В комментариях нет-нет да и возникнет утверждение, что всё равно солнечной энергии в принципе не хватает для закрытия текущих потребностей человечества.
Или наоборот, что чуть ли небольшой поляны хватит для закрытия всех потребностей.
Давайте вместе очень быстро и просто посчитаем и больше не будем об этом спорить.
Согласно статистическому отчету компании British Petroleum в 2020 году человечество суммарно потребило всех видов энергии в размере 556 ЭксаДжоулей (10¹⁸).
Сюда входит и возобновляемая энергия от солнечных панелей и ветряков и другого первичного электричества, но с повышающим множителем 2,5. Так как в этом отчёте считается сколько нужно было бы тепловой энергии для получения этого электричества из ископаемого топлива. Более подробно можно ознакомиться в статье [1].
Это приводит к увеличению данных в отчете приблизительно на 10%, но я учитывать это не буду, так как в рамках этой статьи это небольшая погрешность.
Сколько нужно площади?
На орбите солнечная постоянная составляет 1367 Вт/м².
На уровне земли океана, из-за атмосферы этот показатель падает до, приблизительно, 1 000 Вт/м².
То есть, если бы солнечные панели были освещены круглосуточно (3,1*10⁷ секунд) под 90 градусов и имели 100% КПД, то необходимо бы было:
556*10¹⁸/(10³*3,1*10⁷)= 1,8*10¹⁰ м². В переводе на квадратные километры получаем 1,8*10⁴ км². Это квадрат размером 133 x 133 км.
Но это не корректный результат!
КИУМ
- Солнечные панели не работают ночью, которая в среднем занимает половину суток. Из-за этого их необходимо в 2 раза больше. То есть, коэффициент использования установленной мощности (КИУМ) из-за этого падает до 50%).
- Так же солнечные панели неподвижны и в течение дня солнце падает на них под разным углом, что снижает выработку еще в 2 раза. КИУМ падает до 25% и, соответственно, надо еще в 2 раза больше панелей.
КИУМ 25% является теоретическим верхнем пределом для любой точки на поверхности Земли.
А еще есть непогода и прочие атмосферные явления, которые снижают выработку солнечных панелей.
Реальный КИУМ лежит в границах от 10% для Подмосковья до 17% для солнечных станций расположенных в лучших местах планеты.
Возьмем максимальный КИУМ равный 17%.
КПД
- КПД составляет на сегодняшний день от 10 до 20%. Возьмем наиболее хороший КПД равный 20%.
- То есть, с 1 м² максимальная мощность составляет всего 200 Ватт
КПД входит в показатель мощности солнечной панели, а вот КИУМ нет!
КПД и КИУМ
С учетом КИУМ 17% среднегодовая выработка составляет всего 34 Ватта с м²!
Тогда необходимая площадь для обеспечения человечества энергией равна:
556*10¹⁸/(34*3,1*10⁷)= 52*10¹⁰ м² или 52*10⁴ км².
Это квадрат размером 720х720 километров
И по площади в 9 раз больше, чем остров Шри-Ланки.
В одной из передач на канале Наука 2.0, утверждалось, что как раз хватило бы площади этого острова. Но, по всей видимости, они считали без учета КПД, просто солнечную энергию!
Площадь пустыни Сахара больше в 10 раз и такие солнечные панели без труда можно было бы разместить там. И инсоляция там хорошая, правда случаются пылевые бури, после которых надо чистить солнечные панели!))
Но на пути реализации этого проекта стоит стоимость и невозможность передавать электроэнергию на большие расстояния.
Именно это является причиной почему озвучиваются мечты о водородной энергетике.
Сколько нужно денег?
Оценим стоимость необходимого количества солнечных панелей.
Будем отталкиваться от стоимости в 4000 рублей за 100 номинальных ватт[1].
КПД, как отмечалось выше, уже учтен в характеристиках этой панели. А вот КИУМ нет.
Тогда 4000 рублей стоит 17 Ватт (КИУМ 17%) круглосуточной круглогодичной выработки и:
556*10¹⁸/(17*3,1*10⁷)*4000 = 4200 трлн рублей или $55 трлн. (курс 75)
Напомню, что нашумевший инфраструктурный план США составляет $2,3 трлн.
И это еще не посчитана стоимость монтажа и эксплуатации. И, как отмечалось выше, совершенно непонятно как оттуда транспортировать электричество (энергию).
Надеюсь, я нигде не ошибся в количестве ноликов 😊 и теперь не у кого не возникнет путаницы с цифрами и при обсуждении солнечных панелей.
_________________________
☢ Алексей (тему #экономика_и_энергетика_Беседка бережно передаю на ведение моему мужу, тем более что статьи на эту тематику мы писали вместе)
Ссылки и источники: