Lorsqu'on parle d'intégrer une batterie de secours à un champ photovoltaïque d'usine, les discussions tournent souvent autour de la taille et du coût. Mais en pratique, dimensionner une batterie, ce n'est pas seulement choisir une capacité en kWh : c'est aligner les besoins énergétiques, la stratégie opérationnelle, les contraintes de l'installation et la longévité attendue du système. Dans cet article, je vous partage ma méthode pragmatique, avec des exemples concrets et des pièges à éviter, telle que je l'applique sur Bioelec pour des projets industriels.

Comprendre l'usage de la batterie

La première question que je pose toujours est : à quoi sert la batterie ? Les objectifs courants sont :

  • Assurer l'alimentation de secours pour équipements critiques (autonomie limitée : quelques heures).
  • Lisser la production PV pour réduire les appels de puissance ou gérer des contraintes réseau.
  • Permettre un découplage partiel pour maintenance ou gérer des black-starts.
  • Optimisation économique : arbitrage de l'énergie (peak shaving, time-shifting).

Selon l'objectif, la stratégie de dimensionnement change radicalement. Une batterie pour fournir 30 minutes d'alimentation critique n'aura pas la même capacité ni les mêmes critères de cycle qu'une batterie visant à shaver des pics de plusieurs heures.

Étapes pratiques pour dimensionner

Voici la séquence que j'utilise systématiquement :

  • Recueillir les profils de consommation et de production (pas seulement des valeurs crêtes).
  • Déterminer l'autonomie cible (heures ou cycles) et la profondeur de décharge acceptable (DoD).
  • Choisir la technologie de batterie (Li-ion NMC, LFP, plomb, etc.) en fonction de sécurité, durée de vie et coût.
  • Calculer la capacité nette et brute en tenant compte des pertes (rendement charge/décharge, conversion par onduleur).
  • Valider la puissance de charge/décharge nécessaire (kW) pour respecter les besoins instantanés.
  • Prendre en compte température, maintenance, redondance et contraintes réglementaires.

Collecte des données : base du calcul

Sans données, on devine. Et deviner coûte cher en industrie. Je demande toujours :

  • Courbe de charge horaire (ou minute si possible) des équipements critiques.
  • Courbe de production PV et variability journalière/mensuelle.
  • Exigences de SLA : temps maximal d'interruption acceptable.
  • Espace disponible, contraintes thermiques, accès pour maintenance.

Un enregistrement de consommation sur 1 à 3 mois est souvent suffisant pour établir une moyenne et identifier les pics. Pour les services critiques, il faut viser des mesures fines (15 min ou 5 min).

Formules et paramètres clés

Les paramètres que j'intègre dans le calcul :

  • Capacité utile (kWh) = énergie requise / DoD / rendement système
  • Puissance d'onduleur (kW) : doit couvrir la puissance maximale instantanée demandée par la charge.
  • Rendement round-trip : généralement 85–95% selon la technologie et l'électronique de puissance.
  • Facteur de perte thermique et câblage : 1–3% à considérer selon distance et configuration.

Exemple simple : vous voulez 100 kWh d'énergie disponible pendant une coupure, vous choisissez une DoD maximale sécurisée de 80% et un rendement système de 90%. La capacité installée doit être :

  • Capacité brute = 100 / (0.8 * 0.9) = 138.9 kWh

Choix de la technologie : pourquoi je favorise souvent le LFP

Dans les contextes industriels, j'ai une préférence marquée pour les batteries LiFePO4 (LFP) pour plusieurs raisons :

  • Meilleure stabilité thermique et sécurité (moins de risques d'emballement thermique).
  • Longévité plus grande en cycles comparée aux NMC pour des usages intensifs.
  • Performance correcte à températures ambiantes courantes en usine.

Cependant, si le besoin est peu cyclique et que le coût initial doit être minimal, des solutions plomb-acide VRLA peuvent être considérées, en acceptant une durée de vie plus courte et plus de maintenance.

Dimensionnement puissance vs énergie

Il est fréquent que les interlocuteurs confondent kW et kWh. Je le répète souvent : kW détermine si la batterie peut alimenter la charge instantanée ; kWh détermine combien de temps elle le fera. Un bon design sépare ces deux choix :

  • Choisir la puissance onduleur > puissance crête de la charge critique (avec marge 10–20%).
  • Choisir la capacité kWh selon l'autonomie cible, en intégrant DoD et rendements.

Exemple de dimensionnement complet (cas industriel)

Contexte : atelier avec équipements critiques totaux = 250 kW, on veut assurer 2 heures d'autonomie pour les systèmes essentiels qui représentent 40% de la charge totale. Rendement round-trip 90%, DoD 80%.

Charge essentielle250 * 0.4 = 100 kW
Autonomie souhaitée2 h
Énergie requise100 kW * 2 h = 200 kWh
Capacité brute nécessaire200 / (0.8 * 0.9) ≈ 278 kWh
Puissance onduleur demandée>= 100 kW (prévoir 120 kW pour marge)

Dans ce cas, je dimensionnerais un système d'environ 280–300 kWh avec un onduleur/convertisseur capable de 120 kW et des protections appropriées. Si je choisis LFP, j'anticipe 4000–6000 cycles selon profondeur de décharge opérationnelle et la gestion thermique.

Aspects opérationnels et financiers

Au-delà du calcul, il faut inclure :

  • Plan de maintenance (état de santé batterie, équilibrage cellulaire).
  • Politiques de charge pour maximiser la durée de vie (éviter cycles profonds fréquents si possible).
  • Analyse coût-bénéfice : CAPEX vs économies (réduction d'amendes réseau, arrêt de production évité).
  • Considérations réglementaires et assurances (normes CEI, NF, sécurité incendie).

Intégration avec le parc PV et l'architecture IT/OT

Il est crucial d'orchestrer la batterie avec l'onduleur PV, le gestionnaire d'énergie (EMS) et le SCADA de l'usine. Voici mes recommandations pratiques :

  • Choisir des interfaces standard (Modbus, OPC UA) pour intégration EMS/SCADA.
  • Prévoir des scénarios automatiques : basculement secours, recharge prioritaire PV, peak shaving.
  • Gérer la cybersécurité industrielle : segmentation réseau, authentification, mises à jour contrôlées.

Points d'attention et erreurs fréquentes

Parmi les erreurs que je constate souvent :

  • Sous-estimer les pertes et le rendement, conduisant à une batterie trop petite.
  • Ignorer l'impact de la température sur la capacité et la durée de vie.
  • Ne pas prévoir de marge de puissance pour les démarrages moteurs ou pics transitoires.
  • Choisir une technologie uniquement sur le prix d'achat sans considération du coût total de possession.

Si vous le souhaitez, je peux vous accompagner sur une étude de dimensionnement pour votre site : analyser vos profils de charge, proposer des configurations (capacité, puissance, technologie) et estimer le retour sur investissement. Sur Bioelec (https://www.bioelec.ch), je publie régulièrement des retours de terrain et des templates de calcul que vous pouvez réutiliser pour vos premiers chiffrages.