Calcule o custo e a economia de energia solar em locais fora dos EUA

Esta seção descreve como fazer os cálculos que permitem determinar a melhor configuração solar para famílias em locais fora dos EUA. Para calcular as recomendações, você precisa modelar os custos de instalação de painéis solares e a economia que eles proporcionam usando os dados de uma resposta da API Solar.

Para locais nos EUA, a API Solar retorna uma instância do objeto FinancialAnalysis para cada conta de luz no local de entrada. Você usa as informações nesses casos para determinar a conta, o consumo de energia e, por fim, a economia associada a cada tamanho de instalação solar.

Para locais fora dos EUA, a resposta da API não inclui as instâncias de FinancialAnalysis. Portanto, você precisa calcular o custo e a economia de cada configuração solar antes de recomendar a melhor. Para realizar os cálculos, você precisa reunir dados específicos do local e seguir as orientações deste documento.

Você pode modelar os cálculos com base nos cálculos que a API Solar usa para locais nos EUA. Para uma explicação desses cálculos, consulte Calcular a economia de custos (EUA).

Configurações de painéis solares

Para locais fora dos EUA, as informações sobre cada configuração de painel solar necessária para a análise financeira são fornecidas no campo SolarPanelConfig. O número de instâncias SolarPanelConfig retornadas depende do tamanho do telhado do local de entrada. Para seus cálculos, você precisa dos valores dos dois campos a seguir:

• panelsCount: o número de painéis usados nessa configuração.
• yearlyEnergyDcKwh: a quantidade de energia solar, em kWh de eletricidade CC, que essa configuração produz ao longo de um ano, considerando o tamanho do painel definido pelos seguintes campos no objeto SolarPotential:
  • panelHeightMeters: a altura do painel em metros.
  • panelWidthMeters: a largura do painel em metros.
  • panelCapacityWatts: a potência do painel em watts.

O exemplo a seguir mostra uma instância do objeto SolarPanelConfig no campo solarPanelConfigs em uma resposta de solicitação:

  "solarPanelConfigs": [
      {
        "panelsCount": 4,
        "yearlyEnergyDcKwh": 1709.2424,
        "roofSegmentSummaries": [
          {
            "pitchDegrees": 16.253168,
            "azimuthDegrees": 169.41516,
            "panelsCount": 4,
            "yearlyEnergyDcKwh": 1709.2424
          }
        ]
      }
  ]

Para instalações solares, installationSize se refere à saída de kW, e não à contagem de área ou painel, e é definido como:

installationSize = panelsCount * panelCapacityWatts/1000 kW

Ajustar as estimativas de produção de energia para diferentes classificações de painel

Para calcular o valor de yearlyEnergyDcKwh, a API Solar usa a taxa de potência no campo panelCapacityWatts, que atualmente é de 250 W.

Se você precisar usar uma classificação de energia de painel diferente nos cálculos, e as dimensões dos painéis forem aproximadamente comparáveis aos valores nos campos panelHeightMeters e panelWidthMeters, ajuste os cálculos multiplicando o valor retornado pela API no campo yearlyEnergyDcKwh pela proporção da sua classificação de potência em panelCapacityWatts.

Por exemplo, se a potência dos painéis for 400 W e panelCapacityWatts for 250 W, multiplique o valor de yearlyEnergyDcKwh, que a API calculou usando panelCapacityWatts, por um fator de 400/250, ou 1,6. Se a classificação de potência do painel for 200 W, multiplique yearlyEnergyDcKwh por 200/250, ou 0,8.

Produção excessiva de energia

Contabilizar o excesso de energia produzida por uma instalação solar está fora do escopo dos cálculos da API Solar. Na verdade, se a API Solar retornar várias instâncias SolarPanelConfig possíveis para uma determinada família, a API Solar não vai considerar resultados ou configurações que produzam mais energia do que a média estimada de consumo doméstico dos EUA em FinancialAnalysis.

No entanto, você pode ter motivos para incluir nas recomendações instalações que produzem excesso de eletricidade. Por exemplo, convém compensar a queda gradual na eficiência do painel (o efficiencyDepreciationFactor) permitindo o excesso de produção na primeira parte da vida útil de uma instalação. Para mais informações, consulte Valores obrigatórios para análise financeira.

Sejam quais forem os motivos, se você incluir instalações solares que produzem excesso de eletricidade nos seus cálculos, esteja ciente de que os cálculos explicados aqui não abrangem esse cenário.

Valores obrigatórios para análise financeira para locais fora dos EUA

Para cada instância de SolarPanelConfig na resposta da API, serão necessários dois valores para realizar a análise financeira dela:

• panelsCount:o número de painéis solares em uma instalação. Esse valor é usado no cálculo de installationSize.
• yearlyEnergyDcKwh:quanta energia solar um layout captura ao longo de um ano em kWh de eletricidade CC, considerando um panelsCount específico. Use esse valor no cálculo da energia solar que pode ser usada como eletricidade CA em uma casa (initialAcKwhPerYear) de cada installationSize, considerando qualquer perda de energia durante a conversão de CC para CA.

Além disso, é necessário coletar valores específicos de local para as seguintes variáveis que você usará nos cálculos:

• billCostModel():o modelo para determinar o custo, na moeda local, pago por uma família por usar um determinado número de kWh. A cobrança pela eletricidade pode variar de um dia para o outro ou de hora a hora, dependendo de fatores como demanda, hora do dia e quanta eletricidade a casa consome. Talvez seja necessário estimar um custo médio.
• costIncreaseFactor:o fator que leva ao aumento anual do custo da eletricidade. A API Solar usa 1,022 (aumento anual de 2,2%) para locais nos EUA. Ajuste esse valor conforme necessário para sua área.
• dcToAcDerate: a eficiência com que um inversor converte a eletricidade CC produzida pelos painéis solares para a eletricidade CA usada em uma casa. A API Solar usa 85% para locais nos EUA. Ajuste esse valor conforme necessário para sua área.
• discountRate: a API Solar usa 1,04 (aumento anual de 4%) para locais nos EUA. Ajuste esse valor conforme necessário para sua área.
• efficiencyDepreciationFactor:é o quanto a eficiência dos painéis solares diminui a cada ano. A API Solar usa 0,995 (redução anual de 0,5%) para locais nos EUA. Ajuste esse valor conforme necessário para sua área.
• incentivos:incluem todos os incentivos monetários para a instalação de painéis solares fornecidos por entidades governamentais na sua área.
• installationCostModel():o método para estimar o custo da instalação de energia solar na moeda local para um determinado installationSize. O modelo de custo normalmente contabiliza os custos locais de mão de obra e material para um determinado installationSize.
• installationLifeSpan:a vida útil esperada da instalação solar. A API Solar usa 20 anos. Ajuste esse valor conforme necessário para sua área.
• kWhConsumptionModel():seu modelo para determinar quanta energia uma família consome com base em uma conta mensal. Na forma mais simples, você dividiria a fatura pelo custo médio de um kWh no local da residência.
• monthlyBill: a média mensal de conta de luz de uma casa.
• monthlyKWhEnergyConsumption:estimativa da quantidade média de eletricidade que a casa consome em um determinado local em um mês, medida em kWh.

Com esses valores e as informações fornecidas pela resposta da API, é possível realizar os cálculos necessários para recomendar o melhor installationSize para locais não cobertos pela API Solar.

Etapas do cálculo

As etapas a seguir têm como base a metodologia da API Solar. Talvez seja necessário ajustar sua metodologia com base nas informações disponíveis para seu local.

1. Calcule o consumo anual de energia da casa no local de entrada:

   1. Faça uma estimativa ou solicite a fatura mensal da sua casa.
   2. Calcule o monthlyKWhEnergyConsumption na fatura mensal. Se você conhece o monthlyKWhEnergyConsumption, pule esta etapa. Exemplo:

   monthlyKWhEnergyConsumption = kWhConsumptionModel(monthlyBill)

   1. Calcule annualKWhEnergyConsumption multiplicando monthlyKWhEnergyConsumption por 12:

   annualKWhEnergyConsumption = monthlyKWhEnergyConsumption x 12

2. Receba a resposta da API para a família de destino:

   https://solar.googleapis.com/v1/buildingInsights:findClosest?location.latitude=lat-number&location.longitude=long-number&key=yourAPIKey
   

   A resposta inclui luz solar utilizável, espaço útil no telhado e uma ou mais configurações possíveis de painel solar.

3. Calcule a produção anual de energia solar CA de cada installationSize proposta pela API multiplicando o valor de yearlyEnergyDcKwh fornecido pela API em cada instância SolarPanelConfig por seu dcToAcDerate local:

   initialAcKwhPerYear = yearlyEnergyDcKwh x dcToAcDerate

4. Como alternativa, remova de consideração qualquer instância SolarPanelConfig que produza mais eletricidade do que a família consome anualmente (initialAcKwhPerYear > annualKWhEnergyConsumption).

5. Calcule a produção de energia solar durante o ciclo de vida (LifetimeProductionAcKwh) de cada installSize retornado:

   1. Para cada ano da vida útil da instalação solar, calcule a quantidade de eletricidade que a instalação produzirá anualmente, aplicando o efficiencyDepreciationFactor exponencialmente a cada ano após o primeiro.
   2. Adicione os totais de todos os anos.

   A tabela a seguir mostra um exemplo de como calcular a produção de energia durante a vida útil, supondo um installationLifeSpan de 20 anos. Cada linha representa um ano de produção. Após o primeiro ano, a queda na eficiência é aplicada exponencialmente. Por fim, a soma de todas as linhas é a produção de energia em todo o ciclo de vida da instalação solar.

   Ano	Produção anual de energia solar (kWh)
   1	initialAcKwhPerYear
   2	+ initialAcKwhPerYear x efficiencyDepreciationFactor
   :	:
   20	+ initialAcKwhPerYear x efficiencyDepreciationFactor^19
   Total	LifetimeProductionAcKwh

Como a eficiência do painel solar diminui a uma taxa constante, ele é essencialmente uma série geométrica em que a = initialAcKwhPerYear e r = efficiencyDepreciationFactor. Podemos usar uma soma geométrica para calcular o LifetimeProductionAcKwh:

LifetimeProductionAcKwh = (dcToAcDerate * initialAcKwhPerYear * (1 - pow(efficiencyDepreciationFactor, installationLifeSpan)) / (1 - efficiencyDepreciationFactor))

O código Python a seguir calcula a soma geométrica acima:

def LifetimeProductionAcKwh(
    dcToAcDerate,
    yearlyEnergyDcKwh,
    efficiencyDepreciationFactor,
    installationLifeSpan):
  return (
    dcToAcDerate *
    yearlyEnergyDcKwh *
    (1 - pow(
      efficiencyDepreciationFactor,
      installationLifeSpan)) /
    (1 - efficiencyDepreciationFactor))

1. Para cada installationSize retornado, calcule o custo da vida útil do consumo de energia se a installationSize estiver instalada:

   1. Para cada ano da vida útil da instalação solar, calcule o custo da eletricidade que a família precisará comprar anualmente para cobrir o consumo de energia não atendido pela energia solar. Use os valores de annualKWhEnergyConsumption e initialAcKwhPerYear que você calculou anteriormente. Para cada ano após o primeiro ano, aplique efficiencyDepreciationFactor, costIncreaseFactor e discountRate aos valores.
   2. Adicione os totais de todos os anos.

   A tabela a seguir mostra um exemplo de como calcular o custo da vida útil da eletricidade. Cada linha representa o custo da eletricidade por um ano no ciclo de vida da instalação solar. Após o primeiro ano, o aumento no custo de eletricidade e a taxa de desconto são aplicados exponencialmente. Por fim, a soma de todas as linhas é o custo da vida útil da eletricidade com a instalação solar.

   Ano	Conta de consumo anual no valor atual da moeda local (USD) (annualUtilityBillEstimate)
   1	annualUtilityBillEstimateYear1 = billCostModel (yearlyKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear)
   2	annualUtilityBillEstimateYear2 = billCostModel (yearlyKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear x efficiencyDepreciationFactor) x costIncreaseFactor / discountRate
   :	:
   20	annualUtilityBillEstimateYear20 = billCostModel (yearlyKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear x efficiencyDepreciationFactor19) x costIncreaseFactor19 / discountRate19
   Total	remainingLifetimeUtilityBill

O código Python a seguir retorna uma matriz de annualUtilityBillEstimate para cada ano de installationLifeSpan:

def annualUtilityBillEstimate(
    yearlyKWhEnergyConsumption,
    initialAcKwhPerYear,
    efficiencyDepreciationFactor,
    year,
    costIncreaseFactor,
    discountRate):
  return (
    billCostModel(
      yearlyKWhEnergyConsumption -
      annualProduction(
        initialAcKwhPerYear,
        efficiencyDepreciationFactor,
        year)) *
    pow(costIncreaseFactor, year) /
    pow(discountRate, year))

def lifetimeUtilityBill(
    yearlyKWhEnergyConsumption,
    initialAcKwhPerYear,
    efficiencyDepreciationFactor,
    installationLifeSpan,
    costIncreaseFactor,
    discountRate):
  bill = [0] * installationLifeSpan
  for year in range(installationLifeSpan):
    bill[year] = annualUtilityBillEstimate(
      yearlyKWhEnergyConsumption,
      initialAcKwhPerYear,
      efficiencyDepreciationFactor,
      year,
      costIncreaseFactor,
      discountRate)
  return bill

1. Calcule o custo da vida útil da eletricidade se uma instalação solar não estiver instalada:

   1. Para cada ano da vida útil da instalação solar, calcule o custo da eletricidade que a família precisará comprar anualmente se a energia solar não estiver instalada. Use o valor para monthlyBill. Para cada ano após o primeiro, aplique o costIncreaseFactor e os valores de discountRate para monthlyBill.
   2. Adicione os totais de todos os anos.

   A tabela a seguir mostra um exemplo de como calcular o custo da vida útil da eletricidade sem energia solar. Cada linha representa o custo da eletricidade de um ano ao longo do mesmo número de anos que a vida útil de uma instalação solar. Após o primeiro ano, o aumento no custo de eletricidade e a taxa de desconto são aplicados exponencialmente. Por fim, a soma de todas as linhas é o custo da vida útil da eletricidade sem instalação solar.

   Ano	Conta de consumo anual no valor atual na moeda local
   1	annualBill = monthlyBill x 12
   2	annualBill = monthlyBill x 12 x costIncreaseFactor / discountRate
   :	:
   20	annualBill = monthlyBill x 12 x costIncreaseFactor19 / discountRate19
   Total	costOfElectricityWithoutSolar

O código a seguir executa o cálculo acima:

lifetimeBill = (
    monthlyBill * 12 *
    (1 - pow(costIncreaseFactor / discountRate, installationLifeSpan)) /
    (1 - costIncreaseFactor / discountRate))

1. Para cada tamanho de instalação, calcule o custo da instalação:

   installationCost = installationCost(installationSize)

2. Adicione os incentivos monetários disponíveis para a unidade da família.

3. Para cada tamanho de instalação, calcule os custos totais associados à instalação:

   totalCostWithSolar = installationCost + remainingLifetimeUtilityBill - incentives

4. Para cada tamanho de instalação, calcule a economia total associada à instalação de energia solar:

   savings = costOfElectricityWithoutSolar - totalCostWithSolar

5. Selecione o tamanho de instalação que gera mais economia.

Quando seus cálculos forem concluídos

Usando as informações fornecidas, as informações retornadas pela API Solar e os cálculos acima, é possível recomendar tamanhos de instalação solar que proporcionam a economia máxima de custos para as famílias na sua área.

Nas recomendações fornecidas ao usuário final, também é possível incluir as seguintes informações retornadas pela API no objeto SolarPotential do campo solarPotential:

• Quanta luz solar utilizável uma casa recebe anualmente, que é retornada no campo maxSunshineHoursPerYear do objeto SolarPotential.
• Quantos metros quadrados de um telhado podem ser usados para uma instalação solar, que é retornado no campo wholeRoofStats do objeto SolarPotential.
• A média mensal da conta de luz da casa.