Les innovations dans le stockage de l'énergie solaire : batteries et alternatives

L'énergie solaire captée par les panneaux photovoltaïques peut être stockée pour une utilisation ultérieure, permettant ainsi une meilleure gestion de l'électricité produite. 

Le stockage de cette énergie est généralement réalisé à l'aide de batteries solaires, qui emmagasinent l'électricité excédentaire produite en journée, lorsque la production est supérieure à la consommation. 

Le système de stockage d'énergie solaire comprend des batteries, qui varient en capacité, durée de vie et coût, permettant de stocker plusieurs kilowattheures (kWh) d'électricité. 

L'importance du stockage dans l'énergie solaire

L'électricité générée par les panneaux solaires dépend de l'ensoleillement, ce qui signifie qu'elle est intermittente : abondante pendant la journée et inexistante la nuit. 

Sans un système de conservation efficace, l'excédent d'énergie généré durant les périodes d'ensoleillement intense pourrait être perdu, ce qui diminuerait l'efficacité globale de l'installation solaire.

Les batteries solaires permettent de stocker cet excédent d'électricité pour une utilisation ultérieure, notamment en période de faible ensoleillement ou de nuit. Cela non seulement améliore l'autoconsommation, réduisant la dépendance au réseau électrique, mais permet également de stabiliser la production et de répondre aux besoins énergétiques de manière continue.

Ces dernières années, plusieurs pays ont considérablement intensifié leur adoption de l'énergie solaire, en investissant dans des infrastructures et des politiques durables. Parmi les pays qui se distinguent par leur engagement et leur production, le Top 5 des utilisateurs de l'énergie solaire comprend certains des plus grands producteurs et consommateurs mondiaux, jouant un rôle clé dans la transition énergétique globale.

Les défis de l'intermittence solaire

La production d'énergie solaire est variable, ce qui pose des défis pour garantir une fourniture stable d'électricité. Voici les principaux problèmes et la nécessité du stockage :

Problèmes liés à la production variable

• Intermittence : Les panneaux solaires ne produisent pas d’électricité la nuit et leur production est réduite par temps nuageux.
• Surplus et pénurie : Les périodes de fort ensoleillement peuvent générer un surplus d'électricité, tandis que les périodes nuageuses ou nocturnes peuvent entraîner une pénurie.

Nécessité du stockage

• Stockage d'énergie : Les systèmes de stockage, comme les batteries solaires, permettent de conserver l'électricité produite en excès pour l'utiliser lorsque la production est faible.

Types de stockage

• Stockage physique : Accumulent l'électricité excédentaire pour une utilisation future sous forme de fluide.
• Stockage virtuel : Utilise des technologies numériques pour optimiser l'utilisation de l'énergie stockée à l’échelle du réseau.

 Avantages du stockage pour l'autoconsommation

‍Conservation de l'énergie excédentaire : Les systèmes de stockage, comme les batteries solaires, permettent de stocker l'électricité produite par les panneaux solaires pendant les périodes de fort ensoleillement. 

Cette électricité stockée peut être utilisée lorsque la production est faible, comme la nuit ou durant les jours nuageux.

• Autonomie : En stockant l'énergie produite, les foyers et les entreprises deviennent moins dépendants des sources d'énergie externes et du réseau électrique. 

Cela leur permet de fonctionner de manière plus autonome, surtout pendant les pannes ou les périodes de forte demande.

• Gestion optimisée : Les systèmes de stockage permettent une gestion plus flexible et efficace de l'énergie, en équilibrant l'offre et la demande selon les besoins individuels et réduisant la dépendance vis-à-vis des fluctuations du réseau électrique.

Les technologies de batteries pour le stockage solaire

Batteries lithium-ion : le standard actuel

Caractéristiques

• Densité énergétique : Élevée, compactes et légères.
• Tension : Environ 3,6-3,7 volts par cellule.
• Cycle de vie : Long, supporte de nombreux cycles de charge (au moins 500 charges-décharges à 100 %)

Avantages de la Batterie Lithium-Ion

• Haute densité d'énergie : Stocke 3 à 4 fois plus d'énergie par unité de masse que les autres technologies de batteries.
• Recharge rapide : Peut se recharger très vite.
• Longue durée de vie : Supporte de nombreux cycles de charge-décharge (au moins 500 cycles à 100 %).

Inconvénients de la batterie lithium-Ion

• Risque d'embrasement : Peut s'enflammer soudainement et dégager des gaz toxiques en cas d'« emballement thermique » au-delà de 100 °C.
• Problèmes de sécurité : Des incidents comme des rappels massifs (téléphones, tablettes) et des incendies survenus dans des avions en raison de composants électriques défectueux.
• Problèmes de court-circuit : Échauffement souvent causé par des courts-circuits dus à des problèmes d'assemblage ou à des chocs.
• Coût des Mesures de Sécurité : Nécessité d'intégrer des systèmes électroniques (BMS) pour prévenir les anomalies, ce qui ajoute à la complexité et au coût de la batterie.

Batteries à flux : une solution émergente

Les systèmes à flux utilisent deux électrolytes liquides, stockés dans des réservoirs séparés. Ces solutions circulent à travers une cellule électrochimique où des réactions génèrent de l'électricité. Les électrolytes sont ensuite pompés de nouveau dans les réservoirs après avoir libéré ou absorbé de l'électricité, permettant ainsi de la conserver pour une utilisation ultérieure.

Avantages des batteries à flux

• Capacité de stockage à long terme : Stockent l'énergie pendant de longues périodes sans dégradation significative des performances, permettant une utilisation efficace de l'énergie solaire même en période de faible production.
• Flexibilité d'utilisation : Peuvent être chargées et déchargées simultanément, offrant une grande souplesse pour répondre à divers besoins énergétiques.
• Durée de vie prolongée : Ont une durée de vie plus longue que de nombreux autres types de batteries, avec des cycles de charge et de décharge répétitifs sans perte importante de disposition.

Inconvénients des Batteries à Flux

• Coût initial élevé : Généralement plus coûteuses à l'achat et à l'installation par rapport à d'autres technologies de conservation de l'énergie.
• Encombrement et poids : Souvent plus volumineuses et lourdes, ce qui peut poser des défis en termes d'espace et de manutention lors de l'installation.
• Complexité de maintenance : Nécessitent une maintenance régulière, incluant le remplacement périodique des électrolytes et la surveillance des performances pour assurer un fonctionnement optimal.

Alternatives innovantes au stockage par batterie

Stockage d'énergie par air comprimé

Le stockage d'énergie par air comprimé (CAES) fonctionne en compressant l'air à haute pression à l'aide de l'énergie excédentaire, telle que celle produite par les panneaux solaires, et en le stockant dans des réservoirs souterrains ou des cavernes. 

Lorsqu'une demande d'énergie se fait sentir, l'air comprimé est libéré, réchauffé, puis dirigé vers une turbine qui génère de l'électricité.

Cette technologie est particulièrement adaptée au domaine solaire, car elle permet de gérer efficacement le surplus d'énergie produit pendant les périodes ensoleillées. L'énergie excédentaire stockée peut ainsi être utilisée lorsque la production solaire est faible, comme la nuit ou durant les jours nuageux.

 Stockage thermique et matériaux à changement de phase

Le stockage thermique capte la chaleur des panneaux solaires via un fluide caloporteur, qui est ensuite stockée dans un réservoir isolé. Cette chaleur peut être utilisée plus tard pour le chauffage ou pour générer de la vapeur lorsqu'il y a une demande d'énergie.

Les PCM absorbent et stockent la chaleur en changeant d'état (de solide à liquide ou vice versa) à une température spécifique. Lorsqu'ils se solidifient, ils libèrent la chaleur stockée, utilisable pour le chauffage ou d'autres besoins thermiques.

L'hydrogène vert : le futur du stockage d'énergie solaire ?

L'hydrogène vert, produit par électrolyse de l'eau à l'aide d'électricité générée par un panneau solaire photovoltaïque, se distingue comme une solution prometteuse pour la conservation à long terme de l'énergie solaire.

Cette technologie permet de transformer l'excédent d'énergie solaire en hydrogène, qui peut être stocké pendant de longues périodes et utilisé ultérieurement. 

Cela offre une flexibilité considérable, car l'hydrogène peut être converti en électricité via des piles à hydrogène ou utilisé directement comme carburant dans divers secteurs.

Le principal avantage de l'hydrogène vert est sa capacité à stocker l'énergie solaire sur des périodes prolongées, y compris sur plusieurs mois, ce qui est essentiel pour compenser les variations saisonnières de l'apport solaire. De plus, l'hydrogène vert contribue à la réduction des émissions de carbone, car il est généré à partir de sources d'énergie renouvelables.

Cependant, plusieurs défis subsistent. Les coûts élevés de production, de stockage et de distribution de l'hydrogène vert représentent un obstacle majeur à son adoption à grande échelle.

Intégration du stockage dans les réseaux intelligents

Les solutions de conservation d'énergie, telles que les batteries et les systèmes de stockage par air comprimé, jouent un rôle crucial dans l'optimisation des smart grids. 

En équilibrant la production et la demande, ces technologies aident à stabiliser le réseau électrique. Elles fournissent de l'électricité durant les pics de consommation et absorbent l'excès pendant les périodes creuses, réduisant ainsi les fluctuations du réseau et évitant les coupures de courant.

De plus, la solution de stockage améliore l'autoconsommation de l'installation solaire photovoltaïque en permettant l'utilisation optimale de l'énergie produite en excès. Elle contribue également à la réduction des coûts énergétiques en stockant l'électricité lorsque les prix sont bas et en la libérant lors des périodes de prix élevés.

Aspects économiques du stockage d'énergie solaire

Il existe plusieurs types de batteries pour le stockage de l’énergie solaire ou photovoltaïque :

• Batteries au plomb ouvert (entre 80 et 250 €) : Idéales pour un usage occasionnel, cette batterie doit être installée en extérieur, à l'abri du froid.

Leur durée de vie peut dépasser 10 ans.

• Batteries AGM (entre 200 et 400 €) : cette batterie est étanche, robuste et demande moins d'entretien que la batterie au plomb ouverte.
• Batteries GEL (entre 200 et 550 €) : Reconnues pour leur grande qualité et longévité, elles sont parfaites pour une utilisation quotidienne.
• Batteries au lithium (plus de 600 €) : Le choix haut de gamme, elles permettent un nombre de cycles supérieur aux autres types, à condition de bien gérer les charges et décharges.
• Batteries virtuelles (pas de prix initial) : Les batteries virtuelles n'ont pas de coût initial à l'installation et à l'entretien, mais fonctionnent sur la base d'un abonnement à faible coût.
•  Elles nécessitent néanmoins un abonnement au réseau électrique pour stocker le surplus virtuellement. 

 Aides et incitations pour l'installation de systèmes de stockage

De nombreuses aides et incitations existent pour financer vos projets solaires avec système de stockage. 

• MaPrimeRénov’ : Que vous soyez propriétaire, locataire, bailleur ou copropriétaire, cette aide vous offre la possibilité de financer une variété de travaux visant à réduire votre consommation d'énergie et vos factures.

• L’éco-prêt à taux zéro (éco-PTZ) : Cette subvention s’obtient sous forme de prêt et est proposée par certaines banques, permettant de financer vos travaux de rénovation énergétique sans frais de dossier ni intérêt. Remboursable sur une période de 15 ans, il constitue une solution de financement flexible et avantageuse pour concrétiser votre projet.
  

• La TVA réduite à 10 % :   Dans certains cas, l'installation de système photovoltaïque bénéficie d'une TVA réduite à 10%. Cette mesure vise à soutenir la transition énergétique en incitant les ménages à investir dans cette technologie durable.

• Prime à l’autoconsommation : La prime à l'autoconsommation est une incitation financière proposée par certains gouvernements ou organismes pour encourager les propriétaires à consommer eux-mêmes l'électricité qu'ils produisent à partir de sources renouvelables, comme les panneaux solaires. 

Perspectives pour le stockage d'énergie solaire

Les perspectives pour le stockage solaire sont prometteuses, avec des innovations qui visent à améliorer l'efficacité, la durabilité et les coûts des solutions actuelles. 

Parmi ces innovations, les batteries à base de nouvelles chimies (comme les batteries à l'état solide ou les batteries au sodium) pourraient offrir des alternatives moins coûteuses et plus sûres que le lithium-ion. 

De plus, les technologies émergentes comme le stockage par hydrogène vert, l'utilisation de matériaux à changement de phase, ou encore les supercondensateurs pourraient transformer le paysage du stockage énergétique.

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