Les deux principales technologies de batteries utilisées dans les projets solaires avec stockage présentent chacune des avantages et des inconvénients. Les batteries au plomb-acide existent depuis bien plus longtemps et sont plus faciles à comprendre, mais leur capacité de stockage est limitée.Batterie lithium-ionIls ont une durée de vie plus longue et sont plus légers, mais sont intrinsèquement plus chers.

Les installations de stockage d'énergie sont généralement composées d'un seul type de batterie, comme ici avec LG Chem. Photo courtoisie de GreenBrilliance

Est-il possible de combiner les avantages de chaque technologie chimique pour créer un banc de batteries haute capacité et économique ?

Faut-il démonter son parc de batteries au plomb pour pouvoir utiliser une nouvelle batterie lithium-ion ? Peut-on ajouter des batteries au plomb moins chères à son système lithium pour atteindre une certaine capacité en kilowattheures ?

Toutes les questions importantes auxquelles il est difficile de répondre précisément : cela dépend. Il est plus simple et moins risqué de s’en tenir à une seule chimie, mais il existe des solutions alternatives.

Gordon Gunn, ingénieur électricien chez Freedom Solar Power au Texas, a déclaré qu'il est probablement possible de connecter des batteries au plomb et au lithium, mais uniquement par couplage en courant alternatif.

« Il est absolument impossible de brancher des batteries au plomb et au lithium sur le même bus CC », a-t-il déclaré. « Au mieux, cela détruirait les batteries, et au pire… un incendie ? Une explosion ? Une distorsion de l’espace-temps ? Je n’en sais rien. »

K. Fred Wehmeyer, vice-président principal de l'ingénierie chez US Battery Manufacturing Co., une entreprise spécialisée dans les batteries au plomb-acide, a fourni des explications supplémentaires.

« C'est faisable, mais ce ne serait pas aussi simple que d'ajouter des batteries au plomb à un système de batteries au lithium. Les deux systèmes fonctionneraient essentiellement de manière indépendante », a expliqué Wehmeyer. « Le système de batteries au lithium devrait toujours être contrôlé par son propre système de gestion de batterie (BMS), avec son propre chargeur et son propre régulateur de charge. Le système de batteries au plomb aurait besoin de son propre chargeur et/ou régulateur de charge, mais pas de BMS. Les deux systèmes pourraient alimenter des charges équivalentes en parallèle, mais un système de contrôle serait nécessaire pour répartir la charge entre les deux technologies en toute sécurité. »

Troy Daniels, responsable des services techniques chez SimpliPhi Power, fabricant de batteries LFP, ne recommande pas de mélanger des batteries de même chimie, et encore moins des batteries de chimie différente, dans un même système, mais il reconnaît que cela est possible.

« On pourrait envisager deux systèmes isolés (chargeur et onduleur) partageant une charge commune, voire répartissant les besoins en électricité », a-t-il expliqué. « Un commutateur de transfert pourrait également être utilisé ; toutefois, cela signifierait qu’un seul ensemble de batteries (ou une seule chimie de batterie) pourrait se charger ou se décharger à la fois, et la commutation devrait probablement être manuelle. »

La séparation des charges et la mise en place de deux systèmes constituent souvent une tâche plus complexe que beaucoup ne le souhaitent.

« Chez Freedom Solar, nous n'avons pas utilisé de système hybride lithium/plomb-acide car cela représenterait un investissement important, et nous privilégions la simplicité pour nos installations de batteries en utilisant une seule chimie et un seul produit », a déclaré Josh Meade, ingénieur et responsable de la conception.

Une entreprise s'efforce de simplifier l'association de ces deux technologies. Goal Zero, fabricant de solutions d'alimentation portables, propose la station d'alimentation portable Yeti, à base de lithium, idéale pour une alimentation de secours partielle à domicile. La Yeti 3000 est une batterie lithium NMC de 3 kWh et de 32 kg (70 lb) pouvant alimenter quatre circuits. Pour une puissance supérieure, Goal Zero propose le module d'extension Yeti Link, permettant l'ajout de batteries d'extension au plomb. En effet, la batterie lithium Yeti est compatible avec les batteries au plomb.

« Notre réservoir d'extension est une batterie au plomb à cycle mystérieux. Cela permet d'utiliser l'électronique du Yeti [système au lithium] tout en augmentant la capacité de la batterie », explique Bill Harmon, directeur général de Goal Zero. « Avec une capacité de 1,25 kWh chacune, vous pouvez ajouter autant de batteries au plomb que vous le souhaitez. Le client n'a qu'à les brancher. Vous bénéficiez ainsi de la portabilité de la batterie au lithium et du faible coût des batteries au plomb à domicile. »

Les principaux problèmes rencontrés lors de la connexion de batteries lithium et plomb-acide résident dans leurs tensions, profils de charge et limites de charge/décharge différents. Si les batteries ont des tensions différentes ou se déchargent à des vitesses incompatibles, le courant passera rapidement de l'une à l'autre. Ce courant élevé engendrera des problèmes de surchauffe et réduira l'efficacité du cycle de charge/décharge.

Goal Zero gère cette situation grâce à son dispositif Yeti Link. Yeti Link est un système sophistiqué de gestion de batterie conçu pour la batterie au lithium Yeti d'origine, qui gère les tensions et la charge en fonction de la chimie des différentes batteries.

« Yeti Link régule le transfert d'énergie entre les batteries », a expliqué Harmon. « Nous assurons une protection optimale, de sorte que la batterie au lithium ignore même qu'elle est associée à une batterie au plomb. »

La Yeti 3000 est peut-être plus petite que les batteries lithium domestiques classiques (les modèles LG Chem, Tesla et Sonnets offrent généralement une capacité d'au moins 9,8 kWh), mais c'est justement ce qui fait son charme, explique Harmon. Et si l'on peut atteindre cette capacité de 9 kWh avec des batteries au plomb moins chères et emporter la batterie lithium avec soi en camping ou lors de pique-niques, pourquoi pas ?

« Notre système s'adresse à tous ceux qui n'ont pas 15 000 $ à investir dans une installation de stockage d'énergie. Une fois l'installation terminée, il ne me restera plus qu'un dispositif installé de façon permanente chez moi », a déclaré Harmon. « Yeti est destiné à ceux qui sont soucieux de leurs dépenses. Notre système coûte 3 500 $ installation comprise. »

Goal Zero en est à sa cinquième génération de produits et a donc pleinement confiance dans ses solutions combinant lithium et plomb. Cependant, pour ceux qui préfèrent éviter de mélanger directement les technologies de batteries, il est possible d'installer deux systèmes isolés et indépendants au sein d'une même entreprise ou d'un même foyer, à condition que l'installation soit effectuée par un électricien qualifié.

« Une méthode plus simple et plus sûre pour ajouter de la capacité de stockage à moindre coût à un système lithium existant consiste à répartir les charges entre les deux systèmes de batteries », a déclaré M. Wehmeyer de US Battery. « Dans tous les cas, l’opération doit être effectuée par un professionnel qualifié afin de garantir la sécurité. »