Quelles sont les batteries utilisées dans les lampadaires solaires ? Guide d'expert d'une usine chinoise de lampadaires solaires

Quelles sont les batteries utilisées dans les lampadaires solaires ?

1. Batterie LiFePO₄ (phosphate de fer lithié) - Le choix dominant du marché en Amérique latine, en Afrique et en Asie du Sud-Est

Ce type de batterie est actuellement le plus utilisé et le plus recommandé dans le domaine des solutions d'éclairage public solaire, en particulier pour les projets dans les pays suivants Brésil, Nigeria, Indonésie et d'autres marchés en développement.

• Comment cela fonctionne-t-il ? Il s'agit d'un sous-type de batterie lithium-ion dont la cathode est constituée de phosphate de fer lithié.
• Principaux avantages :
  • Sécurité exceptionnelle : Sa structure chimique est stable, très résistante à l'emballement thermique ; les tests de perforation ou d'écrasement provoquent rarement une combustion ou une explosion. Cette caractéristique est essentielle pour les lampadaires installés dans les espaces publics à travers le monde. Villes africaines, villes d'Asie du Sud-Est et municipalités d'Amérique latine.
  • Longue durée de vie : Généralement de 2 000 à 5 000 cycles complets, soit une durée de vie de 8 à 12 ans ou plus, ce qui correspond bien à la durée de vie des panneaux solaires dans les climats chauds.
  • Bonne performance à haute température : Il maintient un fonctionnement stable même à des températures ambiantes élevées dans des régions telles que l'Allemagne, l'Italie, la France, l'Espagne et le Royaume-Uni. Nord du Brésil, Afrique de l'Ouest ou Asie du Sud-Est.
  • Respectueux de l'environnement : Ne contient ni plomb, ni cadmium, ni métaux lourds.
• Principaux inconvénients :
  • Densité énergétique inférieure à celle des piles ternaires au lithium, de sorte qu'à capacité égale, la pile peut être un peu plus volumineuse (mais acceptable dans les systèmes d'éclairage public).
  • Performances à froid : Bien qu'il soit meilleur que l'acide-plomb, le LiFePO₄ est quelque peu inférieur au lithium ternaire en cas de froid extrême (bien qu'il soit adéquat sur la plupart des marchés au-dessus de -20 °C).
  • Coût initial plus élevé : Plus coûteux au départ que les modèles au gel ou au plomb.
• Facteur de forme : Généralement enfermé dans le poteau d'éclairage ou dans une batterie intégrée (tout-en-un), ce qui rend l'installation plus soignée et plus facile pour les fournisseurs de services d'éclairage public. Clients d'Amérique latine, d'Afrique et d'Asie du Sud-Est.

2. Batterie LiMn₂O₄ (oxyde de lithium et de manganèse)

• Matériau de la cathode : Oxyde de lithium et de manganèse (LMO). Sa structure spinelle permet une diffusion rapide de l'ion lithium.
• Caractéristiques principales : Connu pour sa rentabilité et sa bonne performance tarifaire, c'est un choix équilibré.
  • Avantages :
    1. Coût inférieur : Le manganèse est abondant et bon marché, de sorte que le coût de fabrication est nettement inférieur à celui des piles riches en cobalt.
    2. Capacité de débit élevé : Bonne performance à des courants de décharge élevés - utile pour les demandes de charge soudaines dans les secteurs de la santé et de l'éducation. projets d'éclairage extérieur en Afrique ou en Asie du Sud-Est.
    3. Sécurité raisonnable : Plus sûr que certaines variantes ternaires du lithium, mais pas aussi robuste que le LiFePO₄.
    4. Meilleure performance à froid que LiFePO₄ : Conserve une plus grande capacité autour de -20 °C.
    5. Écologique : non toxique, sans métaux lourds.
  • Inconvénients :
    1. Durée de vie plus courte : En particulier à haute température, la capacité s'affaiblit plus rapidement - typiquement 500-800 cycles.
    2. Mauvaise tolérance aux températures élevées : Au-delà de ~55 °C, les ions manganèse peuvent se dissoudre, entraînant une perte de capacité permanente.
    3. Densité énergétique modérée : Plus élevée que celle du LiFePO₄, mais plus faible que celle des types de lithium ternaires.
• Utilisation typique : projets sensibles aux coûts (par exemple, éclairage rural en Afrique, éclairage communautaire en Asie du Sud-Est) où une durée de vie extrêmement longue n'est pas strictement nécessaire.

3. Batterie ternaire au lithium (NCM / NCA) - Pour des cas d'utilisation spécifiques dans des climats extrêmes

Les piles au lithium ternaires étaient autrefois plus courantes, mais leur utilisation est aujourd'hui limitée à des scénarios particuliers dans les domaines suivants les hauts plateaux froids d'Amérique latine, l'Afrique montagneuse ou les hauts plateaux tropicaux d'Asie du Sud-Est.

• Comment cela fonctionne-t-il ? La cathode comprend du nickel, du cobalt et du manganèse (NCM) ou du nickel, du cobalt et de l'aluminium (NCA).
• Avantages majeurs :
  • Densité énergétique élevée : Stocke plus d'énergie par volume/poids, ce qui est utile lorsque la conception des poteaux ou les contraintes de poids sont critiques dans les installations urbaines.
  • Excellentes performances à basse température : À -25 °C ou moins, il peut encore fournir un bon rendement - utile dans les cas suivants Les régions andines, les hauts plateaux d'Afrique de l'Est ou les régions montagneuses du Vietnam..
• Principaux inconvénients :
  • Marge de sécurité plus faible : Moins stable thermiquement ; la surchauffe, la surcharge ou les dommages augmentent le risque d'emballement thermique. Nécessite un système de gestion de la batterie (BMS) robuste.
  • Durée de vie plus courte : Généralement de 1 000 à 2 000 cycles.
  • Coût plus élevé : Plus cher en raison de la teneur en cobalt et en nickel.
• Cas d'utilisation : Principalement pour les projets qui exigent une densité énergétique élevée ou qui travaillent dans des climats froids, avec des mesures de sécurité strictes.

4. Batterie plomb-acide à électrolyte gélifié - Option ancienne, suppression progressive en Amérique latine, en Afrique et en Asie du Sud-Est

Autrefois courants, ils sont aujourd'hui largement remplacés par de nouveaux éclairages publics solaires à grande échelle.

• Comment cela fonctionne-t-il ? L'électrolyte est immobilisé sous forme de gel, contrairement au liquide des batteries au plomb classiques.
• Principaux avantages :
  • Coût le plus bas : l'investissement initial est beaucoup plus faible que pour les types de lithium.
  • Technologie mature : Les systèmes de production, de maintenance et de recyclage sont établis au niveau mondial.
• Inconvénients critiques :
  • Durée de vie très courte : Généralement, 500 à 800 cycles seulement, pour une durée de vie de 2 à 3 ans, ce qui nécessite des remplacements fréquents.
  • Lourd et encombrant : nécessite souvent un montage souterrain, ce qui complique l'installation sur des sites éloignés dans les pays en voie de développement. le Brésil rural, les villages africains isolés ou les communautés insulaires d'Asie du Sud-Est.
  • Mauvaises performances par temps froid : La capacité diminue fortement dans des conditions froides, ce qui a un impact sur les performances hivernales dans les latitudes élevées.
  • Risque pour l'environnement : Contient du plomb et de l'acide sulfurique ; une élimination incorrecte entraîne une pollution.
  • Faible tolérance aux décharges profondes : Des décharges profondes répétées provoquent des dommages irréversibles.
• Situation actuelle : Rarement utilisé dans les nouveaux projets ; surtout limité à des projets à très petit budget ou à court terme.

Tableau de comparaison des batteries

Dimension	LiFePO₄	LiMn₂O₄	Lithium ternaire	Gel plomb-acide
Cycle de vie	2000-5000+ cycles	500-800 cycles	1000-2 000 cycles	500-800 cycles
Durée de vie (années)	5-12+	2-4	3-5	2-3
Sécurité	Le plus élevé	Modéré	Plus bas	Structurellement sûr, mais risque chimique
Densité énergétique	Modéré	Modéré	Haut	Très faible
Taux d'autodécharge	Très faible (<3%/mois)	Faible (<5%)	Très faible (<3%)	Plus élevé (3-10%)
Maintenance	Sans entretien	Sans entretien	Sans entretien	Nécessite des contrôles
Recommandation de stockage	Jusqu'à 6 mois, cycle unique	3-6 mois, cycle unique	Jusqu'à 6 mois, cycle unique	Chargement complet avant stockage ; cycle mensuel
Coût	Modéré (meilleur coût du cycle de vie)	Faible	Haut	L'avance la plus faible
Performance à froid	Bon (-20 °C à 65 °C)	Bon (-20 °C à 55 °C)	Excellent (jusqu'à -25 °C)	Très mauvaise résistance au froid
Stabilité à haute température	Excellent	Médiocre au-dessus de 55 °C	Pauvre	Moyenne
Impact sur l'environnement	Excellent	Excellent	Modéré	Pauvre
Installation	Flexible (pôle / interne)	Flexible	Flexible	Encombrants / souterrains
Faiblesse	Densité inférieure, limite froide	Durée de vie courte, sensibilité à la chaleur	Sécurité, coût	Durée de vie courte, encombrement, entretien, froid

Qu'est-ce que la Meilleure batterie pour les lampadaires solaires en Amérique latine, en Afrique et en Asie du Sud-Est

Conclusion : Pour la grande majorité des projets d'éclairage public à l'énergie solaire dans les pays de l'Union européenne, il n'y a pas d'autre solution. Brésil, Argentine, Nigeria, Kenya, Indonésie, Philippines, Vietnametc., les batteries au phosphate de fer lithié (LiFePO₄) restent les plus performantes. haut de gamme, généraliste et fiable choix.

Pourquoi LiFePO₄ est l'étalon-or des lampadaires solaires :

1. Superbe durée de vie du cycle, s'alignant sur les longues durées de vie des projets
   L'éclairage public est une infrastructure à long terme. De nombreux projets en Amérique latine, en Afrique et en Asie du Sud-Est visent des durées de vie de 5 à 8 ans ou plus. La durée de vie de plus de 3 000 cycles de LiFePO₄ garantit qu'il n'est pas nécessaire de remplacer la batterie au cours de cette période, ce qui permet d'installer une seule fois et de bénéficier d'avantages à long terme.
   En revanche, les batteries au manganèse ou au gel se dégradent rapidement dans les climats tropicaux, ce qui accroît la charge de maintenance.
2. Une sécurité exceptionnelle - essentielle pour les installations publiques
   Des lampadaires solaires sont installés le long des routes, dans les parcs et dans les quartiers. La sécurité n'est pas négociable. La chimie stable du LiFePO₄ et sa résistance à l'emballement thermique sous des contraintes extrêmes (chaleur élevée, perforation, surcharge) en font la solution idéale, même dans des installations rurales ou urbaines sans surveillance en Afrique ou en Asie du Sud-Est.
   Les piles au lithium ternaires présentent un risque thermique plus élevé, ce qui les rend moins adaptées à ces scénarios.
3. Stabilité thermique pour les climats chauds
   Les batteries des systèmes d'éclairage public atteignent souvent des températures élevées sous un fort ensoleillement. La tolérance thermique robuste de LiFePO₄ permet de maintenir les performances et de limiter la dégradation de la capacité dans les zones chaudes comme le nord du Brésil, l'Afrique subsaharienne ou l'Asie tropicale du Sud-Est.
   Les cellules à base de manganèse se dégradent rapidement à la chaleur et les cellules ternaires présentent un risque à haute température.
4. Coût total de possession optimal (TCO)
   Bien que le coût initial de LiFePO₄ soit plus élevé que celui du gel ou du manganèse, sa longévité permet d'étaler le coût sur de nombreuses années. Si l'on tient compte du remplacement, de la main-d'œuvre, des temps d'arrêt et de la maintenance, LiFePO₄ offre souvent le meilleur rapport qualité-prix du marché. coût du cycle de vie le plus bas. Il évite les coûts cachés qui pèsent sur les systèmes au gel ou au manganèse.

Pourquoi d'autres chimies sont moins adaptées :

• Lithium ternaire : la densité énergétique élevée et les bonnes performances à froid sont attrayantes, mais le lithium ternaire n'est pas encore disponible. risques pour la sécurité et coûts plus élevés limitent son utilisation dans l'éclairage public solaire courant sur les marchés en développement. Il reste un produit de niche.
• Lithium Manganèse : Un coût initial plus faible est intéressant, mais son coût de production est plus élevé. courte durée de vie et mauvaise tolérance à la chaleur ne conviennent pas aux projets d'éclairage public exigeants.
• Le plomb-acide gélifié : Bien que le coût initial soit minime, ses inconvénients (courte durée de vie, encombrement, mauvaise performance à froid, entretien, risque pour l'environnement) ont conduit à son abandon progressif dans les nouvelles conceptions d'éclairage public solaire.

Pourquoi Piles à l'état solide Peut être l'option de l'avenir

Les systèmes de lampadaires solaires nécessitent des batteries qui sont sûr, durable, sans entretien et respectueux de l'environnement.

Les batteries à semi-conducteurs promettent de remplir toutes ces conditions :

1. Sécurité ultime (avantage principal)
   • Aujourd'hui : LiFePO₄ est très sûr, mais utilise toujours des électrolytes liquides inflammables.
   • À l'état solide : Utilise des électrolytes solides ininflammables, éliminant les risques de fuite ou de combustion, ce qui est d'une importance capitale pour les installations publiques non surveillées dans les zones reculées d'Amérique latine, d'Afrique ou d'Asie du Sud-Est.
2. Durée de vie ultra-longue
   • Aujourd'hui : LiFePO₄ dure des milliers de cycles.
   • À l'état solide : Peut atteindre des dizaines de milliers, ce qui pourrait rendre le remplacement des batteries inutile et correspondre à la durée de vie des panneaux solaires (plus de 25 ans).
3. Densité énergétique plus élevée
   • Les systèmes à semi-conducteurs peuvent être plus légers et plus petits, ce qui permet d'utiliser des mâts plus minces ou d'augmenter la capacité pour les périodes nuageuses de plusieurs jours.
4. Plage de température plus large
   • Les électrolytes solides peuvent être plus performants dans des conditions de froid extrême (-30 °C ou moins), ce qui permet d'étendre le déploiement aux régions froides des hautes terres ou des plateaux.

Les défis actuels de l'adoption de l'état solide :

1. Coût très élevé
   • Le principal obstacle. Les coûts actuels des batteries à semi-conducteurs sont plusieurs fois supérieurs à ceux des batteries LiFePO₄, ce qui les rend impraticables pour les déploiements de lampadaires solaires à grande échelle.
2. Maturité technique et problèmes de mise à l'échelle
   • La conductivité ionique, les interfaces solide-solide, la charge rapide et la cohérence de la fabrication restent des défis à relever. La production de masse est en cours de développement.
3. Chaîne d'approvisionnement incomplète
   • L'écosystème repose sur des batteries à base de liquide ; le passage à l'état solide nécessite de réorganiser l'ensemble de la chaîne d'approvisionnement, ce qui demande du temps et du capital.

Perspectives et calendrier pour l'Amérique latine, l'Afrique et l'Asie du Sud-Est

• Court terme (3-5 ans)
  LiFePO₄ continue de dominer les marchés de l'éclairage public au Brésil, au Nigeria, en Indonésie, etc. Sa technologie va continuer à mûrir et ses coûts vont continuer à baisser. Des batteries hybrides pourraient voir le jour dans les segments haut de gamme.
• Moyen terme (5-10 ans)
  Les percées dans le domaine des semi-conducteurs pour les VE pourraient faire baisser les coûts. Certains projets pilotes d'éclairage public solaire au Brésil, en Afrique du Sud ou au Viêt Nam pourraient adopter des solutions à semi-conducteurs pour la validation.
• Long terme (10+ ans)
  Avec la montée en puissance de la fabrication et la baisse des coûts, les batteries à semi-conducteurs pourraient devenir la norme dans les lampadaires solaires, remplaçant progressivement les LiFePO₄ dans de nombreuses applications.

Conclusion -La batterie LiFePO4 est le meilleur choix.

Les batteries à semi-conducteurs représentent un avenir prometteur pour l'éclairage public solaire, mais sur les marchés d'aujourd'hui, les batteries à semi-conducteurs ne sont pas encore disponibles. Amérique latine, Afrique et Asie du Sud-Est, LiFePO₄ reste la chimie de batterie la plus pratique, la plus sûre, la plus fiable et la plus rentable pour les batteries les lampadaires solaires, les systèmes intégrés de lampadaires solaires, les installations de lampadaires solaires divisés et les projets d'éclairage hors réseau. Il offre le meilleur équilibre entre la sécurité, la longévité et le coût total.

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