Solární auta: proč je ještě nemáme?

12.2.2018, Milan Šurkala, článek

Automobilky se předhání v tom, kdo představí více hybridů a elektromobilů. Mnozí si jistě pokládají otázku, proč elektromobily berou elektřinu z elektráren a nevyrábí si ji sami pomocí solárních panelů. Dnes se podíváme, zda by něco takového bylo možné.

Kapitoly článku:

Abychom mohli vůbec něco spočítat nebo odhadnout, musíme nejprve zjistit, kolik energie je vůbec takový solární panel schopen vyprodukovat v českých podmínkách. Aby byly výsledky pokud možno co nejvíc validní, zkusíme se na to podívat z různých pohledů. Jistě to znáte, zatímco jeden článek tvrdí jednu věc, druhý pak přináší čísla zdánlivě úplně jiná. Pokud si člověk nedá pozor, co vlastně z čeho počítá, mohou mu vyjít naprosto rozdílné výsledky. Toho se zkusíme vyvarovat právě vícenásobným výpočtem téhož na základě různých postupů.

Dům se solárními taškami od Tesly

Jak již bylo naznačeno v předchozí kapitole, např. druhá generace Priusu měla panely s 16,5% účinností, SolarCity Elona Muska pak využívá panely s účinností 22 %. My se upíchneme někde uprostřed a počítejme s 20% účinností. To platí pro předpoklad kolmého svitu přímo na panel, přičemž Slunce na zem dodává při kolmém svitu 1000 W/m2. Náš teoretický 1m2 panel s 20% účinností má tedy výkon 200 W. S ním tedy počítejme dál třemi různými způsoby.

Pojďme se na to podívat nejprve čistě selským rozumem a odhady. V České republice máme denní průměr svitu Slunce lehce pod 5 hodinami (např. v Ostravě je to 4,7 hodiny). Zbývající čas bývá zataženo nebo Slunce z různých důvodů nesvítí v plné síle. I v takových podmínkách ale solární panely dokáží světlo přetvářet na elektrickou energii, jde ale spíše o desetiny původního množství (zbytek dne se zataženou oblohou by se dal přirovnat k další hodině plného svitu Slunce). Nepřehánějme to s optimismem a počítejme s 5,5 hodinami svitu denně (4,7 hodiny slunečního svitu a + 15% za energii sesbíranou ještě v průběhu dne, kdy je slunce za mraky).

Protože Slunce ale nesvítí celý den kolmo na panel, ale v průběhu dne je šikmo (ráno a večer), je nutné počítat s mnohem menší energií, které by mohlo vůbec panelu dodat. První problém je v jeho poloze na obloze (ráno je mnohem níže než v poledne). Tato změna polohy Slunce v průběhu dne nás dostane asi na 60 % energie. To, že jsme na zhruba 50. rovnoběžce a nikoli v okolí rovníku, ubere přibližně dalších 20 % ze zbytku, takže jsme na plus minus 50 % toho, co by Slunce bylo schopno dodat, kdyby svítilo pořád kolmo.

Dejme si to tedy dohromady. Pokud náš panel dává teoreticky výkon 200 W při kolmém svitu Slunce, pak vzhledem k jeho putování po obloze a naší poloze na Zemi bude jeho průměrný denní výkon jen zhruba výše zmíněných 50 %, tedy okolo 100 W. Průměrný den u nás znamená 5,5 hodiny svitu Slunce, takže dokážeme nasbírat 550 Wh za průměrný český den. V léta za jasného počasí to bude mnohem více, naopak v zimě za zamračeného počasí to budou tak malé zlomky, že to nebude stát ani za řeč. Průměrně jsme ale na oněch 550 Wh na metr čtvereční. Za rok, který má 365 dní, se dostáváme k číslu 201 kWh z jednoho m2.

Solární mapa České republiky (zdroj: isofenergy.cz)

Asi si řeknete, že naše čísla jsou zatížena tolika "zhruba" a zaokrouhleními, že už vůbec nemohou být přesná. Proto si to můžeme zkontrolovat něčím, co všechna tato "zhruba" zahrnuje, průměrnou hodnotou slunečního záření za rok. Na ČR za rok průměrně "dopadne" 900 až 1350 kWh slunečního záření za rok, průměr je 1080 kWh/m2, to tedy už zahrnuje všechny změny pozice Slunce v průběhu dne i naklonění zeměkoule, neboť jde o výsledné záření, které pod těmito úhly dostalo na zem.

Pokud tedy máme náš panel s plochou 1 m2, dopadne na něj přes 1080 kWh ročně. Při 20% efektivitě panelu jsme dostali číslo 216 kWh za rok. To je dokonce o něco více než všechna naše "zhruba", která jsme odhadli na 201 kWh. Jak vidíme, naše výpočty a odhady byly poměrně přesné a patrně jsme na správné stopě. Pojďme si to pro jistotu zkontrolovat ještě jednou.

Autor: TrickyH [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], přes Wikimedia Commons

Není nic jednoduššího, než se podívat na instalovaný výkon českých solárních elektráren a na množství energie, které skutečně vyrobily. V roce 2016 byl jejich instalovaný výkon v průměru přibližně 2060 MW (od 2047 do 2073 MW). Za toto období vyrobily 2128 GWh energie, takže každý instalovaný MW vyrobil 1,03 GWh. Analogicky můžeme říci, že každý instalovaný W vygeneruje ročně 1,03 kWh. Pokud tedy máme náš 1m2 panel s výkonem 200 W, pak by v českých podmínkách měl vyrobit 206 kWh.

Zde by bylo dobré podotknout, že solární elektrárny jsou obvykle natočeny a do značné míry eliminují nevýhodu naší polohy, takže být naplocho jako v předchozích dvou případech, byla by produkce elektřiny o něco nižší. V ideálním případě to může být rozdíl až k 15-20 %, nicméně ne všechny elektrárny jsou položeny naprosto ideálně pro naše podmínky, tak počítejme s trochu menším rozdílem 10-15 %. Z 206 kWh se tak dostaneme někam ke 180 kWh.

Máme zde tedy tři různé odhady množství energie je jednoho metru čtverečního panelu s 20% účinností. Tato čísla byla 216, 201 a 180 kWh. Jak sami vidíte, jsou poměrně blízko u sebe a napovídají, že tady skutečně bude asi pravda. Dohodněme se, že pro další výpočty zvolíme zlatou střední cesta a pro každý instalovaný watt budeme počítat s 1 kWh vygenerovanou za rok. Tedy předpokládejme, že náš 200W 1m2 panel za rok v českých podmínkách vygeneruje 200 kWh energie.