L'objectif de cette page est de comparer l'utilisation de batteries Lithium-Fer-Phosphate Hautes Performances (LFP-HP) par rapport à des batteries plomb acide de technologie AGM.
Pour cette étude le pack LFP-HP considéré est composé d'un OlenPack LV 48V 5kWh. Le pack ainsi formé possède les caractéristiques suivantes :
Pour cette étude le pack AGM considéré est composé de deux batteries Ultracell UCG275-12V associées en série. Le pack batterie ainsi formé possède les caractéristiques suivantes :
L'étude comparative portera sur 6 points de comparaisons définis comme pertinant pour une installation de stockage d'énergie.
Pour nos calculs nous allons nous baser sur la puissance disponible pouvant être utilisée sur l'entrée en courant continu d'un Multiplus-II 3kVA. Cette puissance est de 3kVA soit 3.3kW en prenant un rendement de conversion de 0.9 et un facteur de puissence de 1.
Pour le pack Lithium-LFP-HP, la tension nominale est de 52VDC, le fonctionnement à une puissance de 3.3kW nécéssite un courant de sollicitation de 63.5A (3300W/52VDC=63.5A). Ramené à la capacité de stockage de la batterie ce courant correspond à un de 0.7C (63.5A/96Ah=0.7C).
La capacité de stockage de 96Ah étant définie pour le pack LFP-HP à un de 1C, pour un régime de fonctionnement de 0.7C il est donc possible de récupérer la totalité de la capacité annoncée. En prenant en compte la tension nominale de fonctionnement de 52VDC, l'énergie utile récupérable est de 5kWh.
Ainsi pour un fonctionnement à une puissance de 3.3kW continue, l'autonomie estimée est de 1 heure et 30 minutes.
Pour la pack AGM, la tension nominale est de 24VDC, le fonctionnement à une puissance de 3.3kW nécéssite un courant de sollicitation de 137.5A (3300W/24VDC=137.5A). Ramené à la capacité de stockage de la batterie ce courant correspond à un de 0.5C (137.5A/275Ah=0.5C).
La capacité de stockage de 275Ah étant définie pour le pack AGM à un de C/20, pour un régime de fonctionnement de 0.5C il est possible de récupérer uniquement 30% de la capacité annoncée. La capacité utile est donc de 82.5Ah. En prenant en compte la tension nominale de fonctionnement de 24VDC l'énergie utile récupérable est de 1.98 kWh.
Ainsi pour un fonctionnement à une puissance de 3.3kW continue, l'autonomie estimée est de 36 minutes.
| Pack Lithium LFP-HP | Pack AGM | |
|---|---|---|
| Courant (A) | 63.5 A | 137.5 A |
| Crate | 0.7C | 0.5C |
| Capacité utile @Crate | 96Ah @0.7C | 82.5Ah @0.5C |
| Autonomie @Pmax | 1 h 30 min | 36 minutes |
Couplé au Multiplus, la batterie OlenPack LV permettra de restituer 3 fois plus d'énergie que la batterie AGM malgrès sa capacité annoncée moins important (5kWh contre 6.6 kWh).
En réalité, l’installation ne fonctionne jamais en continu à sa puissance maximale de fonctionnement. Afin d’estimer une autonomie plus réaliste, nous allons émettre les hypothèses suivantes :
Ces hypothèses ne sont utilisées cas titre d'exemple.
Avec une énergie utile de 5kWh @3.3kW le pack Lithium LFP-HP peut alimenter, à lui seul, votre installation pendant plus de deux jours (2 jours et 4 heures).
Avec une énergie utile de 1.98kWh @3.3kW le pack AGM ne suffit pas à alimenter, à lui seul, votre
installation (autonomie de 20 heures et 36 minutes).
| Pack Lithium LFP-HP | Pack AGM | |
|---|---|---|
| Autonomie réelle | 2 jours et 4 heures | 20 heures et 36 minutes |
Couplée au Multiplus et pour une consommation quotidienne de 2.3 kWh, la batterie OlenPack LV permettra d'optenir une autonomie énergétique supérieure à 2 jours soit 2.5 fois plus que la batterie AGM.
Pour nos calculs nous allons effectuer les hypothèses suivantes :
Nos packs Lithium-LFP-HP sont en capacité de fournir la totalité de leurs capacités utile de 5kWh@1C pendant un minimum de 4000 cycles de charge décharge dans des conditions d’utilisations normales.
À raison d’un cycle par jour, il sera nécessaire à vos clients de changer les batteries lithium tous les 11 ans afin de conserver la même qualité de service.
Les packs batteries AGM étant utilisés à des régimes de fonctionnement moyen à forts (de 0.2C à 1C) peuvent restituer leur capacité utile initiale sur un maximum de 400 cycles de charge décharge.
À raison d’un cycle par jour, il sera nécessaire à vos clients de changer les batteries AGM tous les ans afin de conserver la même qualité de service.
| Pack Lithium LFP-HP | Pack AGM | |
|---|---|---|
| Nombre de cycle @3.3kWh | Min 4000 | Max 400 |
| Durée de vie | Environ 11 ans | Environ 1 an |
Couplée au Multiplus et à raison d'un cycle de charge/décharge quotidien la batterie OlenPack LV aura une durée de vie supérieure à 10 ans dans des conditions optimales de fonctionnement. La batterie AGM devra quant à elle être remplacée tous les ans pour conserver la même qualité de service.
L'étude de l'intégration des packs batteries sera évalué sur trois critères principaux : l'encombrement, le poids et l'impact sur l'installation électrique générale.
Partie 1 - Étude de l'encombrement
Pour effectuer nos calculs, nous nous sommes basés sur les hypothèses suivantes :
Le pack Lithium-LFP-HP composé d’une batterie OlenPack LV 5kWh occupe un volume de 0.026 m^3 soit 26L. Il est également important de noter que ces batteries ont été conçues pour être facilement intégrées dans des baies informatiques. L’empreinte au sol peut être alors limitée en fonction de l’intégration mécanique choisie.
Le pack AGM composé de deux batteries Ultracell UCG275-12V occupe un volume minimal de 0.060m^3 soit 60L. Il est important de noter que l’encombrement lié à ce pack peut fortement varier en fonction des contraintes d’intégration mécanique.
| Pack Lithium LFP-HP | Pack AGM | |
|---|---|---|
| Dimensions | 619 x 482 x 88 mm | 2 x [522 x 268 x 220 mm] |
| Volume | 26L | 2 x 30L = 60L |
Pour conclure sur l’encombrement des packs batteries, le rapport entre les deux volumes occupés est de 2,3. Ce volume augmente de manière significative si l’on souhaite avoir la même énergie utile. Dans ce cas le ratio passe à 7 car il est nécessaire d’installer 3 fois plus de packs AGM que de pack Lithium-LFP-HP pour obtenir la même énergie utile permettant de garantir une qualité de service similaire.
Partie 2 - Étude du poids
Pour nos calculs nous allons utiliser des données fournies par les fabricants de batteries.
Le poids d’un OlenPack LV est de 45kg. Le pack Lithium-LFP-HP pèse alors 45kg.
Le poids d’une seule batterie UCG275-12V est de 76.8kg. Le pack batterie AGM pèse alors 153.6 kg.
| Pack Lithium LFP-HP | Pack AGM | |
|---|---|---|
| Poids | 45kg | 2 x 76.8kg = 153.6kg |
Pour conclure sur les résultats de ce paragraphe le rapport de poids entre les packs étudiés est légèrement supérieur à 1/3 en faveur du pack Lithium-LFP-HP. Comme pour l’encombrement, à énergie équivalente ce rapport passe à 1/9. Cela signifie que pour la même capacité utile le pack batterie AGM pèse près de 9 fois plus lourd que le pack batterie Lithium-LFP.
Partie 3 - Impacts sur l'installation électrique générale
Bien que l’architecture générale de l’installation électrique reste identique quel que soit le pack batterie utilisée, le choix des batteries peut fortement impacter les caractéristiques de votre installation ainsi que son coût.
En effet, deux caractéristiques principales sont à prendre en compte lors du dimensionnement d’une installation électrique : la tension nominale de fonctionnement ainsi que le courant de sollicitation des différents conducteurs formant l’installation.
Pour la tension nominale de fonctionnement les deux packs batteries étudiées reste dans le domaine de la très basse tension (TBT). Par conséquent aucune protection ou formation supplémentaires n’est requise pour prévenir les risques liés à la moyenne et haute tension sur l’installation électrique des deux packs batteries.
Les divergences proviennent principalement du courant de sollicitation liée à la différence de tension nominale de fonctionnement entre les deux packs. En effet, à puissance égale, une tension nominale de fonctionnement de 48VDC permet de diviser par deux le courant de sollicitation par rapport à un système fonctionnant avec une tension nominale de 24VDC. Cette réduction de courant permet de réduire la taille des conducteurs ce qui diminue les coûts d’intégration de l’installation électrique.
| Pack Lithium LFP-HP | Pack AGM | |
|---|---|---|
| Section des câbles requis | 16mm² | 35mm² |
| Protections | Pour 48V -> Divisé par 2 par rapport à un système 24V | Pour 24V -> Multiplié par 2 par rapport à un système 48V |
| Pack Lithium LFP-HP | Pack AGM | |
|---|---|---|
| Lieu de fabrication | France | Chine |
| Coûts de SaV | Très faible voir nul | À prévoir périodiquement |
| Garantie de fonctionnement | 5 ans | 2 ans |
| Garantie des performances | Oui | Non |
| Connectivités | Oui (WiFi, BLE, GPS) | Non |
| Compatibilité Victron | Oui via MERLIN | Nécessite un GERBO GX et connectiques propriétaires |
| Gestion thermique | Oui, fonctionne de -30°C à +65°C | Non |
| Difficultés technologique | Environnement Merlin/OlenPeps | Envoronnement Victron/VRM |
| Support technique | Oui partenariat Olenergies | Non |
| Impact carbone | Trés limité. Pas de métaux rares ou nocifs utilisés. Entreprise agréée ESUS. | Important. Utilisation de méteaux lourds et d'éléments nocifs. |
En plus de ses avantages techniques, la batterie OlenPack LV n'entraîne pas de coût cachés. D'une conception verte et fabriqué par une entreprise de l'Économie Sociale et Solidaire, elle est un marqueur fort pour la décarbonisation de votre entreprise et de ses clients.
Pour nos calculs nous allons prendre les hypothèses suivantes :
Le prix d’achat de nos OlenPack LV est de 2490 euros HT. Un seul OlenPack LV 48VDC est nécessaire pour former le pack Lithium-LFP-HP. De plus, un seul pack Lithium est nécessaire pour avoir une énergie utile de 5kWh à une puissance de fonctionnement de 3,3kW. Ramené au kWh utile cela représente un coût au kWh de 498 euros/kWh utile.
Pour une durée de fonctionnement de 10 ans, à raison d’un cycle par jour, il ne sera pas nécessaire de remplacer le pack batterie pour garantir la même qualité de service.
Le prix total sur 10 ans du système batterie Lithium-LFP-HP est alors de 2490 euros HT.
Le prix d’achat d’une batterie UCG275-12V est de 490 euros HT. Il faut deux batteries pour former un pack AGM, ainsi un pack AGM coute 800 euros HT. Ramené au kWh utile cela représente un coût au kWh de 495 euros/kWh utile.
Pour une durée de fonctionne de 10 ans à raison d’un cycle par jour, il sera nécessaire de changer tous les ans les trois packs batterie AGM soit un coût total sur 10 ans de 7000 euros HT.
Le prix total sur 10 ans du système batterie AGM est alors de 8800 euros HT.
À ce coût peut venir se rajouter le rajout d’outils externes, présents nativement sur les batteries Lithium-LFP, pour l’acquisition et la remontée de données sur nos serveurs en lignes.
| Pack Lithium LFP-HP | Pack AGM | |
|---|---|---|
| Prix (HT) d'un pack | 2490 euros | 2 x 490 euros = 980 euros |
| Énergie utile @3.3kW | 5kWh | 1.98kWh |
| Nombre de pack nécessaires pour 5kWh utile | 1 | 3 |
| Énergies de stockage équivalente | 1 x 5kWh | 3 x 1.98kWh = 5.9kWh |
| Prix public/kWh | 498 euros/kWh | 495 euros/kWh |
| Coût d'achat (prix public) | 2498 euros | 2940 euros |
| Prix espéré en volume | 1775 euros | 2100 euros |
| Prix volume/kWh | 355 euros/kWh | 354 euros/kWh |
| Prix sur 10 ans | 1795 euros | 7000 euros |
| Coûts de SaV | Non | À prévoir |
Pour 1 euros supplémentaire au kWh, votre entreprise et ses clients peuvent bénéficier de tous les avantages des batteries lithium fer phosphate haute performances (LFP-HP) et ceci durant la durée de vie complète de votre installation.