Solarkosten und -einsparungen für Standorte außerhalb der USA berechnen

Entwickler im Europäischen Wirtschaftsraum (EWR)

In diesem Abschnitt wird beschrieben, wie Sie die Berechnungen durchführen, mit denen Sie die beste Solarkonfiguration für Haushalte an Standorten außerhalb der USA ermitteln können. Um die Empfehlungen zu berechnen, müssen Sie die Kosten für die Installation von Solarmodulen und die Einsparungen, die sie ermöglichen, anhand der Daten aus einer Solar API-Antwort modellieren.

Für Standorte in den USA gibt die Solar API für jede Stromrechnungsgröße für den Eingabestandort eine Instanz des Objekts FinancialAnalysis zurück. Anhand dieser Informationen können Sie die Rechnung, den Energieverbrauch und letztendlich die Einsparungen ermitteln, die mit jeder Größe der Solaranlage verbunden sind.

Für Standorte außerhalb der USA enthält die API-Antwort nicht die FinancialAnalysis-Instanzen. Sie müssen die Kosten und Einsparungen für jede Solarkonfiguration selbst berechnen, bevor Sie die beste empfehlen können. Für die Berechnungen müssen Sie standortspezifische Daten erfassen und die Anleitung in diesem Dokument befolgen.

Sie können Ihre Berechnungen an den Berechnungen orientieren, die von der Solar API für Standorte in den USA verwendet werden. Eine Erläuterung dieser Berechnungen finden Sie unter Kosteneinsparungen berechnen (USA).

Konfigurationen von Solarmodulen

Für Standorte außerhalb der USA finden Sie die Informationen zu jeder Solarmodulkonfiguration, die Sie für die Finanzanalyse benötigen, im Feld SolarPanelConfig. Die Anzahl der zurückgegebenen SolarPanelConfig-Instanzen hängt von der Dachgröße des Eingabestandorts ab. Für Ihre Berechnungen benötigen Sie die Werte aus den folgenden beiden Feldern:

  • panelsCount: Die Anzahl der Panels, die in dieser Konfiguration verwendet werden.
  • yearlyEnergyDcKwh: Die Menge an Solarenergie in kWh Gleichstrom, die mit dieser Konfiguration im Laufe eines Jahres erzeugt wird, unter Berücksichtigung der durch die folgenden Felder im SolarPotential-Objekt definierten Größe des Solarmoduls:

Das folgende Beispiel zeigt eine Instanz des SolarPanelConfig-Objekts im Feld solarPanelConfigs in einer Antwort auf eine Anfrage:

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

Bei Solaranlagen bezieht sich installationSize auf die kW-Leistung und nicht auf die Fläche oder die Anzahl der Module. Sie wird so definiert:

installationSize = panelsCount * panelCapacityWatts/1000 kW

Schätzungen der Energieerzeugung für verschiedene Modulnennleistungen anpassen

Zur Berechnung des Werts yearlyEnergyDcKwh wird in der Solar API die Nennleistung im Feld panelCapacityWatts verwendet, die derzeit 400 W beträgt.

Wenn Sie in Ihren Berechnungen eine andere Nennleistung für das Panel verwenden müssen und die Abmessungen der Panels in etwa mit den Werten in den Feldern panelHeightMeters und panelWidthMeters vergleichbar sind, können Sie Ihre Berechnungen anpassen, indem Sie den von der API im Feld yearlyEnergyDcKwh zurückgegebenen Wert mit dem Verhältnis Ihrer Nennleistung zum Wert in panelCapacityWatts multiplizieren.

Wenn die Nennleistung Ihrer Module beispielsweise 500 W und panelCapacityWatts 400 W beträgt, multiplizieren Sie den Wert von yearlyEnergyDcKwh, den die API mit panelCapacityWatts berechnet hat, mit dem Faktor 500/400 oder 1,25. Wenn die Nennleistung Ihres Panels 200 W beträgt, multiplizieren Sie yearlyEnergyDcKwh mit 200/400 oder 0, 5.

Überschüssige Energieerzeugung

Die Berechnung von überschüssiger Energie, die möglicherweise durch eine Solaranlage erzeugt wird, ist nicht Teil der Solar API-Berechnungen. Wenn die Solar API mehrere mögliche SolarPanelConfig-Instanzen für einen bestimmten Haushalt zurückgibt, werden Ergebnisse oder Konfigurationen, die mehr Strom erzeugen als der angenommene durchschnittliche US-Haushaltsverbrauch im FinancialAnalysis, nicht berücksichtigt.

Es kann jedoch Gründe geben, warum Sie Installationen, die überschüssigen Strom erzeugen, in Ihre Empfehlungen aufnehmen möchten. Beispielsweise können Sie den allmählichen Rückgang der Paneeleffizienz (efficiencyDepreciationFactor) ausgleichen, indem Sie in der ersten Phase der Lebensdauer einer Anlage eine Überproduktion zulassen. Weitere Informationen finden Sie unter Erforderliche Werte für die Finanzanalyse.

Wenn Sie in Ihre Berechnungen Solaranlagen einbeziehen, die überschüssigen Strom erzeugen, sollten Sie sich bewusst sein, dass die hier beschriebenen Berechnungen dieses Szenario nicht abdecken.

Erforderliche Werte für die Finanzanalyse für Standorte außerhalb der USA

Für jede SolarPanelConfig-Instanz in der API-Antwort benötigen Sie zwei Werte, um die Finanzanalyse für diese Instanz durchzuführen:

  • panelsCount:Die Anzahl der Solarmodule in einer Anlage. Sie verwenden diesen Wert bei der Berechnung von installationSize.
  • yearlyEnergyDcKwh:Die Menge an Solarenergie, die ein Layout im Laufe eines Jahres in kWh Gleichstrom bei einer bestimmten panelsCount erfasst. Sie verwenden diesen Wert bei der Berechnung der Solarenergie, die als Wechselstrom in einem Haushalt (initialAcKwhPerYear) jedes installationSize genutzt werden kann. Dabei berücksichtigen Sie alle Energieverluste bei der Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom.

Außerdem müssen Sie standortspezifische Werte für die folgenden Variablen erfassen, die Sie in den Berechnungen verwenden:

  • billCostModel():Ihr Modell zur Bestimmung der Kosten in lokaler Währung, die ein Haushalt für die Nutzung einer bestimmten Anzahl von kWh bezahlt. Wie viel ein Energieversorger für Strom berechnet, kann je nach Faktoren wie Nachfrage, Tageszeit und Stromverbrauch des Haushalts von Tag zu Tag oder Stunde zu Stunde variieren. Möglicherweise müssen Sie die durchschnittlichen Kosten schätzen.
  • costIncreaseFactor:Der Faktor, um den die Stromkosten jährlich steigen. Für die Solar API wird für Standorte in den USA der Wert 1,022 (2,2 % jährliche Steigerung) verwendet. Passen Sie diesen Wert nach Bedarf für Ihre Region an.
  • dcToAcDerate:Der Wirkungsgrad, mit dem ein Wechselrichter den von den Solarmodulen erzeugten Gleichstrom in den in einem Haushalt verwendeten Wechselstrom umwandelt. Für US-Standorte werden 85 % verwendet. Passen Sie diesen Wert nach Bedarf für Ihre Region an.
  • discountRate:Für Standorte in den USA wird in der Solar API der Wert 1,04 (4 % jährliche Steigerung) verwendet. Passen Sie diesen Wert nach Bedarf für Ihre Region an.
  • efficiencyDepreciationFactor:Wie stark die Effizienz der Solarmodule jedes Jahr abnimmt. Für die Solar API wird für Standorte in den USA der Wert 0,995 (0,5 % jährliche Abnahme) verwendet. Passen Sie diesen Wert nach Bedarf für Ihre Region an.
  • Förderungen:Geben Sie alle finanziellen Anreize für die Installation von Solarmodulen an, die von staatlichen Stellen in Ihrer Region angeboten werden.
  • installationCostModel():Ihre Methode zum Schätzen der Kosten für die Installation von Solaranlagen in lokaler Währung für eine bestimmte installationSize. Im Kostenmodell werden in der Regel die lokalen Arbeits- und Materialkosten für ein bestimmtes installationSize berücksichtigt.
  • installationLifeSpan:Die erwartete Lebensdauer der Solaranlage. Für die Solar API wird ein Zeitraum von 20 Jahren verwendet. Passen Sie diesen Wert nach Bedarf für Ihre Region an.
  • kWhConsumptionModel():Ihr Modell zur Bestimmung des Energieverbrauchs eines Haushalts anhand einer monatlichen Rechnung. In der einfachsten Form würden Sie die Rechnung durch die durchschnittlichen Kosten für eine Kilowattstunde am Standort des Haushalts teilen.
  • monthlyBill:Die durchschnittliche monatliche Stromrechnung für einen Haushalt.
  • monthlyKWhEnergyConsumption:Eine Schätzung des durchschnittlichen Stromverbrauchs des Haushalts an einem bestimmten Ort in einem Monat, gemessen in kWh.

Mit diesen Werten und den Informationen aus der API-Antwort können Sie die Berechnungen durchführen, die erforderlich sind, um die beste installationSize für Standorte zu empfehlen, die nicht von der Solar API abgedeckt werden.

Berechnungsschritte

Die folgenden Schritte basieren auf der Methodik der Solar API. Möglicherweise müssen Sie Ihre Methodik an die für Ihren Standort verfügbaren Informationen anpassen.

  1. Berechne den jährlichen Energieverbrauch des Haushalts am Eingabeort:

    1. Die monatliche Rechnung für den Haushalt schätzen oder anfordern
    2. Berechne den monthlyKWhEnergyConsumption anhand der monatlichen Rechnung. Wenn Sie den monthlyKWhEnergyConsumption kennen, können Sie diesen Schritt überspringen. Beispiel:

    monthlyKWhEnergyConsumption = kWhConsumptionModel(monthlyBill)

    1. Berechnen Sie annualKWhEnergyConsumption, indem Sie monthlyKWhEnergyConsumption mit 12 multiplizieren:

    annualKWhEnergyConsumption = monthlyKWhEnergyConsumption × 12

  2. API-Antwort für den Zielhaushalt abrufen:

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

    Die Antwort enthält Informationen zu nutzbarem Sonnenlicht, nutzbarer Dachfläche und einer oder mehreren möglichen Konfigurationen von Solarmodulen.

  3. Berechnen Sie die jährliche Wechselstromproduktion der Solarenergie für jede installationSize, die von der API vorgeschlagen wird, indem Sie den von der API in jeder SolarPanelConfig-Instanz bereitgestellten yearlyEnergyDcKwh-Wert mit Ihrem lokalen dcToAcDerate multiplizieren:

    initialAcKwhPerYear = yearlyEnergyDcKwh × dcToAcDerate

  4. Optional: Entfernen Sie alle SolarPanelConfig-Instanzen, die mehr Strom erzeugen, als der Haushalt jährlich verbraucht (initialAcKwhPerYear > annualKWhEnergyConsumption).

  5. Berechne die Solarstromerzeugung über die Lebensdauer (LifetimeProductionAcKwh) für jede zurückgegebene installationSize:

    1. Berechne für jedes Jahr der Lebensdauer der Solaranlage die jährlich produzierte Strommenge, indem du den efficiencyDepreciationFactor exponentiell auf jedes Jahr nach dem ersten anwendest.
    2. Addieren Sie die Gesamtsummen für alle Jahre.

    In der folgenden Tabelle sehen Sie ein Beispiel für die Berechnung der Energieerzeugung über die Lebensdauer bei einer installationLifeSpan von 20 Jahren. Jede Zeile steht für ein Produktionsjahr. Nach dem ersten Jahr wird der Effizienzrückgang exponentiell angewendet. Die Summe aller Zeilen ist die Energieerzeugung der Solaranlage über ihre gesamte Lebensdauer.

    Jahr Jährliche Solarstromerzeugung (kWh)
    1 initialAcKwhPerYear
    2 + initialAcKwhPerYear × efficiencyDepreciationFactor
    : :
    20 + initialAcKwhPerYear × efficiencyDepreciationFactor19
    Gesamt LifetimeProductionAcKwh

Da die Effizienz des Solarpanels mit einer konstanten Rate abnimmt, handelt es sich im Wesentlichen um eine geometrische Reihe, in der a = initialAcKwhPerYear und r = efficiencyDepreciationFactor. Wir können eine geometrische Summe verwenden, um die LifetimeProductionAcKwh zu berechnen:

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

Der folgende Python-Code berechnet die geometrische Summe oben:

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

  1. Berechne für jede zurückgegebene installationSize die Kosten für den Energieverbrauch über die Lebensdauer, wenn die installationSize installiert ist:

    1. Berechne für jedes Jahr der Lebensdauer der Solaranlage die Kosten für den Strom, den der Haushalt jährlich kaufen muss, um den Energieverbrauch zu decken, der nicht durch Solarstrom gedeckt wird. Verwenden Sie die Werte für annualKWhEnergyConsumption und initialAcKwhPerYear, die Sie zuvor berechnet haben. Wenden Sie für jedes Jahr nach dem ersten Jahr den efficiencyDepreciationFactor, den costIncreaseFactor und den discountRate auf die Werte an.
    2. Addieren Sie die Gesamtsummen für alle Jahre.

    In der folgenden Tabelle sehen Sie ein Beispiel für die Berechnung der Stromkosten über die Lebensdauer. Jede Zeile steht für die Stromkosten für ein Jahr während der Lebensdauer der Solaranlage. Nach dem ersten Jahr werden sowohl die erhöhten Stromkosten als auch der Rabattsatz exponentiell angewendet. Die Summe aller Zeilen sind die Stromkosten über die gesamte Lebensdauer mit der Solaranlage.

    Jahr Jährliche Stromrechnung in der aktuellen Landeswährung (USD) (annualUtilityBillEstimate)
    1 annualUtilityBillEstimateYear1 = billCostModel (yearlyKWhEnergyConsumption – initialAcKwhPerYear)
    2 annualUtilityBillEstimateYear2 = billCostModel (yearlyKWhEnergyConsumption – initialAcKwhPerYear × efficiencyDepreciationFactor) × costIncreaseFactor / discountRate
    : :
    20 annualUtilityBillEstimateYear20 = billCostModel (yearlyKWhEnergyConsumption – initialAcKwhPerYear × efficiencyDepreciationFactor19) × costIncreaseFactor19 / discountRate19
    Gesamt remainingLifetimeUtilityBill

Der folgende Python-Code gibt für jedes Jahr des installationLifeSpan ein Array mit annualUtilityBillEstimate zurück:

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. Berechnen Sie die Stromkosten über die Lebensdauer, wenn keine Solaranlage installiert wird:

    1. Berechne für jedes Jahr der Lebensdauer der Solaranlage die Kosten für den Strom, den der Haushalt jährlich kaufen muss, wenn keine Solaranlage installiert ist. Verwenden Sie den Wert für monthlyBill. Wenden Sie für jedes Jahr nach dem ersten Jahr die Werte costIncreaseFactor und discountRate auf monthlyBill an.
    2. Addieren Sie die Gesamtsummen für alle Jahre.

    Die folgende Tabelle zeigt ein Beispiel für die Berechnung der Stromkosten über die Lebensdauer ohne Solaranlage. Jede Zeile steht für die Stromkosten für ein Jahr über die gleiche Anzahl von Jahren wie die Lebensdauer einer Solaranlage. Nach dem ersten Jahr werden sowohl die erhöhten Stromkosten als auch der Rabattsatz exponentiell angewendet. Die Summe aller Zeilen sind die Stromkosten über die gesamte Lebensdauer ohne Solarinstallation.

    Jahr Jährliche Stromrechnung in der aktuellen Landeswährung
    1 annualBill = monthlyBill × 12
    2 annualBill = monthlyBill × 12 × costIncreaseFactor / discountRate
    : :
    20 annualBill = monthlyBill × 12 × costIncreaseFactor19 ÷ discountRate19
    Gesamt costOfElectricityWithoutSolar

Der folgende Code führt die obige Berechnung aus:

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

  1. Installationskosten für jede Installationsgröße berechnen:

    installationCost = localInstallationCostModel(installationSize)

  2. Addieren Sie alle finanziellen Anreize, die für den Standort des Haushalts verfügbar sind.

  3. Berechnen Sie für jede Installationsgröße die Gesamtkosten für die Installation von Solaranlagen:

    totalCostWithSolar = installationCost + remainingLifetimeUtilityBill – incentives

  4. Berechnen Sie für jede Installationsgröße die Gesamteinsparungen, die mit der Installation von Solaranlagen verbunden sind:

    savings = costOfElectricityWithoutSolar – totalCostWithSolar

  5. Wählen Sie die Installationsgröße aus, die die größten Einsparungen ermöglicht.

Wenn Ihre Berechnungen abgeschlossen sind

Anhand der von Ihnen bereitgestellten Informationen, der von der Solar API zurückgegebenen Informationen und der oben genannten Berechnungen sollten Sie in der Lage sein, Solaranlagengrößen zu empfehlen, die Haushalten in Ihrer Region maximale Kosteneinsparungen ermöglichen.

In den Empfehlungen, die Sie Ihren Endnutzern geben, können Sie auch die folgenden Informationen einfügen, die von der API im SolarPotential-Objekt des Felds solarPotential zurückgegeben werden:

  • Wie viel nutzbares Sonnenlicht ein Haus jährlich erhält. Dieser Wert wird im Feld maxSunshineHoursPerYear des SolarPotential-Objekts zurückgegeben.
  • Wie viele Quadratfuß eines Daches für eine Solaranlage genutzt werden können, wird im Feld wholeRoofStats des SolarPotential-Objekts zurückgegeben.
  • Die durchschnittliche monatliche Stromrechnung für den Haushalt.
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