Les systèmes de stockage d'énergie, généralement des batteries, sont indispensables à tous les lampadaires solaires. Ces solutions d'éclairage autonomes reposent entièrement sur l'énergie solaire stockée pour assurer un éclairage fiable toute la nuit. La batterie est le cœur du système ; elle détermine ses performances, sa durée de vie et sa rentabilité globale. À mesure que la technologie d'éclairage solaire se généralise sur les routes, dans les parcs et les espaces publics, il est crucial pour les municipalités, les promoteurs et les ingénieurs chargés des décisions en matière d'infrastructures de comprendre les différents types de batteries et leurs cycles de vie. Une batterie adaptée garantit le fonctionnement efficace de ces solutions d'éclairage durables, même pendant les longues nuits d'hiver ou par temps nuageux , ce qui en fait une alternative fiable à l'éclairage traditionnel alimenté par le réseau électrique.
Types de batteries pour lampadaires solaires
Batteries lithium-ion
Les batteries lithium-ion sont largement utilisées dans les lampadaires solaires haute performance en raison de leur densité énergétique élevée par unité de masse et de volume, comparée à celle des autres types de batteries classiques. Elles présentent également un rapport puissance/poids élevé, un rendement énergétique élevé, de bonnes performances à haute température, une longue durée de vie et une faible autodécharge. La plupart des composants des batteries lithium-ion sont recyclables, mais le coût de la récupération des matériaux reste un défi pour l'industrie. La plupart des lampadaires solaires haut de gamme actuels, de marques comme Sigostreetlight, utilisent des batteries lithium-ion, bien que leur composition chimique exacte varie souvent. La recherche et le développement se poursuivent afin de réduire leur coût relativement élevé, d'allonger leur durée de vie et de répondre aux préoccupations en matière de sécurité liées à divers dysfonctionnements.
Batteries nickel-métal-hydrure
Les batteries nickel-métal-hydrure, autrefois courantes dans l'électronique portable, offrent une énergie spécifique et une puissance raisonnables pour les applications d'éclairage. Dans des conditions d'utilisation optimales (notamment un contrôle précis de la profondeur de charge et de décharge et une température de fonctionnement adaptée), elles ont une durée de vie supérieure à celle des batteries au plomb et sont considérées comme sûres et robustes. Ces batteries ont été utilisées dans certains systèmes d'éclairage solaire anciens ou de milieu de gamme. Leurs principaux inconvénients sont leur coût élevé par rapport aux batteries au plomb, un taux d'autodécharge important (elles perdent de la charge lorsqu'elles ne sont pas utilisées), la production de chaleur à haute température et la nécessité de maîtriser les pertes d'hydrogène tout au long de leur durée de vie, ce qui peut dégrader leurs performances.
Batteries au plomb
Les batteries au plomb-acide peuvent être conçues pour une puissance élevée et sont peu coûteuses, sûres, recyclables et fiables, ce qui en a fait un choix privilégié pour l'éclairage solaire dès ses débuts. Cependant, leur faible densité énergétique (ce qui les rend lourdes par rapport à leur capacité de stockage), leurs performances médiocres à basse température et leur courte durée de vie limitent leur utilisation dans les systèmes modernes à haut rendement. Des batteries au plomb-acide haute puissance de pointe sont en cours de développement, mais elles sont actuellement réservées aux projets d'éclairage solaire à très bas coût ou de type « fait maison ». On les trouve plus fréquemment dans des applications telles que l'alimentation de secours pour les charges auxiliaires dans les systèmes plus importants.
Ultracondensateurs
Les ultracondensateurs stockent l'énergie dans un champ électrique entre une électrode et un électrolyte. Leur capacité de stockage augmente avec la surface de l'électrode. Bien que leur densité énergétique soit très faible comparée à celle des batteries, leur densité de puissance est extrêmement élevée : ils peuvent ainsi fournir une grande quantité d'énergie très rapidement et supporter des centaines de milliers de cycles de charge et de décharge. Les ultracondensateurs peuvent fournir aux lampes solaires un pic de puissance pour répondre à la demande de courant instantanée (par exemple, lors de l'allumage d'une LED), mais ils ne peuvent pas stocker suffisamment d'énergie pour une utilisation autonome pendant la nuit. Ils sont donc particulièrement adaptés comme système de stockage d'énergie secondaire pour aider les batteries électrochimiques à stabiliser leur tension, à amortir les pics de charge, à les protéger et à prolonger leur durée de vie.
Recyclage des piles pour les lampadaires solaires
L'éclairage public solaire se généralise dans les infrastructures mondiales, et un nombre croissant d'entre eux arriveront bientôt en fin de vie. De ce fait, le marché du recyclage de leurs batteries est appelé à connaître une forte croissance. Des études ont montré que, si une batterie d'éclairage solaire n'est pas défectueuse, sa capacité restante en fin de vie varie selon son type : les batteries au plomb conservent généralement entre 30 % et 50 % de leur capacité initiale, tandis que les batteries lithium-ion peuvent en conserver entre 50 % et 70 %. Cette capacité restante est souvent largement suffisante pour les applications de stockage d'énergie moins exigeantes, et avec un entretien approprié et des conditions d'utilisation optimales, la batterie peut fonctionner pendant encore 5 à 10 ans.
Le recyclage généralisé des batteries permettrait d'éviter que des matières dangereuses ne se retrouvent dans les déchets, tant en fin de vie qu'au cours de leur production. Les pouvoirs publics et les entreprises privées soutiennent des initiatives visant à développer des solutions rentables pour la collecte, le tri, le stockage et le transport des batteries lithium-ion usagées en vue de leur recyclage. Après la collecte, la récupération des matériaux permettrait également de réintroduire des matières premières essentielles comme le lithium, le cobalt et le nickel dans la chaîne d'approvisionnement et d'accroître les sources nationales de ces matériaux. Des travaux sont en cours pour développer des procédés de recyclage des batteries qui minimisent l'impact environnemental du cycle de vie des différents types de batteries utilisées dans l'éclairage solaire. Tous les procédés de recyclage ne sont pas identiques et différentes méthodes de séparation sont nécessaires pour la récupération des matériaux.
Pour récupérer les matériaux précieux contenus dans les batteries lithium-ion utilisées dans les lampes solaires, trois grandes technologies existent : la fusion (pyrométallurgie), la lixiviation chimique (hydrométallurgie) et le recyclage direct. La fusion est un procédé à haute température qui brûle les matières organiques et récupère les métaux et sels précieux, lesquels peuvent ensuite être raffinés. La lixiviation chimique utilise des traitements chimiques pour extraire les composés clés des résidus de batterie broyés, appelés « masse noire ». Le recyclage direct consiste à récupérer les matériaux de la cathode tout en préservant leur structure moléculaire ; c’est souvent la méthode la plus rentable car elle élimine le recours à la fusion ou au traitement chimique, procédés énergivores. La séparation des différents types de matériaux de batterie représente souvent un obstacle ; il est donc important de concevoir des batteries en tenant compte du démontage et du recyclage dès leur conception afin de simplifier et de réduire les coûts.
Avenir des batteries pour l'éclairage public solaire
Découvrez les travaux de recherche et développement sur les batteries menés par les principaux instituts et programmes gouvernementaux spécialisés dans le stockage de l'énergie. Le développement de l'éclairage solaire s'accompagne d'investissements croissants dans la création de batteries de nouvelle génération, plus économiques, plus performantes et plus respectueuses de l'environnement. Les recherches en cours portent sur les batteries à électrolyte solide, qui promettent une densité énergétique supérieure et une sécurité accrue, ainsi que sur de nouvelles chimies permettant de réduire la dépendance aux matériaux rares ou issus de conflits. Ces avancées rendront les lampadaires solaires de marques comme Sigostreetlight encore plus fiables et abordables, accélérant ainsi leur adoption à l'échelle mondiale et contribuant à un avenir énergétique durable.
