La Batterie à Cycle Profond : Leader du Stockage d’Énergie
La batterie à cycle profond devient un élément majeur des systèmes alimentés par énergie renouvelable. L’batterie au plomb-acide utilisée pour démarrer les moteurs de voiture est l’un des plus anciens modèles de batterie rechargeable existants. La batterie au plomb-acide était principalement destinée au stockage de l’énergie CC.
À l’origine, ces batteries étaient seulement utilisées dans les premiers véhicules commerciaux à cause de leur taille et de leur poids. Ces types de batteries humides ont littéralement dominé le marché pendant de nombreuses années, depuis leur invention au début des années 1800. Elles continuent d’être un élément crucial de l’automobile, au point où il y en a une dans chaque véhicule sur la route.
De nos jours, les batteries automobiles utilisées pour démarrer les moteurs à essence et diesel sont plus petites, moins chères et plus rentables que leurs plus grandes cousines à cycle profond, fournissant des courants de démarrage et de surtension supérieurs à jamais, à une fraction de leur prix initial. Non seulement la batterie au plomb-acide fournit l’électricité nécessaire pour démarrer les moteurs, mais elle alimente également le système d’allumage, les feux, les indicateurs, les stéréos et d’autres fonctionnalités électroniques des véhicules modernes.
L’énergie produite par une “batterie au plomb-acide” automobile résulte d’un processus chimique interne impliquant du plomb (d’où leur nom), de l’oxyde de plomb et une solution acide liquide appelée électrolyte. Ces plaques de plomb et d’oxyde de plomb solides sont immergées dans une solution électrolytique composée d’un très faible pourcentage d’acide sulfurique (H2SO4) mélangé avec de l’eau distillée.
Lorsque de l’énergie électrique est tirée de la batterie, une réaction chimique se produit entre les plaques et l’électrolyte liquide, libérant des électrons. Ces électrons libres sous forme de courant électrique circulent à travers les conducteurs électriques montés sur la batterie et sortent par des bornes en plomb, fournissant l’électricité requise pour démarrer la voiture.
A mesure que la batterie au plomb-acide se décharge, l’acide sulfurique forme des dépôts sur les plaques de plomb, mais lorsque la batterie au plomb-acide est rechargée, l’acide sulfurique se décompose et retourne dans ses composants séparés en plomb et en oxyde de plomb. La chaleur générée par ce chargement et déchargement constant de la batterie évapore l’eau à l’intérieur.
Cette évaporation signifiait que les anciennes batteries au plomb-acide devaient être “remplies” de plus d’eau distillée sur une base mensuelle, mais les batteries au plomb-acide modernes sans entretien sont entièrement scellées contre les fuites, où l’électrolyte sous forme de gel est contenu dans des compartiments séparés.
Le résultat est que ces batteries complètement scellées peuvent être retournées à l’envers ou positionnées sur le côté en cas d’accident, sans risque de fuite d’acide. De plus, ces batteries modernes sont équipées de vannes de sécurité qui permettent l’évent des vapeurs lors du chargement, du déchargement et des variations de pression atmosphérique lors de la conduite en altitude.
La batterie au plomb-acide est la seule batterie adaptée à être utilisée dans des systèmes d’énergie alternative, mais le cycle continu de déchargement d’une batterie dans une charge (heures nocturnes) puis de recharge de la batterie (heures d’ensoleillement) plusieurs fois nécessite un type de batterie différent, car toutes les batteries au plomb-acide ne sont pas les mêmes. La caractéristique la plus importante d’une batterie est de savoir si c’est une batterie à cycle profond ou une batterie à cycle peu profond car ce que les batteries préfèrent, c’est d’être chargées de manière régulière et progressive pour maintenir leur tension.
Considérons les batteries de démarrage automobiles. Ces batteries sont bon marché à l’achat, mais conçues pour fournir de forts ampères de courant pendant de très courtes périodes (moins de 10 secondes) pour faire fonctionner le moteur de démarrage et faire tourner le moteur. Une fois que la voiture a démarré, la batterie est ensuite chargée lentement par l’alternateur de la voiture.
Même lors de matins froids et gelés, la batterie de la voiture ne se décharge qu’à moins de 10% de sa capacité nominale au démarrage, donc les batteries automobiles sont conçues pour ce service de cycle très peu profond (état de charge de 100% à 90%). Cependant, dans des climats extrêmement froids, la batterie de la voiture doit être continuellement maintenue complètement chargée lorsqu’elle n’est pas utilisée.
Étant donné qu’une batterie de voiture est conçue pour fournir de forts courants pendant de très courtes périodes, elle est donc composée de nombreuses fines plaques de plomb donnant une grande surface pour que la réaction chimique se produise. Ces plaques de plomb minces n’ont pas la force mécanique nécessaire pour des cycles répétés sur une longue période et s’usent très rapidement après seulement 200 à 400 cycles. Par conséquent, les batteries de voiture à cycle peu profond, bien qu’elles fonctionnent, ne sont pas conçues pour un système solaire à long terme ou un système éolien nécessitant un service de cyclage beaucoup plus profond.
Les batteries à cycle profond, en revanche, sont conçues pour être chargées et déchargées de manière répétée jusqu’à 80% de leur pleine capacité (état de charge de 100% à 20%) sans subir de dommages sérieux aux cellules avant la recharge. Cela fait des batteries à cycle profond un choix idéal pour les systèmes photovoltaïques solaires et éoliens, ainsi que pour les applications marines, les voitures de golf, les chariots élévateurs et d’autres applications de véhicules électriques. Bien que la batterie à cycle profond utilise les mêmes réactions chimiques pour stocker et générer de l’énergie que leurs cousines automobiles plus légères, la batterie à cycle profond est construite de manière très différente.
La taille physique d’une “batterie à cycle profond” est beaucoup plus grande qu’une batterie de voiture standard en raison de la construction et de la taille de ses plaques de plomb (électrodes). Ces plaques sont fabriquées en plomb solide généralement dopé à l’antimoine (Sb) et sont beaucoup plus épaisses que les plaques minces et légères d’une batterie de voiture standard.
Cela signifie que les batteries à cycle profond peuvent être déchargées presque jusqu’à une très faible charge, et il n’est pas rare que les batteries à cycle profond soient vidées (déchargées) jusqu’à 20% de leur capacité totale avant que l’énergie ne cesse de s’écouler de la batterie.
Pour résumer, la batterie au plomb-acide est le choix parfait pour un usage automobile car elle est fiable, peu coûteuse et fournit de forts courants de démarrage pendant une très courte période, par exemple lors du démarrage d’un véhicule. Mais pour un système d’énergie alternative alimenté à domicile, la batterie à cycle profond est la solution idéale car elle peut être chargée et déchargée à plusieurs reprises jusqu’à une valeur de décharge beaucoup plus basse.
Les batteries à cycle profond ont également une densité d’énergie élevée et le taux d’auto-décharge le plus bas parmi les batteries rechargeables, mais il est conseillé de maintenir des taux de décharge raisonnables, car de forts taux de décharge abaissent l’efficacité de stockage des batteries.
Si vous envisagez d’installer une éolienne ou des panneaux solaires, une forme de stockage d’énergie est indispensable, surtout si vous souhaitez vivre « hors réseau ». La batterie à cycle profond vous permet de stocker de l’énergie sous forme d’énergie chimique à utiliser plus tard, ce qui en fait une solution énergétique incroyablement facile.
Cependant, un système de stockage de batterie à cycle profond peut être coûteux si vous souhaitez un grand stockage ou une banque de batteries à haute tension. De plus, votre capacité de stockage peut être limitée par la taille physique de votre banque de batteries. Ainsi, acquérir des batteries au plomb-acide d’occasion provenant de voitures de golf, de bateaux ou même d’avions et les reconditionner vous-même peut vous faire économiser beaucoup d’argent.
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