Stocker l’électricité domestique avec des batteries (accumulateurs) lithium

Le stockage de l’électricité est un point clé du réseau électrique domestique lorsque l’on produit sont courant avec les énergies renouvelables parce qu’il faut pouvoir faire face à des fluctuations de production (cycles jour/nuit pour le photovoltaïque, variation des vents pour l’éolien…) sans pour autant subir des coupures de courant.

Il est bien sûr possible de se passer de stockage, mais il faut alors se contenter de consommer ce qui est disponible en instantané, on perd en confort…

Le monde des accumulateurs est un vrai dédale pour les néophytes… La diversité des technologies de stockage chimique de l’énergie est invraisemblable….

Dans les installations que j’ai pu voir sur internet ou dans les livres, la solution retenue est la batterie au plomb car c’est la plus économique et le problème de l’encombrement ne pose généralement pas de problème pour un système sédentaire.

Cependant, il y a plusieurs facteurs qui me motivent à explorer le monde des batteries au lithium pour la conception de mon réseau électrique, je détaille ces raisons un peu plus bas.

Généralités sur le projet

Le projet, c’est de créer un réseau électrique complet (production, stockage, distribution) qui soit modulaire, c’est à dire : facilement évolutif.

Cela veut dire que :

  • Si je souhaite ajouter une source de courant, je n’ai qu’à brancher un nouveau module « source électrique », comprenant la source en elle même et un montage électronique faisant interface avec le système existant.
  • Si je souhaite modifier la capacité de stockage, je n’ai qu’à ajouter un nouveau module « batterie » qui comprend les accumulateurs et les montages électroniques nécessaires à la charge et à la au raccordement au réseau.
  • Si je souhaite tirer plus de courant, je rajoute un module de « distribution » qui permet d’utiliser le courant produit et/ou stocké.

Bien sûr, les 3 parties du système sont sensées évoluer en même temps, mais je souhaite étudier la possibilité de garder cette souplesse de modularité qui fait que l’on pas pas à modifer le système déjà en place pour ajouter ou enlever un élément.

Il est vrai que pour une installation domestique la logique veut que l’on décide dès le départ de la configuration et du dimensionnement. Et il n’y aura normalement pas besoin de changer ce dimensionnement dans le futur si le projet a bien été étudié.

Mais pour certaines utilisations, il peut être utile de permettre cette progressivité dans l’agrandissement du système, c’est ce que je souhaiterai mettre en place. Rien que pour une question d’investissement, cela permet d’étaler les achats tout en ayant un système opérationnel dès le début.

Ma recherche va donc viser à trouver comment réaliser ceci.

Je précise que je ne suis pas électronicien, et que je n’ai aucune formation spécifique en électronique, juste un intérêt certain.

Pour le moment, voilà comment j’imagine le projet :

Légende :

  • G = générateur : sources de courant de tension plus ou moins variable (photovoltaïque, alternateurs…)
  • R = convertisseur : plusieurs rôles, produire un courant compatible avec la suite du système (si besoin), empêcher les inversions de courant si tensions différentes dans les générateurs
  • Primaire = courant commun de tous les générateurs
  • C = chargeur : contrôlent la charge des batteries et empêche les batteries de se décharger dans d’autres batteries
  • B = batterie : stockage du courant
  • D = déchargeur : empêche la décharge profonde de la batterie, empêche les batteries de se décharger dans d’autres batteries, produit un courant compatible avec la suite
  • Secondaire = courant commun des batteries
  • O = Distribution (onduleur) : appareil de conversion et/ou régulation du courant pour le rendre utilisable par les appareils
  • BP = BY-PASS : système de contournement des batteries, permet de passer du courant primaire au courant secondaire sans passer par les batteries et les chargeurs-déchargeurs afin de profiter en priorité du courant des générateurs autant que possible quand la production le permet.

Comme dit plus haut, le nombre de module est modifiable à souhait, sans contraintes pour les éléments déjà en place.

Quelques précisions :

  • tension de fonctionnement 12V. Ça a pour conséquence de faire circuler plus de courant pour une puissance égale sous 24V ou 48V, mais ça a pour avantage de permettre de commencer à travailler avec des modules de petite taille que ce soit en production ou en stockage.
  • les sources de courant continu sont reliées ensemble pour former une source primaire unique à une tension permettant de charger les batteries. Il faut prévoir des systèmes empêchant une inversion de courant dans les sources pour le cas où les sources ne produisent pas la même tension à chaque instant.
  • les batteries sont individualisées (l’une ne pouvant se décharger dans une autre si les états de charge sont différents) et comprennent un module de charge individuel permettant un contrôle fin de charge de chaque batterie. Un outil de monitoring individuel sera également à envisager selon ce que je trouve en étudiant la question.
  • les batteries comprennent un module de contrôle de la décharge pour éviter de les faire passer sous leur seuil critique de décharge
  • les batteries sont rassemblées et reliées avec la source primaire mais avec un système empêchant le chargement dans ce sens pour former le réseau secondaire (batteries + sources).
  • soit les modules de distribution sont directement raccordés sur le courant que j’ai appelé secondaire, soit une étape supplémentaire de régulation doit être mise en place. Cela dépendra de la tolérance qui existe dans le courant source de ces modules (type onduleurs).

Je tiens à préciser que c’est un projet possiblement irréaliste….

En effet, les données sur internet sont si peu nombreuses que je ne peux m’empêcher de penser que ce n’est pas un sujet abordable par le premier venu…

Pourquoi étudier les batteries au lithium ?

Comme je le disais en introduction, il y a plusieurs facteurs qui me motivent à m’intéresser aux batteries au lithium pour ce projet.

  1. Le premier facteur, c’est le fait que l’usage des batteries au lithium se multiplie et que cette solution a été retenue par des sociétés comme tesla pour le stockage de l’électricité domestique (https://fr.wikipedia.org/wiki/Tesla_Powerwall). C’est une preuve que cette solution peut être retenue et semble être prometteuse.
  2. Le deuxième facteur, c’est justement le fait qu’il n’y a presque aucunes documentation facilement trouvable sur ce sujet. Bon, mes recherches n’en sont qu’au début, mais je constate que je ne suis tombé sur aucun contenu clair à mettre en oeuvre. Pourtant, je ne dois pas être le seul à me poser des questions à ce sujet…
  3. Le troisième facteur, c’est que le format des accumulateurs permet, en les assemblant en série, de choisir les plages de tension souhaitées. Ce qui sera utile si j’utilise des diodes autour de mes batteries. Pour le plomb, je n’ai trouvé que des batteries 6V, 12V, 24V… le risque en utilisant des diodes en sortie d’une batterie au plomb c’est de rendre l’électricité inutilisable facilement car les diodes provoquent des chutes de tensions.

Voilà en résumé pourquoi je suis impatient d’avancer dans mes recherches et mes expériences sur les batteries lithium !

 

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