Optimisez votre investissement : le guide essentiel des cycles de charge et de la durée de vie des batteries

Avez-vous déjà constaté que, après quelques années d'utilisation, la batterie de votre téléphone devient de moins en moins performante, passant de 100 % à la moitié de sa capacité en très peu de temps ? Ou encore, qu'après quelques années de conduite d'un véhicule électrique, son autonomie diminue sensiblement, nécessitant des recharges plus fréquentes ?

Les batteries de stockage d'énergie, qu'elles soient destinées aux grandes centrales électriques alimentant le réseau ou aux systèmes résidentiels protégeant les habitations, ne font pas exception à ce processus de « vieillissement ».

Pour les projets de stockage d'énergie commerciaux et industriels avec des investissements de plusieurs millions, ou pour les systèmes de stockage d'énergie domestiques prévus pour durer plus d'une décennie, une question cruciale se pose : combien de cycles de charge-décharge cette batterie peut-elle réellement supporter ?

Qu'est-ce que le cycle de vie ?

La durée de vie, en termes simples, correspond au nombre de cycles complets qu'une batterie peut effectuer, de la charge complète à la décharge complète, avant de « mettre hors service ».

Le terme « mise hors service » désigne ici généralement la diminution de la capacité utile d'une batterie à un certain pourcentage de sa capacité initiale, par exemple 80 % ou 70 %. Par exemple, si une batterie neuve peut stocker 10 kWh et qu'après plusieurs cycles de charge-décharge, elle ne peut plus stocker que 8 kWh, on considère qu'elle a atteint la fin de sa durée de vie, généralement autour de 80 %.

Comprendre le cycle de vie est crucial pour deux raisons :

Il calcule un « cycle de charge-décharge complet », et non simplement « le nombre de charges ».

Par exemple, charger une batterie à 50 % puis la décharger constitue un demi-cycle. La charger à nouveau à 50 % et la décharger à nouveau à 50 % complète un cycle. Si ce cycle complet de charge et de décharge, ou un débit d'énergie équivalent, se produit quotidiennement, la durée de vie indiquée correspond directement au nombre théorique d'années d'utilisation.

La définition de la « retraite » varie selon les situations.

stockage d'énergie commercial et industriel Les exigences de performance sont élevées, la durée de vie étant généralement définie par une dégradation de capacité de 80 %. Les exigences relatives au stockage d'énergie résidentiel peuvent être légèrement moins strictes, parfois jusqu'à 70 %. Cette norme détermine directement la durée de vie nominale.

Quelle est l'importance de la durée de vie du cycle ?

La durée de vie des cycles est bien plus qu'un simple paramètre technique ; elle a un impact profond sur la valeur économique et l'expérience utilisateur des systèmes de stockage d'énergie :

Pour les utilisateurs commerciaux et industriels : c'est la clé du retour sur investissement.

Le modèle économique principal du stockage d'énergie commercial et industriel repose sur l'arbitrage entre les pics et les creux de consommation : la recharge pendant les heures creuses, lorsque les prix de l'électricité sont bas, et la décharge pendant les heures de pointe, lorsque les prix sont élevés. La durée de vie du cycle détermine directement la pérennité de cette stratégie d'achat à bas prix et de revente à prix élevé.

Par exemple : une centrale de stockage d’énergie effectue un cycle complet de charge-décharge par jour.

Si une batterie au lithium fer phosphate avec une durée de vie de 6000 cycles est utilisée, elle peut théoriquement fonctionner pendant environ 16 ans (6000 cycles ÷ 365 jours ≈ 16,4 ans).

Cependant, si en utilisation réelle, des températures élevées ou un fonctionnement incorrect réduisent la durée de vie à 4000 cycles, la durée de vie théorique chute brutalement à environ 11 ans.

Cela signifie que le délai nécessaire pour amortir l'investissement et réaliser un profit est considérablement raccourci, ce qui peut même affecter la faisabilité de l'ensemble du projet.

Une durée de vie plus longue du cycle de vie signifie gagner davantage grâce aux différences de prix entre les pics et les creux tout au long de cette durée.

Pour les utilisateurs résidentiels : cela a un impact sur la tranquillité d’esprit concernant la consommation quotidienne d’électricité.

stockage d'énergie résidentiel Les utilisateurs visent l'autoconsommation, une meilleure utilisation de l'électricité verte et une alimentation de secours. La capacité des batteries diminuant avec le nombre de cycles de charge/décharge, la conséquence la plus directe est une réduction de leur capacité de stockage d'énergie.

Par exemple, un nouveau système peut stocker 10 kWh, suffisant pour les besoins en électricité nocturnes. Après quelques années, sa capacité réduite à seulement 7 kWh, elle risque de ne plus suffire à couvrir l'ensemble des besoins nocturnes, obligeant à acheter de l'électricité supplémentaire sur le réseau et réduisant ainsi l'autonomie et la rentabilité. Cette dégradation de la capacité se traduit également par une autonomie plus courte en cas de coupure de courant.

Relation fondamentale : Durée de vie du cycle et coût actualisé de l'énergie (LCOE).

Il s'agit de la référence absolue pour évaluer la rentabilité du stockage d'énergie. En termes simples, le LCOE correspond au coût moyen de l'énergie produite sur toute la durée de vie du système de batteries (coût de l'équipement + installation, maintenance + coût de remplacement) pour la quantité totale d'électricité qu'il peut fournir.

De toute évidence, plus la durée de vie du cycle est longue, plus la batterie peut libérer d'électricité et plus le coût moyen par kWh est faible.

Une batterie d'une durée de vie de 10 000 cycles possède généralement une capacité de décharge totale deux fois supérieure à celle d'une batterie d'une durée de vie de 5 000 cycles. Même si son prix d'achat initial est légèrement plus élevé, son coût par kilowattheure peut être inférieur, ce qui la rend plus rentable à long terme.

Des batteries différentes, des durées de vie différentes

Le batterie de stockage d'énergie La famille comprend de nombreux membres, chacun ayant des cycles de vie très différents, ce qui nécessite une sélection sur mesure :

Batteries au lithium fer phosphate (LFP) : Actuellement, les batteries sont le choix privilégié pour le stockage d'énergie industriel, commercial et résidentiel. Leur principal atout réside dans leur durée de vie exceptionnellement longue, dépassant généralement 3 000 cycles, voire 8 000 à 10 000 cycles pour les modèles haut de gamme. Associée à une sécurité optimale et à un coût relativement faible, cette caractéristique en fait la solution idéale pour les applications exigeant un fonctionnement stable sur le long terme et des cycles de charge-décharge à haute fréquence (comme l'arbitrage quotidien entre les pics et les creux de consommation dans le stockage d'énergie industriel et commercial).

Batteries au lithium ternaires : Leur densité énergétique plus élevée leur permet de stocker davantage d'énergie à volume ou poids égal, ce qui les rend souvent utiles dans les applications où l'espace et le poids sont des facteurs critiques (comme les véhicules électriques et certains systèmes de stockage d'énergie résidentiels haut de gamme). Cependant, leur durée de vie est généralement inférieure à celle des batteries lithium-polymère (LFP), se situant généralement entre 1 000 et 3 000 cycles. De ce fait, elles sont relativement moins compétitives pour le stockage d'énergie stationnaire, qui exige une longue durée de vie et un nombre élevé de cycles.

Batteries au plomb-acide : Une technologie traditionnelle, la moins coûteuse, mais présentant des inconvénients majeurs : une durée de vie très courte, généralement de 300 à 500 cycles. Cela implique des remplacements fréquents de la batterie, ce qui est non seulement contraignant, mais aussi onéreux à long terme. Elles sont rapidement remplacées par batteries au lithium dans le stockage stationnaire d'énergie, principalement utilisé dans des scénarios de secours spécifiques ou sensibles aux coûts.

Batteries à flux : Les batteries redox à flux de vanadium, comme les batteries redox à flux entièrement au vanadium, sont des candidates prometteuses pour le stockage d'énergie à long terme (plus de 4 heures). Leur principal atout réside dans leur durée de vie extrêmement longue, dépassant généralement les 10 000 cycles, voire les 15 000. Leur principe repose sur le stockage des matériaux actifs dans un réservoir d'électrolyte externe, minimisant ainsi l'usure des électrodes lors des cycles de charge et de décharge. Cependant, leurs inconvénients sont également notables : faible densité énergétique (nécessitant un système volumineux), coût initial élevé et complexité du système. Elles sont davantage adaptées aux besoins de stockage d'énergie à grande échelle et à très long terme pour le réseau électrique.