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Master : Rechercher & développement en
physico-chimie de l’état solide
Présenté par :
- BELARBI Fatima
- FATIH Anas
Année universitaire : 2022/2023
Encadré par :
- Monsieur : SAADOUNE Ismael
Plan
4
conclusion
3
Les batteries
au Pb dans un
système
photovoltaique
1
introduction
2
Batterie
polmb-
acide
Introduction
 Une batterie d'accumulateurs ou généralement une batterie, est un ensemble d'accumulateurs
électriques reliés entre eux de façon à créer un générateur de courant continu dans le but de stocker
et accumuler l’énergie électrique pour la restituer .
 C’est un dispositif composé d’une ou plusieurs cellules électrochimiques avec des connexions
externes qui permettent d’alimenter des dispositifs électriques.
Les batteries Plomb-acide
 Une batterie au plomb est un ensemble d’accumulateurs au plomb-acide sulfurique raccordés en
série, afin d'obtenir la tension désirée, et réunis dans un même boîtier.
 Ces éléments sont constitués de plaques positives et négatives, assemblées en alternance.
 Le nombre de plaques de chaque polarité, leur surface, ainsi que la quantité d’acide disponible dans
l’électrolyte sont des paramètres qui définissent la capacité de l’élément.
Historique des batteries plomb-acide
1854 1859 2011
Wilhelm
Josef
Sinsteden
la fabrication du premier accumulateur
rechargeable par Gaston Planté. Il
comporte deux feuilles de plomb roulées
en spirale, séparées par une toile de lin et
plongées dans un bac contenant une
solution d’acide sulfurique
Des chercheurs de l’université
d'Helsinki sont parvenus pour la
première fois à reproduire
correctement la tension nominale
de 2,1V. V
Importance des accumulateurs au Plomb
Marché mondial des batteries d'accumulateurs au plomb
Domaines d’utilisation
 Elles sont les plus répandues dans le domaine de l’automobile grâce à leur prix relativement bas et leur
bonne capacité de décharge.
 les batteries plomb-acide restent les batteries les plus utilisées au sein des systèmes photovoltaïque
 Les batteries au plomb servent à alimenter toutes sortes de machines électriques, les équipements de
sécurité et de mise en service ainsi que les éclairages de secours dans la plupart des trains.
Fonctionnement de base
L’accumulateur plomb-acide à pleine charge est constitué de deux électrodes, la cathode en dioxyde de
plomb (PbO2) et l’anode en plomb (Pb), plongées dans une solution d’acide sulfurique (H2SO4),
l’électrolyte.
 A l’électrode négative, lors de la décharge, le plomb Pb est oxydé en Pb(II+), également sous
forme de sulfate de plomb:
 A l’électrode positive : le plomb Pb(IV+) du dioxyde plomb est réduit à l’état Pb(II+) dans le
sulfate de plomb:
- Robustesse
- Faible coût, production de masse,
recyclage facile
- Autodécharge très lente
- Nombreuses variantes
technologiques permettant
l’adaptation à tous les usages
Avantages
- Energie massique relativement
faible .
- Puissance massique
relativement faible, surtout en
charge.
- Le volume d’électrolyte limite la
capacité
Inconvénients
Les batteries Plomb-Acide dans
un système photovoltaïque
Introduction
La production d’énergie par les systèmes photovoltaïques est très fluctuante et dépend
énormément des conditions météorologiques. C’est pourquoi il faudra penser à stocker cette énergie pour la
restituer pendant la nuit et les jours "sans soleil" et pour mieux adapter le générateur PV en fixant la
tension du système. Dans le présent travail une étude théorique sur l’énergie solaire photovoltaïque, ainsi
que le système de stockage de cette dernière à savoir le stockage électrochimique à l’aide de batteries
d’accumulateurs.
Système photovoltaïque
Un système photovoltaïque autonome se compose de quatre
éléments :
 un champ de panneaux photovoltaïques
 un système de stockage de l'électricité
 un régulateur
 un onduleur (si la puissance est supérieure à 1kW)
L’énergie électrique est fournie par les panneaux photovoltaïques. Elle est ensuite dirigée vers le système de
stockage ou vers l'utilisateur, directement ou via l'onduleur. Le régulateur permet de gérer les échanges
d'énergie entre les panneaux photovoltaïques, le Système de stockage et l’utilisation.
Matériaux utilisés
Les notions de base
Angle d’incidence:
C’est l’angle formé par les
rayons du soleil et le plan
du module photovoltaïque
L’angle d’inclinaison:
C’est l’angle formé par le
plan du sol et le plan de
module photovoltaïque
• Les conditions standards : 1000 W/𝒎𝟐
25 °C
Technologies d’accumulateurs :
Le choix de la technologie d’accumulateur va dépendre du cout d’investissement (en €/kWh
et en €/kW) et de la durée de vie des batteries dans les conditions de fonctionnement correspondent à
l’application choisie. Les couts de chaque technologie tandis que la durée de vie et les rendements
Composition d'une batterie solaire Plomb- Acide
1 : Grille
2 : Séparateur
3 : Plaque positive
4 : Plaque négative
5 : Barrette
Ces batteries sont composées de plusieurs plaques de Plomb dans une solution d'acide sulfurique.
La plaque consiste en une grille d'alliage de Plomb avec une pâte d'oxyde de Plomb marquetée
sur la grille. La solution acide sulfurique et l’eau est appelée électrolyte
6 : Faisceau négatif
7 : Élément complet
8 : Pont
9 : Rampe de bouchons
10 : Borne
11 : Bac
Conditions de fonctionnement des batteries dans les systèmes Photovoltaïques
 Une étude des conditions de fonctionnement des batteries dans les systèmes photovoltaïques
a été faite par Sauer et al.
• les différentes exigences d’une batterie dans un système photovoltaïque :
• Une comparaison de différentes technologies de batteries qui peuvent être utilisées dans les systèmes
photovoltaïques a été aussi réalisée. Ces systèmes peuvent être classés en plusieurs catégories.
La compréhension de ces conditions et des dégradations engendrées est nécessaire pour pouvoir élaborer des
stratégies de charge et décharge.
une bonne efficacité énergétique une faible autodécharge un faible coût une faible maintenance
une bonne durée de vie. Sauer montre que les conditions photovoltaïques sont pénalisantes pour l’accumulateur.
Conditions environnementales
 Ces conditions consistent essentiellement en la température ambiante et l’humidité
La Température
T : une solidification de l’électrolyte qui
pourrait casser le bac et endommager la
batterie
T : accélèrent les phénomènes
d’autodécharge et augmentent également
la part des réactions parasites en fin de
charge diminution de la durée de
vie
L’humidité
elle augmente la
corrosion des collecteurs de courant, ce
qui augmente la résistance interne de la
batterie et entraîne une recharge non
optimale par un système photovoltaïque
Pour limiter l’influence des conditions environnementales, il est nécessaire d’installer la
batterie dans un local adapté permettant d’éviter les températures extrêmes et l’humidité
tout en permettant la dissipation de la chaleur.
Inhomogénéité entre les cellules
un comportement hétérogène
qui influencerait la durée de
vie de la batterie totale
un niveau d’électrolyte trop bas peut conduire à un
dénoyage des électrodes ce qui entraîne une formation
de monoxyde de plomb en haut des électrodes
négatives
 De plus, quel que soit le type de la batterie, il faut vérifier régulièrement le serrage et
la propreté des connections.
Le vieillissement des batteries au plomb/acide dans les systèmes PV
Est surtout causé par :
 La corrosion de la plaque positive : transformation du plomb métallique Pb en oxyde de plomb PbOx.
 La dégradation de la matière active de la plaque positive causée par la déformation mécanique de
cette dernière (PbO2 ↔ PbSO4) durant les cycles de charge et de décharge.
 La sulfatation - recristallisation du PbSO4 durant les longues périodes en sous-charge ou l’état de
charge est faible
 Dans un système photovoltaïque, la caractérisation de l’équipement de stockage présente
de grandes difficultés. La grande diversité des batteries et le nombre de paramètres qui interviennent
font que l’on ne peut donner qu’une représentation empirique du comportement dynamique des
batteries.
 Les éléments au Plomb ont des caractéristiques énergétiques et de puissance moyennes. Ils ont une
bonne durée de vie et une bonne fiabilité. En raison de leur coût relativement faible et de leur large
disponibilité, ils sont les plus utilisés. Le but de cette étude est la connaissance précise des
principaux indices et paramètres influençant le fonctionnement des batteries, en tant que réserve
d’énergie pour les implantations solaires.
Conclusion
Références
● Bencherif Mohammed, Modélisation des paramètres d’une batterie
Plomb-Acide, et son intégration dans un système photovoltaïque
autonome, Mémoire de Master en Physique, République
Algérienne démocratique et populaire, 2015,72.
● FREDERIC COUPAN, Stockage pour les énergies renouvelables :
évaluation et modélisation de la batterie plomb-acide, Thèse de
doctorat,université de Guyane,2017,352.
● https://www.techniques-ingenieur.fr/base-documentaire/energies-
th4/accumulateurs-d-energie-42243210/accumulateurs-
d3352/constitution-d-un-accumulateur-au-plomb-
d3352niv10001.html#:~:text=Un%20accumulateur%20au%20plom
b%20est,24%20V%20et%20au%2Ddel%C3%A0.
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  • 1. Master : Rechercher & développement en physico-chimie de l’état solide Présenté par : - BELARBI Fatima - FATIH Anas Année universitaire : 2022/2023 Encadré par : - Monsieur : SAADOUNE Ismael
  • 2. Plan 4 conclusion 3 Les batteries au Pb dans un système photovoltaique 1 introduction 2 Batterie polmb- acide
  • 4.  Une batterie d'accumulateurs ou généralement une batterie, est un ensemble d'accumulateurs électriques reliés entre eux de façon à créer un générateur de courant continu dans le but de stocker et accumuler l’énergie électrique pour la restituer .  C’est un dispositif composé d’une ou plusieurs cellules électrochimiques avec des connexions externes qui permettent d’alimenter des dispositifs électriques.
  • 6.  Une batterie au plomb est un ensemble d’accumulateurs au plomb-acide sulfurique raccordés en série, afin d'obtenir la tension désirée, et réunis dans un même boîtier.  Ces éléments sont constitués de plaques positives et négatives, assemblées en alternance.  Le nombre de plaques de chaque polarité, leur surface, ainsi que la quantité d’acide disponible dans l’électrolyte sont des paramètres qui définissent la capacité de l’élément.
  • 7. Historique des batteries plomb-acide 1854 1859 2011 Wilhelm Josef Sinsteden la fabrication du premier accumulateur rechargeable par Gaston Planté. Il comporte deux feuilles de plomb roulées en spirale, séparées par une toile de lin et plongées dans un bac contenant une solution d’acide sulfurique Des chercheurs de l’université d'Helsinki sont parvenus pour la première fois à reproduire correctement la tension nominale de 2,1V. V
  • 8. Importance des accumulateurs au Plomb Marché mondial des batteries d'accumulateurs au plomb
  • 9. Domaines d’utilisation  Elles sont les plus répandues dans le domaine de l’automobile grâce à leur prix relativement bas et leur bonne capacité de décharge.  les batteries plomb-acide restent les batteries les plus utilisées au sein des systèmes photovoltaïque  Les batteries au plomb servent à alimenter toutes sortes de machines électriques, les équipements de sécurité et de mise en service ainsi que les éclairages de secours dans la plupart des trains.
  • 10. Fonctionnement de base L’accumulateur plomb-acide à pleine charge est constitué de deux électrodes, la cathode en dioxyde de plomb (PbO2) et l’anode en plomb (Pb), plongées dans une solution d’acide sulfurique (H2SO4), l’électrolyte.
  • 11.  A l’électrode négative, lors de la décharge, le plomb Pb est oxydé en Pb(II+), également sous forme de sulfate de plomb:  A l’électrode positive : le plomb Pb(IV+) du dioxyde plomb est réduit à l’état Pb(II+) dans le sulfate de plomb:
  • 12. - Robustesse - Faible coût, production de masse, recyclage facile - Autodécharge très lente - Nombreuses variantes technologiques permettant l’adaptation à tous les usages Avantages - Energie massique relativement faible . - Puissance massique relativement faible, surtout en charge. - Le volume d’électrolyte limite la capacité Inconvénients
  • 13. Les batteries Plomb-Acide dans un système photovoltaïque
  • 14. Introduction La production d’énergie par les systèmes photovoltaïques est très fluctuante et dépend énormément des conditions météorologiques. C’est pourquoi il faudra penser à stocker cette énergie pour la restituer pendant la nuit et les jours "sans soleil" et pour mieux adapter le générateur PV en fixant la tension du système. Dans le présent travail une étude théorique sur l’énergie solaire photovoltaïque, ainsi que le système de stockage de cette dernière à savoir le stockage électrochimique à l’aide de batteries d’accumulateurs.
  • 15. Système photovoltaïque Un système photovoltaïque autonome se compose de quatre éléments :  un champ de panneaux photovoltaïques  un système de stockage de l'électricité  un régulateur  un onduleur (si la puissance est supérieure à 1kW) L’énergie électrique est fournie par les panneaux photovoltaïques. Elle est ensuite dirigée vers le système de stockage ou vers l'utilisateur, directement ou via l'onduleur. Le régulateur permet de gérer les échanges d'énergie entre les panneaux photovoltaïques, le Système de stockage et l’utilisation.
  • 17. Les notions de base Angle d’incidence: C’est l’angle formé par les rayons du soleil et le plan du module photovoltaïque L’angle d’inclinaison: C’est l’angle formé par le plan du sol et le plan de module photovoltaïque
  • 18. • Les conditions standards : 1000 W/𝒎𝟐 25 °C
  • 19. Technologies d’accumulateurs : Le choix de la technologie d’accumulateur va dépendre du cout d’investissement (en €/kWh et en €/kW) et de la durée de vie des batteries dans les conditions de fonctionnement correspondent à l’application choisie. Les couts de chaque technologie tandis que la durée de vie et les rendements
  • 20. Composition d'une batterie solaire Plomb- Acide 1 : Grille 2 : Séparateur 3 : Plaque positive 4 : Plaque négative 5 : Barrette Ces batteries sont composées de plusieurs plaques de Plomb dans une solution d'acide sulfurique. La plaque consiste en une grille d'alliage de Plomb avec une pâte d'oxyde de Plomb marquetée sur la grille. La solution acide sulfurique et l’eau est appelée électrolyte 6 : Faisceau négatif 7 : Élément complet 8 : Pont 9 : Rampe de bouchons 10 : Borne 11 : Bac
  • 21. Conditions de fonctionnement des batteries dans les systèmes Photovoltaïques  Une étude des conditions de fonctionnement des batteries dans les systèmes photovoltaïques a été faite par Sauer et al. • les différentes exigences d’une batterie dans un système photovoltaïque : • Une comparaison de différentes technologies de batteries qui peuvent être utilisées dans les systèmes photovoltaïques a été aussi réalisée. Ces systèmes peuvent être classés en plusieurs catégories. La compréhension de ces conditions et des dégradations engendrées est nécessaire pour pouvoir élaborer des stratégies de charge et décharge. une bonne efficacité énergétique une faible autodécharge un faible coût une faible maintenance une bonne durée de vie. Sauer montre que les conditions photovoltaïques sont pénalisantes pour l’accumulateur.
  • 22. Conditions environnementales  Ces conditions consistent essentiellement en la température ambiante et l’humidité La Température T : une solidification de l’électrolyte qui pourrait casser le bac et endommager la batterie T : accélèrent les phénomènes d’autodécharge et augmentent également la part des réactions parasites en fin de charge diminution de la durée de vie L’humidité elle augmente la corrosion des collecteurs de courant, ce qui augmente la résistance interne de la batterie et entraîne une recharge non optimale par un système photovoltaïque Pour limiter l’influence des conditions environnementales, il est nécessaire d’installer la batterie dans un local adapté permettant d’éviter les températures extrêmes et l’humidité tout en permettant la dissipation de la chaleur.
  • 23. Inhomogénéité entre les cellules un comportement hétérogène qui influencerait la durée de vie de la batterie totale un niveau d’électrolyte trop bas peut conduire à un dénoyage des électrodes ce qui entraîne une formation de monoxyde de plomb en haut des électrodes négatives  De plus, quel que soit le type de la batterie, il faut vérifier régulièrement le serrage et la propreté des connections.
  • 24. Le vieillissement des batteries au plomb/acide dans les systèmes PV Est surtout causé par :  La corrosion de la plaque positive : transformation du plomb métallique Pb en oxyde de plomb PbOx.  La dégradation de la matière active de la plaque positive causée par la déformation mécanique de cette dernière (PbO2 ↔ PbSO4) durant les cycles de charge et de décharge.  La sulfatation - recristallisation du PbSO4 durant les longues périodes en sous-charge ou l’état de charge est faible
  • 25.  Dans un système photovoltaïque, la caractérisation de l’équipement de stockage présente de grandes difficultés. La grande diversité des batteries et le nombre de paramètres qui interviennent font que l’on ne peut donner qu’une représentation empirique du comportement dynamique des batteries.  Les éléments au Plomb ont des caractéristiques énergétiques et de puissance moyennes. Ils ont une bonne durée de vie et une bonne fiabilité. En raison de leur coût relativement faible et de leur large disponibilité, ils sont les plus utilisés. Le but de cette étude est la connaissance précise des principaux indices et paramètres influençant le fonctionnement des batteries, en tant que réserve d’énergie pour les implantations solaires. Conclusion
  • 26. Références ● Bencherif Mohammed, Modélisation des paramètres d’une batterie Plomb-Acide, et son intégration dans un système photovoltaïque autonome, Mémoire de Master en Physique, République Algérienne démocratique et populaire, 2015,72. ● FREDERIC COUPAN, Stockage pour les énergies renouvelables : évaluation et modélisation de la batterie plomb-acide, Thèse de doctorat,université de Guyane,2017,352. ● https://www.techniques-ingenieur.fr/base-documentaire/energies- th4/accumulateurs-d-energie-42243210/accumulateurs- d3352/constitution-d-un-accumulateur-au-plomb- d3352niv10001.html#:~:text=Un%20accumulateur%20au%20plom b%20est,24%20V%20et%20au%2Ddel%C3%A0.