Batterie au nickel-cadmium

Dans ce paragraphe, on va passer en revue de manière raccourcie les mêmes points que pour la batterie au plomb. La batterie au Ni-Cd, beaucoup plus chère que celle au plomb, n’est pratiquement pas utilisée pour les systèmes solaires privés mais seulement pour des applications professionnelles.

Plaques Eau Plaques Positive Négative Charge Positive Négative

2Ni= 0(OH) + Cd + 2H20 1Ni(0H)2+ Cd(0H)2

→

Décharge

3.42 + 2.10 + 0.67 = 6.19 g/Ah 3.46 + 3.73 = 6.19

L’électrolyte KOH n’apparaît pas dans la relation, il fournit seulement une petite partie de l’eau et sa densité ne varie pratiquement pas.

8.3.2.1 Caractéristique de charge

La figure 8.6 présente une courbe typique de charge à courant constant pour une cellule Ni-Cd à trois températures différentes.

Figure 8.7 Caractéristique de charge,

cellule Ni-Cd

→

On remarque que les courbes de charge varient en fonction de la température et que la fin de charge dépend également de la tempé-rature.

Ces effets rendent la conception d’un régulateur solaire difficile : en effet le courant du panneau varie avec l’ensoleillement et la forte dépendance à la température impose une compensation thermique.

Pour cette raison, les batteries au Ni-Cd sont dimensionnées de manière à tolérer un courant permanent de charge, ce qui est pos-sible si ce courant ne dépasse pas quelques pour-cent de la capacité.

8.3.2.2 Caractéristique de décharge

La caractéristique de décharge des cellules Ni-Cd varie suivant leur technologie, la température et le niveau de courant. On ne présente pas ici de courbe particulière, chaque fournisseur ayant des données différentes.

Un point important à noter est que le Ni-Cd peut être complètement déchargé, ce qui rend la présence d’un régulateur de décharge super-flu si les utilisateurs tolèrent de fonctionner jusqu’à 0 V.

Contrairement aux batteries au plomb, les batteries au Ni-Cd ont une capacité qui varie peu avec le courant de décharge : par exemple à une capacité de 102 Ah /5 h correspond une capacité de 110 Ah /100 h.

8.3.2.3 Influence de la température

On a vu que la courbe de charge (figure 8.6) est fortement influen-cée par la température. La température influence également la capa-cité (figure 8.7), mais un des principaux avantages sur le plomb est que le Ni-Cd ne gèle pas

Figure 8.8

Capacité / température, cellule Ni-Cd

8.3.2.4 Autres caractéristiques Rendement

Le rendement charge / décharge est en général plus faible que pour le plomb : calculé en Ah, il vaut en général 70 à 80 % pour les petites cellules de 0.5 à 7 Ah. Pour les éléments de grande capacité tra-vaillant à des courants de quelques pour-cent de leur capacité, le ren-dement peut atteindre 90 %.

Cyclage et durée de vie

C’est le paramètre le plus favorable du Ni-Cd : elles supportent en général 1000 cycles à 80 % de décharge, d’être stockées déchargées 3 à 5 ans et leur durée de vie atteint facilement 10 ans.

Autodécharge

Ce paramètre est beaucoup moins favorable au Ni-Cd. Leurs pertes sont en moyenne 5 à 10 fois plus élevées que celles de batteries au plomb stockées à une température équivalente.

Mise en série / parallèle, montage

Ici également, le Ni-Cd demande plus de soins : lorsqu’on monte plu-sieurs cellules de 1.2 V en série, si le système n’est pas équipé d’un régulateur coupant les utilisateurs au-dessous d’environ 1 V par cel-lule, il faut impérativement mesurer tous les éléments de batterie et appairer les capacités avant de les connecter en série. Si les éléments ne sont pas identiques, en cas de décharge totale, l’élément à plus faible capacité va devoir supporter une inversion de sa tension alors que les autres cellules peuvent encore débiter du courant : cet effet réduit rapidement la durée de vie de cet élément.

Pour la mise en parallèle, les mêmes précautions que pour le plomb doivent être observées.

Le montage de petits éléments Ni-Cd est en général plus facile grâce à leur étanchéité. Pour les grandes batteries, le bac étanche est éga-lement une bonne précaution.

Prix

Les batteries Ni-Cd sont nettement plus chères que celles au plomb : leur prix d’achat au kWh atteint environ Fr. 2000.– ; leurs durée de vie et cyclage étant comparable aux batteries blocs tubulaires, leur coût énergétique est environ le double, soit environ Fr. 1.40 / kWh. Mais les batteries Ni-Cd, supportant une décharge totale, permettent de dimensionner des systèmes à puissance photovoltaïque légèrement réduite et sans régulateur, ce qui peut partiellement compenser leur surcoût.

8.4 Régulateurs

Les régulateurs de charge de batterie au plomb pour installations autonomes photovoltaïques peuvent se caractériser en trois groupes principaux :

– les régulateurs série qui incorporent un interrupteur entre le générateur et l’accumulateur pour arrêter la charge ;

– les régulateurs shunt qui ont un interrupteur en parallèle avec le générateur pour couper la charge, ce qui impose la présence d’une diode de blocage dans le régulateur;

– les régulateurs à Maximum Power Tracker (MPT) qui utilisent un circuit spécial cherchant le point de puissance maximale du générateur pour charger l’accumulateur avec le plus grand courant possible.

A ces trois types de circuit, il faut ajouter en général un régulateur de décharge qui va empêcher une décharge profonde de la batterie en coupant les utilisateurs à une tension précise. Ce circuit sera toujours du type série.