光伏发电需要多大面积才能满足全国用电需求？

　　特斯拉的老总伊隆.马斯克在powerwall的发布会上提到如果满足全美的用电供应，只需要这么一点点光伏板就够了！然后给出这张图。那么，在中国全部采用光伏发电需要多大面积才能满足全国人民的用电需求呢？

　　中国需要多大面积能通过太阳能实现电力需求

　　以下为计算过程

　　设

　　A = 所需面积

　　E= 太阳能板效率

　　H= 日照时长

　　S= 太阳能每单位面积的功率

　　U= 美国全年用电量

　　可得

　　A= U/(S x H x E)

　　假设有85%的时间天气晴朗日光充足，15%的时间为阴天，此时太阳能功率只有10%。每天日照时长取12小时。

　　H = 85% * 365.25天/年* 12小时/天 = 3725小时

　　单位面积接收到的太阳能功率约为 S = 250W / m^2，早晨以及傍晚的低光影响已包含在内。

　　商用太阳能板效率约为 E = 16%

　　A= U/(S x H x E)

　　= U / (250 W/m^2 * 3791 h * 16%)

　　= U / 151.640 GWh/km^2

　　2014 年美国用电量 4,092,935 GWh

　　A = 4,092,935 GWh / 151.640 GWh/km^2

　　= 26,990 km^2

　　预计实际情况 预留+20%面积

　　A' = A * 120% = 32,388 km^2

　　效果如图所示

　　2014 年中国用电量 55233 * 10 ^ 8 kWh [1]，S, H, E数值不变

　　A = 5,523,300 * GWh / 151.640 GWh/m^2

　　= 36,423 km^2

　　同样预留+20%面积

　　A' = A * 120% = 43,708 km^2

　　效果如图所示

　　在东南沿海城市，人口密集，建筑容积率大，屋顶发电无法满足需求，郊外绿地也不宜破坏。因此戈壁滩上的太阳能板，就是中国转型清洁能源的出路啊。

　　P.S.

　　1. 由于太阳在晚上是不出现的，需要储能电池将白天富余的电力储存下来，晚间释放，所需的面积约为矩形中的一个小圆圈，具体比例请看题主所提到的Tesla Energy发布会视频

　　2. 电网传输损耗并未计算在内

　　3. 这是以太阳能板发电代替其他发电厂的估算，完成可持续能源转型还需要将所有内燃机车辆替换为电动车，所需能量并未计算在内。