–150 €/kWh |
| Technologie éprouvée | Plus de 150 ans d'expérience |
| Grande robustesse | Insensible aux variations de température |
| Recyclage facile | Taux de recyclage de près de 100% |
| Disponibilité | Disponible partout |
Inconvénients des batteries plomb-acide
Les inconvénients des batteries plomb-acide sont la principale raison pour laquelle elles sont de plus en plus remplacées par la technologie lithium-ion :
| Inconvénient | Explication |
|---|---|
| Faible densité énergétique | Lourd et encombrant |
| Courte durée de vie | 500–1 500 cycles de charge |
| Faible profondeur de décharge | Seulement 50% DoD recommandé |
| Entretien requis | Vérification régulière (pour les types ouverts) |
| Faible rendement | 80–85% d'efficacité aller-retour |
| Dégagement de gaz | Ventilation requise |
La comparaison directe
Pour faciliter la décision, nous mettons les deux technologies face à face. Le tableau montre les différences les plus importantes en un coup d'œil :
| Critère | Lithium-ion | Plomb-acide |
|---|---|---|
| Densité énergétique | 150–200 Wh/kg | 30–50 Wh/kg |
| Rendement | 90–95% | 80–85% |
| Durée de vie | 5 000–10 000 cycles | 500–1 500 cycles |
| Profondeur de décharge | 80–100% | 50% |
| Coûts/kWh | 150–300 € | 80–150 € |
| Coûts/cycle | 0,03–0,06 € | 0,05–0,30 € |
| Entretien | Sans entretien | Régulier |
| Poids | Léger | Lourd |
Conclusion : Bien que les batteries plomb-acide soient moins chères à l'achat, les batteries lithium-ion sont souvent plus économiques à long terme grâce à leur durée de vie plus longue.
Règles empiriques pour le dimensionnement
Avant de choisir une batterie, vous devez déterminer la bonne taille :
Règle empirique 1 : Basée sur la puissance crête
Par kWc produit, il devrait y avoir 0,9 à 1,6 fois la capacité en kWh disponible.
Cette règle empirique s'appuie sur la puissance installée des modules et fournit une bonne valeur de départ pour le dimensionnement du stockage :
| Taille de l'installation | Capacité recommandée |
|---|---|
| 5 kWc | 4,5 – 8 kWh |
| 8 kWc | 7,2 – 12,8 kWh |
| 10 kWc | 9 – 16 kWh |
Règle empirique 2 : Basée sur la consommation annuelle
La capacité devrait représenter environ 60% de la consommation électrique quotidienne.
Cette alternative s'appuie sur la consommation réelle du foyer et est particulièrement utile lorsque des données de consommation sont disponibles :
| Consommation annuelle | Consommation quotidienne | Capacité recommandée |
|---|---|---|
| 3 000 kWh | 8,2 kWh | ~5 kWh |
| 5 000 kWh | 13,7 kWh | ~8 kWh |
| 7 000 kWh | 19,2 kWh | ~12 kWh |
Quand quelle technologie est-elle rentable ?
Batterie plomb-acide recommandée pour :
- Petites installations jusqu'à 5 kWc
- Centrales de balcon avec peu d'espace requis
- Budget limité
- Applications hors réseau (camping-car, abri de jardin)
- Faibles exigences en matière de cycles de charge
Exemple : Avec 5 kWc, vous avez besoin d'au moins 4,5 kWh de capacité. Dans cette gamme, l'avantage de coût de la batterie plomb-acide l'emporte.
Batterie lithium-ion recommandée pour :
- Installations moyennes à grandes à partir de 5 kWc
- Maisons individuelles avec 2–4 personnes
- Consommation quotidienne élevée
- Espace limité
- Utilisation à long terme (10+ ans prévus)
- Combinaison avec pompe à chaleur ou voiture électrique
Exemple : Avec 10 kWc et une capacité minimale de 9 kWh, le lithium-ion est le meilleur choix – compact, durable et sans entretien.
Cas particulier : LFP vs. NMC vs. LCO
Si vous avez opté pour le lithium-ion, la question de la chimie des cellules se pose. Les trois variantes les plus courantes diffèrent nettement dans leurs propriétés :
| Critère | LFP | NMC | LCO |
|---|---|---|---|
| Densité énergétique | Moyenne | Élevée | Élevée |
| Sécurité | Très élevée | Moyenne | Faible |
| Durée de vie | Très élevée | Moyenne | Faible |
| Coûts | Moyens | Élevés | Élevés |
| Stabilité thermique | Très bonne | Bonne | Moyenne |
| Recommandation | Stockage domestique | E-mobilité | Électronique |
Vainqueur incontesté pour les installations solaires : Les cellules LFP – elles offrent la meilleure combinaison de sécurité, durée de vie et coûts.
Conclusion
Message clé: Le choix entre lithium-ion et plomb-acide dépend de vos besoins individuels :
- Orienté budget + petite installation → Plomb-acide
- Long terme + installation plus grande → Lithium-ion (LFP) Les prix des batteries lithium-ion baissent continuellement, tandis que la technologie s'améliore sans cesse. Pour la plupart des nouvelles installations solaires, le lithium-ion est aujourd'hui le bon choix.
Dans l'article suivant, vous découvrirez comment l'électronique de puissance : onduleurs et convertisseurs DC-DC rend le courant continu de la batterie utilisable pour votre réseau domestique.
La série complète « Stockage d'énergie pour installations solaires »
- Des cuisses de grenouille aux batteries : Comment fonctionne le stockage d'énergie ? – Fondamentaux
- Lithium vs. Plomb : Quelle batterie pour l'installation solaire ? – Vous êtes ici
- Électronique de puissance : Onduleurs et convertisseurs DC-DC – Conversion du courant
- Le polyvalent : Onduleurs hybrides – Tout en un seul appareil
- AC ou DC ? Topologies de système pour installations solaires – Concepts d'installation