Powerwall de Tesla : des batteries au lithium pour votre maison

La Modèle 3 présentée par Tesla le 31 mars 2016 sera commercialisée en 2018 au Canada.

La Modèle 3 présentée par Tesla le 31 mars 2016 sera commercialisée en 2018 au Canada.

Avec l’arrivé prochaine de véhicules électriques à autonomie prolongée, comme la Bolt de Chevrolet cet automne (320 km par recharge) et la Modèle 3 de Tesla Motors (345 km d’autonomie) à la fin de 2017, les piles au lithium — dont le prix de ne cesse de chuter — feront bientôt partie de notre quotidien. Elles promettent même de nous libérer un jour une fois pour toutes du pétrole, selon l’ancien ministre péquiste Daniel Breton.

La Modèle 3 coûtera 45 000 $ avant la remise québécoise de 8 000 $ pour un véhicule électrique (le gouvernement Couillard souhaite qu’on en compte 100 000 sur nos routes en 2020, soit 10 fois plus qu’à l’heure actuelle). Une semaine après la présentation de la Modèle 3 le 31 mars 20-16, 325 000 personnes avaient déjà réservée une Modèle 3 en faisant un dépôt de 1 000 $, selon le président fondateur de Tesla Motors, Elon Musk. « Les batteries lithium-ion (Li-io) peuvent durer facilement de 10 à 12 ans avant de perdre de 20 à 30 % de leur capacité, nous a précisé en entrevue le physicien Pierre Langlois, expert en véhicules électriques (VÉ) et auteur de nombreux ouvrages, dont Rouler sans pétrole. Dans dix ans, les VÉ seront bien moins chers. » (Lire son récent blogue sur de nouvelles batteries révolutionnaires au graphène.)

Au mur, un Powerwall de Tesla.  www.teslamotors.com/powerwall

Au mur, un Powerwall de Tesla. www.teslamotors.com/powerwall

Or, des piles au lithium pourraient aussi bientôt vous protéger contre les pannes d’électricité ou stocker l’énergie solaire que vous produisez chez vous. Le docteur en physique Yves Poissant, chercheur en électricité solaire photovoltaïque à Ressources naturelles Canada, est très optimiste : « Étant donné la plus grande densité de stockage énergétique du lithium, le plomb en train d’être déclassé pour les applications mobiles. En ce qui concerne les applications solaires résidentielles, le lithium pourrait devenir intéressant par rapport au plomb à cause du plus petit volume de capacité de stockage nécessaire, surtout si le coût des batteries au lithium continue de diminuer. Cependant au rythme où évolue le prix de l’électricité au Québec, il faudra encore attendre au moins 15 ans avant que la combinaison « solaire + batterie lithium » devienne intéressante économiquement par rapport au coût de l’électricité du réseau au Québec. » 

Les Powerwall peuvent être installés en série pour augmenter la réserve d'énergie.

Les Powerwall peuvent être installés en série pour augmenter la réserve d’énergie. La compagnie d’électricité vermontoise Green Mountain Power est la première à les vendre ou les louer.

La nouvelle a fait tout un tabac le 30 avril 2015, alors qu’Elon Musk présentait deux autres nouveaux produits vedettes : le Powerwall dans la version résidentielle et Powerpack pour le modèle commercial, plus puissant. Dans les deux cas, il s’agit d’un système de stockage énergétique sans entretien alimenté par le réseau électrique ou un système d’énergie renouvelable (solaire, éolien, etc.). Il est axé sur une batterie au lithium ion (Li-ion), un contrôleur de charge et un système de contrôle thermique liquide. Des technologies qui existent depuis des décennies, mais sous un nouvel emballage et à un prix potentiellement compétitif. Selon le réseau CBC, le Powerwall sera distribué cette année au Canada par les distributeurs torontois NRStor (dirigé par l’ancienne présidente de Home Depot Canada, Annette Verschuren) et Opus One Solutions Energy Corp. Elon Musk souhaite en vendre deux milliards pour électrifier l’humanité entière et éliminer à jamais les besoins de produire de l’électricité avec des énergies fossiles!

D’abord pour réduire la demande de pointe

Premier marché ciblé par Tesla Energy : le déplacement d’une partie de la demande de pointe (du matin et du début de soirée) permettant de réduire les coûts de production des compagnies d’électricité et donc les factures des consommateurs qui paient des tarifs différenciés dans le temps. Comme toute banque de batteries, le Powerwall offre également une réserve en cas de panne du réseau électrique. Selon Tesla, il serait aussi la solution de choix pour  tendre vers l’autosuffisance énergétique en stockant l’électricité solaire (ou éolienne, de biomasse, microhydroélectrique) produite à domicile. Les nouveaux produits que Tesla Energy s’apprête à commercialiser sont garantis pendant dix ans et l’on peut en jumeler plusieurs pour augmenter la capacité de stockage et donc le degré d’autonomie. Ainsi, jumeler neuf Powerwall de 10 kWh donne une réserve de 90 kWh.

L'usine géante de piles au lithium en construiction par Tesla et Panasonic au Nevada.

La Gigafactory, l’usine géante de piles au lithium construite par Tesla et Panasonic au Nevada, est alimentée par des panneaux solaires photovoltaïques.

Dix jours à peine après avoir fait cette annonce, l’entreprise disait avoir déjà reçu 38 000 commandes de Powerwall et 2 500 de Powerpack. Des commandes si importantes qu’elles ne pourraient pas être honorées en une année par la « giga-usine » (Gigafactory) de batteries que Tesla et Panasonic construite pour cinq milliards de dollars au Nevada et qui doit commencer sa production en 2017.

Reste à voir si l’excitation autour des Powerwall se concrétisera aussi en ventes et si le prix sera inférieur à celui des batteries au plomb. Avec son usine, Elon Musk souhaite réduire le coût des batteries au lithium du tiers d’ici 2020, tandis que le coût des batteries au plomb ne cesse d’augmenter. C’est alors que l’usine doublerait la production mondiale de batteries en en produisant assez pour alimenter les 500 000 véhicules électriques 500 000 voitures électriques que Tesla souhaite vendre annuellement en 2020, contre 50 000 par an jusqu’ici, mais il est déjà acquis que cet objectif très ambitieux ne sera pas atteint.

Les Powerpack de 100 kWh sont testés depuis 2015 par des entreprises comme Amazon et Target. Des fournisseurs d’électricité comme Southern California Edison pourraient aussi acheter des Powerpack pouvant fournir jusqu’à 10 megawattwattheures hors pointe.

Protection des équipements

En plus de déplacer la demande de pointe, de tels systèmes de stockage permettent d’éviter les inconvénients causés par les fluctuations de voltage provoquées par les systèmes solaires et éoliens raccordés aux réseaux. Ces variations de tension les plus élevées peuvent notamment endommager les ordinateurs et autres appareils électroniques. Selon plusieurs experts, les réseaux électriques centralisés conçus au début du 20e siècle sont désuets et appelés à être remplacés par des micro-réseaux locaux. Comme l’affirmait en février 2014 le président de la compagnie d’électricité NRG Energy dans le cadre d’une conférence : « Arrêtons-nous un moment et songeons à quel point il est scandaleusement stupide de construire un réseau électrique du 21e siècle axé sur 130 millions de poteaux en bois. Cessons de réorganiser les chaises longues sur le Titanic et commençons à discuter comment nous débarrasser du réseau. »

Reste à voir si la technologie de Tesla tiendra promesse : « Tesla a présenté un produit beau et très cool, mais son efficacité est loin d’être démontrée. Trop peu puissant, trop cher et pas adapté aux besoins du marché résidentiel, commencent à dire les experts qui ont regardé de plus près les utilisations possibles du système de stockage Tesla », écrivait Hélène Baril dans La Presse du 11 mai 2015.

Spécifications

Le Powerwall est offert en deux modèles utilisés différemment : celui de 7 kWh peut être rechargé quotidiennement car il comprend les mêmes cellules au lithium nickel-manganèse-cobalt que les outils électriques et la voiture Leaf de Nissan; celui de 10 kWh est un système d’appoint hebdomadaire (cellules au lithium nickel-cobalt-aluminum utilisées dans la voiture Tesla modèle S) qui ne tolère que 50 cycles de recharge par année. Selon un article publié sur catalyticengineering.com, le système de 10 kWh a une efficacité de 87 % et fournit donc 8,7 kWh d’énergie. Cela permet de consommer par exemple 870 W pendant 10 heures ou 8 700 W pendant une seule heure. Quand on sait qu’une famille québécoise typique consomme plus de 30 kWh par jour excluant le chauffage, on comprend un seul Powerwall ne rend pas une maison autonome.

Les deux modèles de Powerwall fonctionnent sur une tension de 350 à 400 volts (V) et produisent 5 ampères (A) de courant avec des pointes de 8,5 A. Comme 400 V x 5 A = 2 000 W, ils peuvent donc fournir  2 kW de courant alternatif 120 volts avec de brèves pointes jusqu’à 3,3 kW. Ils s’installent à l’intérieur comme à l’extérieur, car ils sont conçus pour fonctionner à des températures variant entre -20 °C et 43 °C.

En décembre 2015, Green Mountain Power (GMP) est devenue la première compagnie d’électricité nord-américaine à vendre et louer le système de 7 kWh (51,2 x 33,9 x 7 po et pesant 220 lb) conçu pour un usage quotidien. GMP, qui électrifie 75 % des maisons du Vermont, s’est engagée à acheter 500 de ces systèmes en 2016. Son intérêt, c’est que ses clients rechargent la batterie la nuit, alors que la demande plus faible d’électricité diminue ses coûts de production, et l’utilisent alors en période de pointe pour éviter de hausser la production d’électricité pour seulement quelques heures, ce qui coûte très cher. Par exemple, aux États-Unis, l’électricité peut coûter jusqu’à 36 ¢/kWh en période de pointe et 10 ¢/kWh hors pointe. Hydro-Québec songe à adopter une tarification différenciée dans le temps depuis des années pour réduire la demande de pointe. Le Powerwall est cependant trop peu puissant pour déplacer la demande de chauffage en période de pointe.

GMP installe le Powerwall de 7 kWh pour 6 501 $ US incluant un onduleur qui convertit le courant continu stocké dans les batteries en courant alternatif utilisé par la plupart des appareils électriques. Plus grand vendeur américain de panneaux solaires photovoltaïques (PV) et partenaire de Tesla Energy, SolarCity l’offre à 7 140 $ US pour l’installer avec un nouveau système PV. GMP offre aussi un crédit de 31,76 $ sur la facture mensuelle d’électricité de ses clients qui exportent sur son réseau les surplus solaires produits à domicile et non stockés. Elle loue aussi le Powerwall pour 1,25 $ par jour. D’après hybridcars.com, pour la même capacité, le Powerwall est environ 12 fois plus cher qu’une génératrice — mais sans bruit ni pollution.

Avis locaux

Et que pensent les spécialistes des énergies alternatives québécois du Powerwall? Même sans connaître son prix de vente canadien, le détaillant lavallois Jeannot Schmidt, propriétaire des entreprises Abco Batteries et Solaire Expert, est très optimiste dans le fichier comparatif ci-joint par rapport à des batteries au plomb, de type AGM sans entretien qu’il nous a fait parvenir. « Je crois que la batterie Lithium-ion a un avenir si le coût devient abordable et compétitif. Le marketing a très bien fonctionné, car nous avons eu beaucoup de demande pour cette batterie-là. »

Propriétaire du détaillant Solaire Design et électricien de marine spécialisé en énergie autonome depuis 35 ans, Rémy Prat est très prudent et sceptique quant au coût du système Tesla. Il ne recommande que les technologies éprouvées – comme les batteries AGM – depuis des années à ses clients et aux étudiants qui suivent ses cours à son école Formation Courant Continu. « Quand on regarde les choses de plus près, on s’aperçoit qu’on peut faire pas mal de choses compétitives. Je préfère les batteries à l’acide-plomb classiques car elles sont fiables et se recyclent à 100 %, dit-il. J’ai une entente avec mes fournisseurs : ils achètent les vieilles batteries. Le client repart avec 50 $ ou davantage, qu’il pourra réinvestir dans de nouvelles batteries. »

Aloysse Cosson, représentant du distributeur de systèmes solaires HES PV, abonde dans le même sens : « Que contient le Powerwall? Une banque de batteries 7 kWh et un petit chargeur auquel on greffe un onduleur. Pour comparaison, 6 500 $ US, c’est 8 500 $ CA. Je mettrais par exemple un Epanel d’Outback, à 6 000 $ CA installé tout compris (mais trop puissant 2kW dans cette application), et des batteries acide-plomb scellées à décharge profonde East Penn, à 3 000 $ CA . À 9 000$ le tout pour 10 ans de fonctionnement, on n’est pas à six fois le coût du Powerwall, c’est le même coût! » Notons toutefois que les batteries classiques au plomb, contrairement à celles au lithium, doivent être entretenues : elles contiennent de l’eau déminéralisée qui s’évapore et doit être remplacée périodiquement. De plus, commes elles dégagent de l’hydrogène explosif, elles doivent être ventilées vers l’extérieur. (Visionner ici nos capsules tournées avec Rémy Prat.)

Président du détaillant Écosolaris, Martin Lambert ajoute que le Powerwall est avant tout conçu pour les régions comme l’Ontario où le prix de l’électricité est variable dans le temps afin de réduire la demande de pointe. De plus, la tension de 400 V DC du Powerwall, bien qu’elle permette de réduire le calibre du filage, pose problème : « Aucun onduleur [classique] n’est compatible avec. » Le Powerwall est vendu avec un onduleur de marque Fronius.

Mais Aloysse Cosson doute que l’industrie solaire adopte ces batteries rapidement. « Tesla va trop vite. Les manufacturiers solaires ne sont pas prêts à adopter le lithium, car il y a encore trop peu de gens qui chargent un VÉ à la maison. C’est dangereux si on ne met pas toute une série de protections. Ça peut causer une explosion en présence d’eau et si l’onduleur arrête à cause d’un défaut, le courant peut augmenter à un niveau tellement élevé qu’il peut brûler les équipements. J’ai des clients institutionnels qui mettent des batteries au lithium avec protections à moindre coût que celles de Tesla, mais la responsabilité de l’installation est totalement assumée par l’installateur. »

Celui-ci, le consultant en gestion de l’énergie ontarien Chris Nielsen, installe des systèmes au Li-ion pour des applications très spécifiques, notamment dans l’industrie des télécommunications. Il explique que cette technologie requiert une solution d’ingénierie complète, notamment pour chauffer les batteries, car elles ne peuvent pas être chargées sous 0 °C. « Le monitoring est la clé, pour balancer les températures et le voltage », dit-il en recommandant le site elitepowersolutions.com pour en apprendre davantage sur les batteries au lithium.

Chris Nielsen estime que Tesla aura certes un avantage en produisant elle-même ses propres batteries et en vendant directement au consommateur sans intermédiaire, ce qui permettra d’offrir des prix compétitifs. Le prix des piles a déjà diminué des deux tiers depuis quatre ans, dit-il. « Ils auront possiblement les meilleurs prix, on verra bien… »

NB :

Quant aux niveaux des champs électromagnétiques mesurés dans les véhicules électriques, ils varient beaucoup d’un véhicule et d’un endroit à l’autre. Ils sont même parfois inférieurs à ceux mesurés dans des véhicules à essence ou hybrides. Détails dans ce rapport de l’ingénieur californien Larry Gust qui les a mesuré dans une Tesla et dans une Honda, et dans ces articles :

Mesures d’électrosmog dans les véhicules : surprises et déceptions

Bilan d’une année à rouler électrique

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