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zoom RSS 太陽光発電の面積を考える

<<   作成日時 : 2011/03/29 19:26   >>

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自然エネルギーの代表の一つ、太陽光発電ですが、いったいどのくらいの面積が必要になるのか。おおまかに評価してみましょう。

太陽からのエネルギーを示す太陽定数は1.366kW/m2ですが、これは大気圏外で太陽光に垂直な面が受けるエネルギーです。このうち地表まで届くのは約58%なので太陽電池の発電効率を30%として、発電量は0.238kW/m2です。

しかし、地軸が傾いている上に地球は球面ですから、夏至の南中時でも地面に垂直に太陽光が当たることはありません。

東京の夏至の南中時の太陽の高度は約78度ですが、電力使用のピークとなる8月半ばには68度くらいまで下がっています。従って、単位面積あたりの発電量はsin68度をかけて0.220kW/m2になります。運良くピーク時に快晴になっているとして、100万kWの発電をするためには4.5km2の面積を太陽電池で埋め尽くす必要があります。


実際の原子力はベース電力を賄っているので、これの代替をするためには一日、一年平均の発電量が問題になります。太陽は上がったり下がったりしますし高度も日ごとに変わりますから、平均発電量を計算します。太陽高度は国立天文台のサイトで計算できますからこれを使います。

夏至の日の太陽高度から計算すると、夜も含めて平均した電力は0.0868kW/m2にしかなりません。冬至の場合は0.0317kW/m2です。一年平均すると0.0593kW/m2です。いかに晴れの日が多い関東でも曇りや雨の日はありますから、実際の平均発電量はこの6割くらいでしょう。それに朝夕の太陽が赤く見えるように、大気中でのエネルギーの減衰は大きくなりますし。

いずれにせよ、一年快晴としても平均すると0.0593kW/m2ということは100万kWの発電所を作るには16.9km2の面積が必要になります。天候の影響で3割効率が悪化すると仮定すると24.1km2必要になります。

また、電力の安定化のためには大規模な蓄電装置が必要でしょう。風力発電でも大容量バッテリーを使用していますが、おそらく同様の措置が必要になるでしょう。一方で、トヨタプリウスの環境性能を批判する時に持ちだされる理屈は「大量のバッテリーを作るエネルギーやその際に放出される二酸化炭素を考えると環境は却って悪い」という論です。太陽光発電に限らず自然エネルギーによる電力安定化のために大量のバッテリーを使えば、同じ批判が生じるはずです。太陽光の場合には太陽電池表面の清掃も問題でしょうけど。

そもそもこんな大面積を日陰にして、自然環境や生態系に何も影響が生じないとは到底考えられませんが。

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