Pourquoi le lithium en ESS plutôt que le plomb ?
Les systèmes de stockage d'énergie (ESS, pour Energy Storage Systems) jouent un rôle crucial dans la transition énergétique en permettant de stocker l'électricité produite par des sources renouvelables et de la restituer lorsque la demande est plus élevée ou lorsque la production est faible.
Le choix des batteries utilisées dans ces systèmes de stockage est donc essentiel pour garantir à la fois l'efficacité, la longévité et la sécurité de l'ensemble du système. Parmi les technologies disponibles, le Lithium-ion a émergé comme la solution préférée par rapport aux batteries au Plomb traditionnelles.
Voici pourquoi !
Meilleure densité énergétique
L’un des principaux avantages des batteries au Lithium par rapport aux batteries au Plomb est leur densité énergétique supérieure. Les batteries Lithium-ion peuvent stocker beaucoup plus d'énergie dans un espace plus réduit, ce qui signifie qu’elles peuvent être plus petites et plus légères tout en fournissant la même quantité d'énergie.
Dans la famille des batteries Lithium-ion émergent deux grandes technologies, les batteries Lithium Fer-Phosphate dites LifePO4 et les batteries Lithium Nickel Manganèse Cobalt dites NMC. Ces dernières ayant une densité énergétique encore supérieure, elles sont largement utilisées dans les applications mobiles et dans les véhicules électriques. Les batteries LiFePO4 quant à elles sont très utilisées dans les applications stationnaires notamment en stockage solaire. Leur sécurité intrinsèque en fait une technologie bien adaptée au solution de stockage pour le résidentiel.
Le Lithium dans ces 2 technologies est particulièrement avantageux dans des applications où l'espace est limité ou lorsque des installations de stockage à grande échelle sont nécessaires. En comparaison, les batteries au Plomb sont plus volumineuses et lourdes pour une capacité de stockage équivalente mais elles gardent encore certains intérêts que nous développerons plus loin.
Plus longue durée de vie
Les batteries Lithium-ion offrent une durée de vie relativement plus longue que les batteries au Plomb. Tandis que les batteries au Plomb de petite capacité en version 12V doivent être remplacées après environ 500 à 800 cycles de charge et de décharge, celles au Lithium-ion sont prévues pour une utilisation en cyclage jusqu'à 6 000 cycles. Certaines batteries Plomb rivalisent en terme de durée de vie, il s'agit des batteries de grande capacité en éléments de 2V dites OPzS ou OpZV, régulièrement utilisées sur certains sites autonomes en 12/24 ou 48V avec des mises en série des éléments. Si elles sont bien dimensionnées, leur durée de vie peut atteindre 15 ans et dépasser les 8000 cycles ( dans des conditions de température adaptées et une décharge comprise entre 10 et 20% ). Les batteries Plomb n'embarquent pas non plus d'électronique ce qui limite le monitoring des systèmes mais limite aussi les pannes potentielles dues à des défauts de carte ou de composants électroniques. A l'inverse les batteries Plomb nécessitent des locaux ventilés du fait des dégagements d'hydrogène.
Les batteries au Lithium sont donc durables, bien adaptées aux usages solaires avec des décharges dépassant 80% de la capacité tout en minimisant l'espace nécessaire et surtout adapté à l'habitat sans risque de dégagement gazeux.
Efficacité de charge/décharge supérieure
Les batteries Lithium-ion offrent un rendement plus élevé lors des cycles de charge et de décharge. Elles peuvent charger et décharger plus rapidement que les batteries au Plomb, ce qui permet une gestion plus efficace de l'énergie. Cela est essentiel dans les systèmes ESS, où une réponse rapide aux fluctuations de la demande ou à la production d'énergie est nécessaire pour maintenir la stabilité du réseau.
En revanche, les batteries au plomb ont une capacité de charge/décharge moins rapide et un rendement global inférieur, ce qui limite leur efficacité dans des systèmes nécessitant une haute réactivité.
La charge d'une batterie se caractérise par le courant de charge possible en fonction de sa capacité. Une batterie Lithium peut généralement être chargée à C/2 voir C tandis qu'une batterie Plomb se charge à maximum C/5 et plutôt recommandé à C/10.
Moins d’entretien
La plupart des batteries au Plomb nécessitent un entretien pour assurer leur bon fonctionnement, notamment le suivi des niveaux d’eau et d'acide. Un bac est mis en place pour palier à d'éventuelles fuites d'acide. Elles peuvent présenter des risques de corrosion et de dégradation plus importants au fil du temps.
Les batteries à technologie Lithium nécessitent, comme les batteries au Plomb, un soin à l'utilisation, mais ne requièrent pas d'entretien.
Recyclabilité
La technologie de batteries au Plomb utilisée à très grande échelle depuis des décennies a permis la mise en place d'une filière de recyclage globalement performante évitant le rejet dans l'environnement de métaux lourds et de l'acide contenus dans les batteries usagées.
La technologie à base de Lithium, si elle a été découverte il y a maintenant des décennies, ne commence à être utilisée à large échelle que depuis quelques années. Le parc de batteries usagées est donc encore trop faible pour mettre à disposition des acteurs du recyclage une matière première qui puisse in fine être compétitive par rapport à la matière première extraite dans une mine.
Néanmoins, avec la mise en place de normes de fabrication obligeant les fabricants à prendre en compte le cycle de vie de leurs batteries, conjugué avec l'augmentation exponentielle du parc usagé potentiellement disponible, les filières photovoltaïques et automobiles vont devenir des acteurs clés dans la mise en place de la filière recyclage.
Coût initial et retour sur investissement
Les batteries à base de technologie Lithium avaient un coût initial plus élevé que les batteries au Plomb, ce qui en premier abord pouvait rendre leur adoption plus difficile pour certains projets ou budgets. Cependant, leur coût a considérablement diminué ces dernières années grâce aux avancées technologiques et à l'augmentation de la production.
De plus, étant donné leur durée de vie, leur profondeur de décharge demandant un dimensionnement plus faible du parc et leur efficacité de charge supérieure, les batteries Lithium-ion offrent souvent aujourd'hui un meilleur compris et retour sur investissement.
Le Lithium, un choix stratégique pour les ESS
Bien que les batteries au Plomb aient longtemps été utilisées pour les systèmes de stockage d’énergie, le Lithium-ion se révèle désormais être la technologie de choix pour les systèmes ESS modernes.
Grâce à ses avantages en termes de densité énergétique, de durée de vie, d'efficacité de charge, de sécurité, de durabilité, le Lithium-ion est une solution beaucoup plus adaptée aux besoins des installations de stockage d'énergie à grande échelle et des projets de transition énergétique.
Est-ce la fin des batteries Plomb pour autant?
Si elles ne se présentent pas sous la forme d'une technologie de rupture, certaines d'entre elles ont néanmoins prouvé leurs qualités en alimentant pendant plus d'une décennie leurs habitations autonomes.
Les batteries que nous vous proposons ont ainsi le gros avantage d'être moins contraintes par leur environnement de fonctionnement. En effet, là où peu de batteries LiFePO4 sont capables de fonctionner dans des températures froides, ce qu'on appel le derating température, les batteries Plomb que nous vous proposons ont cet avantage de pouvoir vous alimenter en cas de basses températures, elles sont donc idéales selon votre localisation et l'endroit où vous souhaitez les stocker. De nombreux Alpages ont par exemple conservé les batteries Plomb de type OPzS ou OPzV pour leur fiabilité en autonomie avec des contraintes de températures froides.