Ile paneli fotowoltaicznych (PV) trzeba zainstalować, aby wyprodukować rocznie taką ilość energii z promieniowania słonecznego, która mogłaby pokryć 100 % światowych potrzeb? Czy to w ogóle możliwe? Wykonajmy parę obliczeń i przekonajmy się o tym
Według [1] globalne roczne zużycie energii elektrycznej (e.e.) na świecie w 2009 roku wyniosło około 20 petawatogodzin czyli 20⋅1012 kWh. Najprościej mówiąc wartość tej energii wyrażona w kilowatogodzinach to 2 z 13 zerami. Dla porównania w Polsce w 2013 roku było to prawie 158 TWh (1 TWh = 1 z 9 zerami kWh) [2]
Wytłumaczmy najpierw czym są watogodziny. Jest to jednostka określająca moc. Najprościej będzie na przykładzie. Wyobraźcie sobie urządzenie (np. telewizor) o mocy 150 watów [W]. Jeśli będzie on włączony 10 godzin [h], to mnożąc wartość 150 W przez 10 h otrzymamy ilość zużytej w tym czasie e.e. i wyniesie ona 1500 watogodzin [Wh]. Przyjmuje się podawać wartość energii w kWh (1 kWh = 1000 Wh) i tego się trzymajmy.
Skoro już wiemy jak wylicza się energię elektryczną, to teraz zastanówmy się ile energii dociera do Ziemi ze Słońca. Według [3] w Polsce w ciągu roku na 1 m2 powierzchni ziemi dociera około 1000 kWh tej energii. W najbardziej sprzyjających pod tym względem miejscach na świecie jest to około 2500 kWh/m2.
Co dalej? Przejdźmy do właściwych obliczeń. Załóżmy najpierw, że chcielibyśmy zainstalować panele fotowoltaiczne w tym miejscu, gdzie warunki nasłonecznienia są najkorzystniejsze. Wykorzystajmy panele o sprawności 20% (wartość ta jest na chwilę obecną wysoką wartością, ale nie rekordową). Nasze obliczenia wyglądają następująco:
Skoro z 1 m2 możemy rocznie uzyskać 2500 kWh, to przy sprawności przetwarzania energii na poziomie 20% będziemy mogli otrzymać: 2500 kWh/m2 ⋅ 0,2 = 500 kWh/m2. Potrzebujemy jednak, jak już wcześniej wspomniano, “2 z 13 zerami” kWh. Dzielimy tę ogromną liczbę przez 500 kWh/m2 i otrzymujemy 4 z 10 zerami, gdzie jednostką są m2. Podzielmy jeszcze tę wartość przez milion, dzięki czemu wyrazimy ją nie w m2, lecz w km2 : 40 000 km2. Powierzchnia ta jest równa powierzchni kwadratu o boku 200 km.
Aby pokryć roczne zapotrzebowanie na e.e. w Polsce, okazuje się, że należy zainstalować panele PV na powierzchni 5 km2, czyli kwadratu o boku około 2200 m (przeprowadzamy analogiczne obliczenia jak wcześniej, lecz dla nasłonecznienia jakie panuje w Polsce i dla naszego zapotrzebowania na e.e.).
Na dzień dzisiejszy panele fotowoltaiczne są dość drogie. Niezbędne są kosztowne akumulatory, w których można by gromadzić e.e. w momencie, gdy świeci słońce, a wysyłać ją, gdy go nie ma. Z drugiej strony wytwarzanie energii w jednym miejscu sprawia, że jej przesył na duże odległości staje się problematyczny, a także powoduje straty pewnej ilości energii po drodze. Trudności są, ale uważam, że warto wiedzieć o teoretycznej możliwości pozyskania energii elektrycznej dla całego świata z promieni słonecznych. Dla chcącego nic trudnego:)
Autor: Kamil Różycki
Bibliografia:
[1] http://gazeta-polska.pl/?p=313983
[2] http://www.reo.pl/pse-zuzycie-energii-elektrycznej-w-polsce-w-2013-r-wzroslo-o-062-pro
[3] http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/
ed
18 sierpnia 2016 at 02:20
Coś mi te wyliczenia “śmierdzą”, 5km2 dla całej Polski to wydaje się zdecydowanie mało, pewnie razy jakieś 100, w przeciwnym wypadku już dawno kłopot byłby z głowy.