Autonomie énergétique : les types de batteries solaires et acide-plomb

Vous visez une plus grande autonomie énergétique et vous avez besoin de batteries solaires ou d’autres types de batteries acide-plomb pour une installation solaire ou éolienne? Peut-être souhaitez-vous également en faire usage pour un quelconque véhicule ou une génératrice?

Vous avez pu noter à la lecture des blogues « Impact environnemental et recylage d’une batterie » et « Recyclage et efficacité à long terme des matériaux d’un panneau solaire », que les panneaux solaires ne laissent qu’une faible empreinte écologique. De plus, on se dirige peu à peu vers des batteries qui seraient aussi efficaces qu’abordables, en plus d’être entièrement écologiques et neutres pour la santé humaine.
À l’heure où ce blogue est publié, des batteries solaires et acide-plomb qui réuniraient parfaitement ces quatre critères cruciaux ne sont pas encore communément accessibles au grand public, surtout sur le plan de leur coût.
Rémy Prat est formateur chevronné dans le domaine de l’autonomie énergétique, entre autres pour le Certificat en Design de Bâtiment Écologique de Solution ERA. Il vous offre quelques lignes directrices dans le choix de batteries lithium-ion et acide-plomb, en attendant que de meilleures options soient offertes.
Dans ce blogue, nous vous présenterons les différents types de batteries solaires et acide-plomb disponibles sur le marché. Si elles ne sont pas totalement écologiques, elle sont presque entièrement recyclables et surtout accessibles au commun des mortels pour vos projets immédiats.

De quoi sont constituées les batteries solaires / batteries acide-plomb?

Le boîtier de plastique est divisé en plusieurs compartiments. Chacun des compartiments est indépendant l’un de l’autre, sans aucun point de liaison interne. Dans chacun de ces compartiments indépendants se trouve un électrolyte à base d’eau et d’acide (liquide). Ce dernier favorise la chimie dans la batterie afin de permettre sa charge et sa décharge.
Ce qu’on appelle une « batterie » consiste en fait en un ensemble de batteries d’un certain nombre de volts. Si ce n’était pas le cas, cela s’appellerait simplement une pile. La batterie offre donc le voltage total désiré selon le nombre d’unités qu’on assemble et qui sont liées entre elles par un connecteur en plomb. Ce dernier se trouve à l’extérieur des différents compartiments.

Sur le dessus du boîtier, des bouchons couvrent deux ou trois petites ouvertures pour chacun des compartiments. Ceci permet d’avoir accès à ces derniers et d’interférer avec les batteries : les ouvrir, y ajouter de l’eau au besoin, observer leur état, etc.
Cette structure est un élément crucial à retenir quant à votre réflexion pour l’usage de ce type de batteries : avez-vous du temps à consacrer à leur entretien? Puisque les liquides de chacun des compartiments ne sont jamais en contact les uns avec les autres, il y a autant de vérifications à faire qu’il y a d’ouvertures aux compartiments existants!
Une batterie avec entretien signifie que chaque deux semaines, vous devez dévisser chacun des bouchons afin d’évaluer le niveau d’eau dans les batteries et vous assurer qu’il n’en manque jamais. Imaginez un système composé de vingt-trois batteries qui ont chacune trois trous à vérifier en continu!
Selon votre budget, il existe aussi des batteries qui sont plus coûteuses, mais sans entretien! Nous en reparlerons un peu plus bas. De plus, il existe aussi une autre alternative : le système d’« hydrolinks ». Ce système permet de relier chaque trou de la batterie à un tuyau. Tous ces tuyaux réunis remontent pour s’alimenter à une réserve d’eau connectée à une pompe électrique ou actionnée à la main.
Un petit flotteur se trouve à l’intérieur de chaque batterie. À mesure que l’eau augmente, le flotteur monte également avec le niveau d’eau et finit par boucher le trou. Il met ainsi fin à l’alimentation d’eau une fois le réservoir rempli.
Si ce système engendre des frais supplémentaires, il vous libère de la gestion en continu de votre système.
Autre élément des batteries : les plaques de plomb. Celles-ci sont en fait constituées d’un boîtier de plastique qui forme un squelette, ou grille de support, dans laquelle est greffée une pâte de plomb. Ces sections sont arrimées les unes aux autres par des connecteurs.
Le manufacturier peut :

• mélanger le plomb à 50% avec des amalgames de basse qualité, pour une batterie de qualité standard à faible coûts
• utiliser du plomb pur et neuf à 99,9% pour une batterie haut de gamme à coût nettement plus élevé

Vous l’avez deviné? Le coût et le poids élevé d’une batterie vous donneront des indices sur la qualité du produit. Comme le souligne Rémy, c’est le taux de plomb qui compose la batterie qui déterminera son niveau d’efficacité.
Un chalet habité de façon ponctuelle ou un bateau qui navigue de temps à autre peuvent reposer sur l’usage de batteries de moindre qualité. Elles peuvent ainsi être changées plus fréquemment dû à l’accessibilité à un distributeur. En revanche, un chalet isolé occupé à l’année ou un bateau qui fait le tour du monde demandera un ensemble de batteries de plus haute efficacité qui saura soutenir les demandes en tout temps.

Le niveau d’autonomie propre à votre projet est essentiel à prendre en considération dans l’achat de vos batteries solaires ou acide-plomb. C’est un aspect aussi important à prendre en compte que votre budget disponible ou que votre disponibilité en temps pour vous assurer la pérennité de votre système.

Les différentes types de batteries solaires et batteries acide-plomb

Les batteries solaires et autres différents types de batteries acide-plomb peuvent servir trois fonctions différentes selon vos besoins.

A) Batterie de démarrage

Il s’agit du type de batteries utilisées sur les automobiles standard. Une batterie de démarrage est conçue pour fournir une décharge en ampérage électrique intense et très puissante d’une durée de trente secondes avec un voltage de 10,50 volts.
Elles sont composées de nombreuses plaques très fines pour offrir une plus grande surface active – la réaction électrochimique se faisant principalement en surface. Le peu de plomb qui les constitue – étant donné leur faible épaisseur –, permet à ces batteries d’être peu coûteuses (en moyenne 100 $).
Étant donné que ce type de batterie offre un cycle de charge de quinze cycles, il est important de la maintenir chargée plutôt que déchargée. Toutefois, c’est quelque chose que votre automobile gère automatiquement, à moins qu’un nombre élevé d’appareils consomment l’énergie de la batterie lorsque le véhicule est en arrêt (GPS et autres). C’est une situation rencontrée par plusieurs usagers présentement.

B) Batterie à décharge lente ou cycle prolongé (deep-cycle)

Une batterie à décharge lente, ou cycle prolongé est conçue pour fournir une décharge électrique sur de longues périodes avec un nombre de cycles de charge élevé (300 à 600 cycles).
Le distributeur a fortement intérêt, comme le souligne judicieusement Rémy, à vous vendre des batteries de ce type. La raison étant que puisqu’une décharge maximum sera plus fréquente, sa durée de vie en sera diminuée… Ce qui vous en fait racheter de nouvelles plus souvent!
Ce type de batterie est donc conçu pour effectuer des tâches lentement, sur des ampérages relativement faibles, et ce, sur une longue durée. Un habitat standard aura une consommation moyenne (à l’heure) de cinq à dix ampères. Ceci consiste en une petite demande à laquelle ce type de batterie peut très bien répondre sur une période de 24 heures.
La réaction électrochimique se faisant lentement et profondément dans la masse active de la batterie, la composition des plaques sera donc plus épaisse. Il s’agit, pour cela, de batteries plus lourdes et forcément plus coûteuses.

C) Batterie hybride

La batterie hybride est couramment appelée « batterie marine ». Elle est conçue pour fournir à la fois une décharge électrique intense (démarrage) et une décharge lente avec des cycles prolongés (combinaison des deux types décrits précédemment). On en fait usage surtout pour les bateaux et les véhicules récréatifs.

Certains modèles peuvent présenter une puissance de démarrage très élevée, soit autant que les batteries de démarrage conventionnelles. Elles intègrent également un service deep-cycle tout aussi efficace que celui des batteries à décharge prolongée.

Trois grandes familles de batteries acide-plomb

Les trois types de batteries au plomb décrites précédemment se divisent en trois familles, qui vont se différencier par la gestion de leur électrolyte. Vous pourrez comparer, pour chacune d’entre elles, leurs avantages et inconvénients respectifs.

1a. Batteries au plomb avec électrolyte liquide eau et acide (avec entretien)

Avantages :

• Il est possible de répondre à tous les usages avec ce type de batteries : démarrage, décharge lente (deep-cycle) et comme batterie hybride.
• Elle est la moins coûteuse sur le marché.

Inconvénients :

• • Elle demande un entretien constant de vérification du taux de liquide, tel que vu plus haut. Il est possible de poser des bouchons anti-évaporation. Toutefois, ils ne sont pas efficaces à 100% et il se produira tout de même une certaine évaporation.
  • Cependant, au lieu d’avoir à effectuer une vérification approfondie toutes les deux semaines, il existe un type de bouchons (sept à dix dollars chacun) qui possèdent un témoin sur le dessus. Celui-ci vous indique par un changement de couleur la nécessité d’ajouter de l’eau au compartiment. Dans un tel cas, une vérification approfondie tous les trois mois peut être suffisante.
  • Autrement, il y a toujours la possibilité d’investir afin d’arrimer les batteries à un
    système d’«hydrolinks » (présenté plus haut).
• • Elle produit des dégagements gazeux, donc elle ne devrait idéalement pas être utilisée dans le contexte intérieur d’un habitat. Si vous le faites, assurez-vous d’avoir un système d’échange d’air efficace avec l’extérieur du bâtiment. Elle devrait alors être disposée dans une boîte fermée avec une ventilation qui donne directement sur l’extérieur.
  • De plus, vous devez faire usage de ventilateurs particuliers pour ce type de système afin d’éviter tout risque d’explosion potentiel lié aux dégagements gazeux.
• Elle a une moins bonne tenue mécanique aux vibrations. Donc, pour un véhicule comme le quad (véhicule tout-terrain à quatre roues), l’usage d’un tel type de batterie serait à éviter.
• Elle accepte mal des décharges profondes et doit toujours conserver un minimum de charge de 50%.
• Elle a une résistance interne élevée, ce qui va générer des charges plus lentes.
• Elle trahit des taux d’autodécharge importants, particulièrement avec des températures élevées. L’autodécharge naturelle prend place lorsqu’une batterie est simplement disposée dans une pièce, sans usage. Son niveau de décharge automatique dépendra grandement du niveau de température ambiante. Elle doit donc être chargée en tout temps, ce qui demande de la gestion.
• Elle gèle à des températures très basses, puisqu’il y a présence d’eau liquide dans l’électrolyte. Lors de températures très froides (-20 à -50 degrés Celsius), cette eau sera menée à geler.

1b. Batteries au plomb avec électrolyte liquide eau et acide (sans entretien)

Avantages :

• Elle ne demande pas d’entretien. Elle présente sur le dessus du boîtier un petit œil magique qui témoigne de son fonctionnement par une couleur : verte, orange ou rouge.
• Il est possible de répondre à tous les usages avec ce type de batteries : démarrage, décharge lente (deep-cycle) et comme batterie hybride.
• Elle est disponible chez tous les distributeurs conventionnels (Canadian Tire ou autre).



• Elle est peu dispendieuse.
• Il s’agit d’une alternative intéressante si vous voulez à la fois combiner : une absence d’entretien et un coût modeste.

Inconvénients :

• Elle offre une durée de vie plus courte (environ quatre ans) que l’AGM, qui sera présentée plus bas.

2. Batteries AGM (Absorbed Glass Mat) avec électrolyte liquide imbibé dans du boron silicate enveloppant les plaques

Ces batteries sont relativement récentes sur le marché et sont accessibles au grand public depuis une quinzaine d’années.
Avantages :

• Elle est sans entretien. L’électrolyte y est disposé au moment de sa fabrication afin d’être imbibé dans une enveloppe en boron silicate. Comme du papier buvard, elle boit tout l’électrolyte et le conserve intact. Elle est idéale en contexte de bateau, où elle peut être installée couchée (voir plus bas) dans un espace restreint, sans nécessité de la vérifier en continu.
• Il est possible de répondre à tous les usages avec ce type de batteries : démarrage, décharge lente (deep-cycle) et comme batterie hybride.
• Elle peut être de forme très fine, idéale dans le contexte d’un système ou d’un assemblage de batteries où l’espace est relativement restreint.
• Elle ne présente aucun risque de gel. La forme prise par son électrolyte n’est pas à risque de geler, même jusqu’à -60 degrés Celsius ou moins.
• Sans dégagements gazeux, cette batterie – dont tous les gaz sont « recombinés » naturellement dans l’électrolyte – peut être installée sans risques dans un habitat. Pas besoin d’installer un système de ventilation ou d’échange d’air particulier.
• Elle offre un taux de démarrage égal ou même supérieur aux batteries de démarrage conventionnelles. Ceci constitue d’ailleurs sa principale force.
• Elle peut être couchée, de par son électrolyte retenu (sans coulures). Ceci offre une alternative intéressante dans un contexte où vous manquez d’espace.
• Elle offre une bonne tenue mécanique. Elle possède donc une excellente résistance aux vibrations et aux chocs, dans le contexte de véhicules tels les quads, motos, et autres véhicules à fortes vibrations.
• Elle accepte des décharges profondes jusqu’à un maximum de 80% de sa capacité. C’est-à-dire que contrairement à d’autres types de batteries, elle peut être déchargée au-delà de 50%. Il faut toutefois garder en tête qu’une décharge au-delà de 50% aura toujours un impact à long terme sur la durée de vie de la batterie. Elle offre simplement plus de flexibilité sur ce plan.
• Elle offre une faible résistance interne, ce qui résulte en des charges très rapides et des décharges profondes.
• Elle démontre des taux d’autodécharge particulièrement faibles, même à des températures élevées. Elle est donc idéale en contexte de climat équatorial. Elle peut en effet rester quatre à neuf mois sans charge – et même plus d’un an dans le cas de batteries de très haute qualité –, sans que cela n’affecte sa durée de vie.

Inconvénient :

• Prix élevé, presque le double de celui des batteries décrites précédemment. Sa durée de vie est toutefois nettement supérieure (dix ans et plus). Il s’agit donc d’un investissement stratégique.

3. Batteries au gel – électrolyte en gelée, eau et acide mélangé à de la silice

Avantages :

• Elle ne demande aucun entretien tout comme les AGM et celles de la famille 1b (voir plus haut).
• Il est possible de répondre à tous les usages avec les batteries au gel : démarrage, décharge lente (deep-cycle) et comme batterie hybride.
• Elle est sans liquide, évitant ainsi tout dégagement gazeux, tout comme les AGM.
• Elle peut être couchée, tout comme les AGM.
• Elle offre des cycles de charge et de décharge élevés, souvent même plus élevés que les AGM.
• Elle peut subir des décharges profondes sur des périodes prolongées. Elle est donc peu sensible à la sulfatation qui en résulte. Les batteries au gel d’excellente qualité peuvent être déchargées jusqu’à zéro volt et conservées ainsi un ou deux mois entièrement vides, sans problème. Toutefois, cela aura toujours un impact à long terme sur la durée de vie la batterie.
• Les batteries conventionnelles sans entretien (famille 1b) n’ont aucun avantage de plus qu’une batterie gel.

Inconvénients :

• • Elle supporte moins bien les cycles rapides de charge et de décharge. Elle présente donc des taux non conventionnels de voltage de charge. Les régulateurs doivent alors être adaptés à ce type de batterie.
  • Dans le cas d’un système à énergie solaire ou éolienne, assurez-vous que votre régulateur soit adapté aux valeurs de charge de la batterie au gel. Si vous avez un chargeur qui fonctionne via Hydro-Québec ou une génératrice, il doit être en position adéquate pour accommoder les valeurs de charges de ce type de batteries.

Vous voulez en apprendre beaucoup plus sur le fonctionnement des batteries solaires, des batteries acide-plomb et sur l’autonomie énergétique? Suivez le lien au Certificat en Design de Bâtiment Écologique!