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Applications d'énergies décentralisées

East-Penn BatteriesLa taille des batteries est d'une importance capitale pour les systèmes d'alimentation à énergie renouvelable. Un grand nombre de types de batteries ainsi que de capacité sont disponibles. Le bon choix pour chaque système d'alimentation dépend de nombreux facteurs et nécessite d'abord une expertise. Ces batteries spéciales sont conçues pour des cycles de chargement fréquents et la plupart du temps elles n'ont pas besoin d'être entretenues.

Leur utilisation est de plus en plus croissante dans les domaines technologiques aussi importants que la radio-télécommunications, la télémétrie,la télédétection et l'éclairage. Les industries oeuvrant dans ces domaines deviennent de plus en plus exigeantes envers les manufacturiers de batteries afin que les cellules de ces dernières soient capables de conserver leur charge dans des conditions de température aussi bien chaude que froide contactez-nous pour tout renseignement concernant votre application avec les caractéristiques du site d'installation.

Les batteries, dans les systèmes d'alimentation électriques à énergie renouvelable, doivent respecter trois paramètres:

Autonome

L'énergie fournie par un système photovoltaïque, une éolienne ou une micro-turbine hydroélectrique est emmagasinée dans une batterie afin d'alimenter une charge de façon constante sans interruption pendant une période déterminée. L'accumulateur doit pouvoir fournir assez d'énergie pour couvrir les besoins quotidiens et disposer de réserves assez importantes pour assurer une alimentation continue pendant les périodes sans ensoleillement. Cette autonomie du système, indiquée en jours peut être très différente d'un type de système à I'autre. Pour les systèmes dont les défaillances seraient graves, tels les systèmes de télécommunications, I'autonomie peut atteindre jusqu'à trente jours, dans l'hémisphère nord.

• Stabilisation du voltage

• Les batteries préviennent les fluctuations de tensions émanant des sources d'alimentation pouvant être dommageables pour certains appareils.

• Grands courants Renewable energy production is variable over time. Batteries meet large current demands whenever they are required.

Notions de base

Les batteries, ou les cellules de batteries, sont des composantes électrochimiques. Chaque cellule est composée d'électrodes, positive et négative. Les plaques qui composent ces électrodes sont faites de matériaux actifs dissemblables. Ces cellules sont encapsulées dans un bac contenant un électrolyte. Le bac est scellé ou est muni d'un bouchon de remplissage et un évent.

Une réaction chimique intervient lorsque la batterie alimente une charge connectée à ces deux électrodes. Pendant la décharge, il y a oxydation à la plaque négative qui se traduit par une perte d'électrons et réduction à la plaque positive ou gain d'électrons. L'électrolyte en présence dans la batterie facilite le déplacement des charges électrochimiques sous forme d'ions. Le processus inverse se produit quand la batterie se recharge.

Lorsqu'elle n'est pas branchée à une charge ou un chargeur, la tension à circuit ouvert d'une batterie représente son taux de charge. Complètement chargée, cette tension peut-être différente dépendamment du type de batterie - par exemple, chaque cellule d'une batterie acide-plomb a une tension à circuit ouvert Voc de 2.10 VCC, alors qu'une nickel-cadmium a 1.25 VCC par cellule à 25°C.

Le taux de décharge (DOD) et le taux de charge (SOC)

Le DOD est le ratio d'ampère heure déchargée sur la pleine capacité de la batterie. Par exemple, si une batterie de 100 Ah (pleine capacité) voit sa capacité diminuer de 25 Ah, alors son taux de décharge est 25% et son taux de charge (SOC) est 75%.

Cycles

Une période de charge et décharge est appelée cycle. Les performances d'une batterie s'évaluent aussi en nombre de cycles que celle-ci peut fournir à une profondeur de décharge déterminée.

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Choix de batteries

• Les batteries à cycle prolongé acide-plomb et nickel-cadmium sont les plus utilisées dans les applications à énergie solaire, dans les systèmes éoliens ou encore dans les systèmes alimentés par micro-turbine hydroélectrique. Parmi les batteries de type acide-plomb, il existe une classification (voir le tableau récapitulatif ci-après). Ces batteries diffèrent par leur construction. L'antimoine est un alliage ajouté au plomb pour qu'il résiste à la corrosion. Une grande quantité d'antimoine, réduit la décharge à vide des cellules et provoque la gazéification qui devrait en principe être évitée dans les systèmes d'alimentation électrique à énergie renouvelable.
• Les batteries Nickel-cadmium sont 3 à 4 fois plus chères que les batteries acide-plomb en plus leur capacité est faible. Par conséquent, ces dernières sont moins utilisées dans les systèmes d'alimentation électrique à énergie renouvelable.

Type de batteries
Cycles de vie @ 80% DOD
Maximum DOD* (%)
Typical Capacité (Amp Hrs)
Batteries acide-plomb conventionnelles
- Plaques minces SLI
75
20
25 - 100
- Plaques minces pour applications solaires
200
50
80 -370
- Plaques minces industrielles
750
80
700 - 1500
- Plaques tubulaires
1000
80
700 - 2000
Batteries acide- plomb Scellées
- AGM (Absorbent glass mat)
1200
80
jusqu'à 5500
- Batteries à électrolyte Gélifié
1200
80
jusqu'à 6000

* DOD = taux de décharge maximum

Batteries acide-plomb à plaques minces

Ce sont les batteries conventionnelles utilisées dans les systèmes SLI (starting, lighting, ignition) ou démarrage et allumage. Toutefois ces batteries ne sont pas utilisées dans les systèmes d'alimentation électrique à énergie renouvelable. Presque semblables par leur conception, les batteries utilisées dans les voiturettes de golf et certains camions peuvent s'accomoder aux systèmes à décharge profonde. Les batteries utilisées dans les voiturettes de golf sont semblables aux batteries utilisées dans les automobiles, elles ont des plaques de 2.3 mm d'épaisseur, faible quantité d'alliage antimoine, ayant un DOD max. (taux de décharge maximum) de 10 à 20%. Les batteries industrielles ayant 2 VCC par cellule, avec des plaques de 5mm d 'épaisseur conviennent aux systèmes d'alimentation électrique à énergie renouvelable. Par ailleurs, ces batteries doivent être ventilées adéquatement.

Batteries acide-plomb à plaques tubulaires

Les plaques tubulaires sont plus performantes que les plaques minces. Leur décharge à vide est faible. Elles contiennent plus d'électrolyte. L'alliage antimoine-calcium leur procure une résistance supérieure contre la corrosion. Ce type de batterie est utilisé dans les sites de télécommunications où l'entretien des batteries et les températures froides ne constituent pas une préoccupation majeure.

Batteries acide-plomb scellées VR (à valve régulatrice)

Celles-ci sont scellées, donc aucun risque de déversement ou d'évaporation. L'oxygène produit à la plaque positive est recombiné à l'hydrogène émanant de la plaque négative pour former l'eau nécessaire à l'électrolyte. Ces batteries satisfont aux applications à décharge profonde, rapide et répétée.

Batteries AGM (séparateur en mat de verre micro-poreux)

Les batteries AGM ont été développées dans les années 80, pour satisfaire à la demande des batteries sans entretien destinées aux marchés tels la télécommunication, la télémétrie, la télédétection... Plus le séparateur est comprimé entre les plaques, plus il permet une recombinaison de l'électrolyte (l'oxygène et l'hydrogène se recombinent, produisent l'eau et se mélangent à l'acide sulfurique). Cependant, cette compression entre plaques entraîne une hausse de température lors des échanges électrochimiques.
À des tensions de charge un peu plus élévées, les batteries AGM tendent à réagir à la hausse de température interne en perdant un peu d'eau àtravers de petits évents situés dans les cellules et en évacuant l'excès de chaleur à travers les terminaux.
Ce type de batterie peut s'installer dans toutes les positions. Toutefois, il est recommandé de ne pas les installer à la position complètementrenversée. Leur point de congélation permet leur utilisation dans les pays nordiques. Récemment, des améliorations ont permis d'obtenir d'excellents résultats avec des batteries scellées à électrolyte gélifié type AGM.

Batteries à électrolyte gélifié

Tolèrent les températures chaudes en été. Les batteries au gel peuvent être construites soit avec des plaques mince, soit avec des plaques tubulaires ou bien des séparateurs AGM. Aucun risque de déversement ou d'évaporation. Au lieu d'un liquide, il s'agit d'un électrolyte mélangé au silice. Ce type de batterie a un système d'évacuation de chaleur supérieur, et se décharge moins à vide que le type AGM.

Problèmes et solutions

Stratification

La stratification est le mélange non uniforme de l'électrolyte, ce qui réduit le cycle de vie des batteries. Dans les cellules d'une batterie, l'acide a tendance à se concentrer en bas en laissant de l'eau qui a une densité plus faible au dessus, alors il y a des risques de congélation. En plus il y a aussi risque d'oxydation au dessus et risque de corrosion en dessous. Une charge " d'équalization " est nécessaire après des décharges répétées afin d'éviter la stratification. La tension " d'equalization " varie selon le type de batterie ; pour les batteries acide-plomb, elle est environ 14.2 V pour les systèmes 12 V, 28 V pour les systèmes 24 V et 56 V pour les systèmes 48 V. "L'equalization" doit s'effectuer en moyenne une fois par an.

Ventilation

La concentration maximale d'hydrogène recommandée dans les endroits abritant les batteries est de 2%. Tous les types de batteries ont besoin d'être ventilés car les petites émissions de gaz d'hydrogène produites lors des échanges électrochimiques entre les plaques peuvent causer une explosion en présence du feu ou d'une étincelle.
Matrix offre un système de ventilation composé d'un ventilateur directement branché à un module solaire. Ce système permet de prolonger le cycle de vie de la batterie, ainsi que son autonomie. Contactez nous avec vos besoins spécifiques et nous vous apporterons notre assistance selon le type de batterie, la capacité, le courant et l'endroit de l'installation.

Sulfatation

La sulfatation est causée par le dépôt des cristaux de sulphate de plomb sur les plaques. Cette situation se produit lorsqu'une batterie est déchargée très profondément et de façon répétée. Les batteries qui sont partiellement chargées pendant une longue période de temps voient leur taux de charge diminuer. Il s'agit d'un phénomène appelé " perte de mémoire ". Néanmoins, une installation initiale adéquate des batteries à pleine charge et un taux de décharge (DOD) répété supérieur à 20% permettent d'éviter la sulfatation. Les cristaux de sulphate de plomb sont partiellement retirés des plaques lorsqu'une charge " d'equalization " controllée est effectuée à 2.35 - 2.4 V par cellule. " L'equalization " est recommandée après une longue période répétée de décharge, lorsqu'une cellule d'une batterie a une variation de tension de 0.05 V de plus que les autres cellules, ou lorsque la densité spécifique de la batterie diminue de 10 g/l par rapport au seuil qui se situe autour de 1280 g/l pour une batterie complètement chargée.

Densité spécifique

Dans l'hémisphère nord la densité spécifique de l'électrolyte d'une batterie se situe entre 1250 et 1300 g/l, ce qui augmente la capacité disponible et par conséquent diminue la température de congélation (entre -40 et -50° Celsius) de la batterie. La densité de l'acide permet d'évaluer le taux de charge de chaque cellule d'une batterie. Dans les pays à climat chaud, la densité spécifique de l'électrolyte est située entre 1210 et 1230 g/l, pour diminuer le taux de gazéification à des températures élevées.

Énergie Matrix inc. Sans frais: 1-866-630-5630

 

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