Batteries lithium et installations hors réseau : points d’attention

Les batteries lithium présentent certaines caractéristiques qu’il est important de prendre en compte lors de la conception d’installations hors réseau, afin d’éviter tout problème. Certains installateurs ont rencontré des difficultés lors de la mise en service, et dans la plupart des cas, la seule solution a été d’augmenter la capacité de la batterie, avec le coût que cela implique. Veuillez lire attentivement ce document pour éviter ce type de problème.

1 : précharge des condensateurs internes

Afin de garantir des appareils solides et fiables, les onduleurs et régulateurs solaires studer sont équipés de grands condensateurs internes. Lors du démarrage, ces condensateurs demandent un courant de charge très élevé (supérieur à 1000 A) provenant de la batterie pendant un très court laps de temps — seulement quelques millisecondes. Les batteries au plomb supportent aisément ces pics de courant, ce qui n’a jamais posé de problème avec cette technologie ancienne mais fiable.

En revanche, les modules de batteries lithium peuvent ne pas supporter ces pics de courant, ce qui peut empêcher le démarrage du système. Pour résoudre ce problème, il est nécessaire d’augmenter le nombre de modules de batterie afin de répartir le courant entre eux.

Pour cette raison, certains fabricants de batteries lithium fournissent une liste de configuration minimale, indiquant (selon le modèle d’onduleur et le nombre d’unités) le nombre minimal de modules de batterie requis pour un fonctionnement correct.Veuillez consulter la version la plus récente de ces documents pour garantir la compatibilité.

Exemple : BYD BBox Pro 2.5 — Détail du nombre minimum de modules dans une installation hors réseau monophasée.

2 : courants de pointe limités (pompes, moteurs, etc.)

Les batteries lithium présentent d’autres caractéristiques, notamment :

• Courant de charge nominal (A)
• Courant de décharge nominal (A)
• Courant de décharge de pointe par module (A)

Les onduleurs studer sont conçus selon les plus hauts standards de qualité. L’une de leurs caractéristiques uniques est leur capacité à supporter des pointes de puissance jusqu’à trois fois leur puissance nominale.
Exemple : xth 8000-48 Puissance nominale : 7 kVA Puissance de pointe (5 s) : 21 kVA. Cette capacité est particulièrement utile dans les applications industrielles, où l’on trouve souvent des pompes, réfrigérateurs et moteurs. L’avantage de cette fonctionnalité est d’éviter le surdimensionnement inutile de l’onduleur.

Pour exploiter pleinement le potentiel du système, il est essentiel de choisir une batterie lithium capable de délivrer le courant de pointe exigé par la charge.

Exemple : Dans une application industrielle, il y a 2 pompes de 3 kVA. Le courant de pointe total demandé par ces deux pompes est de 20 kVA, et elles fonctionnent environ 2 heures par jour. On sélectionne alors l’onduleur/chargeur xth 8000-48 (puissance nominale : 7 kVA, puissance de pointe : 21 kVA). Il faut ensuite choisir entre deux modèles de batteries, afin de déterminer quelle configuration offrira les meilleures performances.

Solution : Besoins énergétiques quotidiens : 6 kVA × 2 h = 12 kWh. Si l’on décide de décharger la batterie jusqu’à 20 % de SOC, la capacité minimale de la batterie doit être d’au moins 15 kWh.

À première vue, 1 × Batterie B semble être un bon choix, car sa capacité est de 15 kWh. Mais qu’en est-il du courant de pointe ? Ces pompes peuvent demander jusqu’à 20 kVA au démarrage. Une seule Batterie B peut-elle fournir ce courant ? Malheureusement non : Courant de pointe = 20 kVA / 48 Vdc = 416 A. Cette batterie pourrait se mettre en protection à cause de cette demande de courant trop élevée.

Choix recommandé : La meilleure option dans ce cas est 3 × Batterie A. Vous disposez ainsi de 15 kWh (3 × 5 kWh) d’énergie disponible et pouvez gérer jusqu’à 600 A de courant de pointe (3 × 200 A). Une autre option serait 2 × Batterie B, mais ce n’est pas recommandé.

3 : basses températures : courant de charge réduit

Lorsqu’on parle d’une batterie lithium avec communication, le BMS contrôle et définit le courant de charge maximal. Lorsque la température de la batterie descend en dessous de 10 à 15°C (selon le fabricant), le BMS réduit fortement le courant de charge (par exemple : 0,2C). Et si la température chute en dessous de 0°C, il interdit toute charge de la batterie.

Cela signifie qu’une personne qui tente de recharger une batterie à l’aide d’un générateur, via un xtender (onduleur/chargeur Studer), pourrait voir le générateur fonctionner pendant des heures presque sans recharger la batterie. Ou encore que, par temps ensoleillé, le variotrack (régulateur de charge MPPT Studer) ne produira pas autant qu’il le pourrait. Dans les deux cas, cela est dû aux limites du BMS.

Quelle est la bonne approche pour éviter ce problème ? La solution la plus simple consiste à placer la batterie dans une pièce ayant une température minimale de 15°C durant les mois froids de l’année.

Cependant, dans une installation en montagne ou dans des environnements très froids, cette condition n’est pas toujours garantie. Dans ces cas, il faut envisager des solutions alternatives, comme des résistances chauffantes, permettant d’élever la température de la batterie avant la charge afin de tirer le meilleur parti du courant disponible.