Calcola i costi e i risparmi dell'energia solare per le località al di fuori degli Stati Uniti

Questa sezione descrive come eseguire i calcoli che ti consentono di determinare la migliore configurazione di energia solare per le nuclei familiari in località al di fuori degli Stati Uniti. Per calcolare i suggerimenti, è necessario modellare i costi di installazione dei pannelli solari e i risparmi che offrono utilizzando i dati di una risposta dell'API Solar.

Per le località negli Stati Uniti, l'API Solar restituisce un'istanza dell'oggetto FinancialAnalysis per ogni dimensione della bolletta elettrica per la località di input. Le informazioni in questi casi vengono utilizzate per determinare la bolletta, il consumo di energia e, in ultima analisi, i risparmi associati a ogni dimensione di impianto solare.

Per le località al di fuori degli Stati Uniti, la risposta dell'API non include le istanze FinancialAnalysis, quindi devi calcolare autonomamente il costo e i risparmi per ogni configurazione solare prima di poter consigliare quella migliore. Per eseguire i calcoli, devi raccogliere dati specifici per località e seguire le indicazioni riportate in questo documento.

Puoi modellare i tuoi calcoli sui calcoli utilizzati dall'API Solar per le località negli Stati Uniti. Per una spiegazione di questi calcoli, consulta Calcolare il risparmio sui costi (USA).

Configurazioni di pannelli solari

Per le località al di fuori degli Stati Uniti, le informazioni sulla configurazione di ogni pannello solare di cui hai bisogno per l'analisi finanziaria sono disponibili nel campo SolarPanelConfig. Il numero di istanze SolarPanelConfig che vengono restituite dipende dalla dimensione del tetto della località di input. Per i calcoli, ti servono i valori dei due campi seguenti:

L'esempio seguente mostra un'istanza dell'oggetto SolarPanelConfig nel campo solarPanelConfigs in una risposta alla richiesta:

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

Per gli impianti solari, il valore installationSize si riferisce alla potenza in kW anziché al numero di aree o pannelli ed è definito come:

installationSize = panelsCount * panelCapacityWatts/1000 kW

Regola le stime della produzione di energia per le diverse classificazioni del pannello

Per calcolare il valore yearlyEnergyDcKwh, l'API Solar utilizza la potenza nel campo panelCapacityWatts, che attualmente è di 250 W.

Se nei calcoli devi utilizzare una classificazione di potenza dei pannelli diversa e le dimensioni dei pannelli sono più o meno paragonabili ai valori dei campi panelHeightMeters e panelWidthMeters, puoi regolare i calcoli moltiplicando il valore restituito dall'API nel campo yearlyEnergyDcKwh per il rapporto tra la potenza nominale e il valore in panelCapacityWatts.

Ad esempio, se la potenza dei tuoi pannelli è 400 W e panelCapacityWatts è 250 W, moltiplica il valore di yearlyEnergyDcKwh, calcolato dall'API utilizzando panelCapacityWatts, per un fattore di 400/250, ovvero 1,6. Se la potenza del pannello è 200 W, moltiplica yearlyEnergyDcKwh per 200/250, ovvero 0,8.

Produzione di energia in eccesso

La presa in considerazione dell'energia in eccesso che potrebbe essere prodotta da un impianto solare non rientra nell'ambito dei calcoli dell'API Solar. Infatti, se l'API Solar restituisce più istanze SolarPanelConfig possibili per un dato nucleo familiare, l'API Solar non prende in considerazione i risultati o le configurazioni che producono più energia rispetto al presunto consumo familiare medio degli Stati Uniti in FinancialAnalysis.

Tuttavia, potresti avere motivi per includere nei suggerimenti installazioni che producono elettricità in eccesso. Ad esempio, potresti voler compensare il calo graduale dell'efficienza del pannello (efficiencyDepreciationFactor) consentendo un eccesso di produzione nella prima parte del ciclo di vita di un'installazione. Per ulteriori informazioni, consulta Valori obbligatori per l'analisi finanziaria.

Qualunque sia la ragione, se includi nei tuoi calcoli impianti solari che producono elettricità in eccesso, tieni presente che i calcoli qui illustrati non includono questo scenario.

Valori obbligatori per l'analisi finanziaria per le località al di fuori degli Stati Uniti

Da ogni istanza SolarPanelConfig nella risposta dell'API, sono necessari due valori per eseguire l'analisi finanziaria per l'istanza:

  • panelsCount: il numero di pannelli solari in un'installazione. Usi questo valore nel calcolo del installationSize.
  • yearlyEnergyDcKwh: quanta energia solare acquisisce un layout nel corso di un anno, espressa in kWh di elettricità CC, in base a uno specifico panelsCount. Utilizzi questo valore nel calcolo dell'energia solare che può essere utilizzata come elettricità CA in un nucleo familiare (initialAcKwhPerYear) di ogni installationSize, tenendo conto dell'eventuale perdita di energia durante la conversione da CC a CA.

Inoltre, devi raccogliere valori specifici per località per le seguenti variabili che utilizzerai nei calcoli:

  • billCostModel(): il tuo modello per la determinazione del costo, in valuta locale, pagato da un nucleo familiare per l'utilizzo di un determinato numero di kWh. I costi di un'utenza per l'elettricità possono variare da un giorno all'altro oppure da un'ora all'altra a seconda di fattori quali la domanda, l'ora del giorno e la quantità di elettricità consumata dalla casa. Potrebbe essere necessario stimare un costo medio.
  • costIncreaseFactor: il fattore per il quale il costo dell'elettricità aumenta ogni anno. L'API Solar utilizza 1,022 (aumento annuale di 2,2%) per le località degli Stati Uniti. Modifica questo valore in base alle esigenze della tua zona.
  • dcToAcDerate: l'efficienza con cui un inverter converte l'elettricità CC prodotta dai pannelli solari in elettricità CA utilizzata in un nucleo familiare. L'API Solar utilizza l'85% per le località negli Stati Uniti. Modifica questo valore in base alle esigenze della tua zona.
  • discountRate: l'API Solar utilizza 1,04 (aumento annuale di 4%) per le località negli Stati Uniti. Modifica questo valore in base alle esigenze della tua zona.
  • efficiencyDepreciationFactor: indica di quanto diminuisce l'efficienza dei pannelli solari ogni anno. L'API Solar utilizza 0,995 (diminuzione annuale di 0,5%) per le località negli Stati Uniti. Modifica questo valore in base alle esigenze della tua zona.
  • Incentivi: includi eventuali incentivi monetari per l'installazione di pannelli solari forniti da enti governativi nella tua zona.
  • installationCostModel(): il tuo metodo per stimare il costo dell'installazione di energia solare in valuta locale per un determinato installationSize. Il modello di costo tiene conto in genere dei costi locali di manodopera e materiali per un determinato installationSize.
  • installationLifeSpan:la durata prevista dell'impianto solare. L'API Solar utilizza 20 anni. Modifica questo valore in base alle esigenze della tua zona.
  • kWhConsumptionModel(): il tuo modello per determinare la quantità di energia consumata da una casa in base a una fattura mensile. Nella sua forma più semplice, si deve dividere la bolletta per il costo medio di un kWh nel paese del nucleo familiare.
  • monthlyBill: la bolletta media mensile dell'elettricità per una casa in questione.
  • monthlyKWhEnergyConsumption: una stima della quantità media di elettricità che un nucleo familiare in una determinata località consuma in un mese, misurata in KWh.

Con questi valori e le informazioni fornite dalla risposta dell'API, puoi eseguire i calcoli necessari per consigliare il valore installationSize migliore per le località non coperte dall'API Solar.

Passaggi di calcolo

I passaggi seguenti si basano sulla metodologia dell'API Solar. Potresti dover modificare la metodologia in base alle informazioni disponibili per la tua località.

  1. Calcola il consumo energetico annuale del nucleo familiare nella località di input:

    1. Fai una stima o richiedi la fattura mensile per il nucleo familiare.
    2. Calcola il monthlyKWhEnergyConsumption dalla fattura mensile. (Se conosci il monthlyKWhEnergyConsumption, puoi saltare questo passaggio.) Ad esempio:

    monthlyKWhEnergyConsumption = kWhConsumptionModel(monthlyBill)

    1. Calcola annualKWhEnergyConsumption moltiplicando monthlyKWhEnergyConsumption per 12:

    annualKWhEnergyConsumption = monthlyKWhEnergyConsumption x 12

  2. Ottieni la risposta dell'API per il nucleo familiare di destinazione:

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

    La risposta include la luce solare utilizzabile, lo spazio utilizzabile sul tetto e una o più configurazioni possibili di pannelli solari.

  3. Calcola la produzione annuale di energia solare CA per ogni installationSize proposta dall'API moltiplicando il valore yearlyEnergyDcKwh fornito dall'API in ogni istanza SolarPanelConfig per il valore dcToAcDerate locale:

    initialAcKwhPerYear = yearlyEnergyDcKwh x initialAcKwhPerYear

  4. Facoltativamente, rimuovi dalla considerazione qualsiasi istanza di SolarPanelConfig che produca più elettricità di quella consumata annualmente dal nucleo familiare (initialAcKwhPerYear > initialAcKwhPerYear).

  5. Calcola la produzione di energia solare totale (LifetimeProductionAcKwh) di ogni installationSize restituito:

    1. Per ogni anno della durata dell'impianto solare, calcola la quantità di elettricità che l'impianto produrrà annualmente, applicando il valore efficiencyDepreciationFactor in modo esponenziale a ogni anno successivo al primo.
    2. Aggiungi i totali per tutti gli anni.

    La tabella seguente mostra un esempio di come calcolare la produzione di energia complessiva supponendo un valore installationLifeSpan di 20 anni. Ogni riga rappresenta un anno di produzione. Dopo il primo anno, il calo dell'efficienza viene applicato in modo esponenziale. Infine, la somma di tutte le righe è la produzione di energia totale dell'impianto solare.

    Anno Produzione annuale di energia solare (kWh)
    1 initialAcKwhPerYear
    2 + initialAcKwhPerYear x initialAcKwhPerYear
    : :
    20 + initialAcKwhPerYear x initialAcKwhPerYear19
    Totale LifetimeProductionAcKwh

Poiché l'efficienza del pannello solare diminuisce a una velocità costante, si tratta essenzialmente di una serie geometrica in cui a = startAcKwhPerYear e r = efficiencyDepreciationFactor. Possiamo usare una somma geometrica per calcolare LifetimeProductionAcKwh:

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

Il seguente codice Python calcola la somma geometrica riportata sopra:

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

  1. Per ogni installationSize restituito, calcola il costo complessivo del consumo energetico se il installationSize è installato:

    1. Per ogni anno della durata dell'impianto solare, calcola il costo dell'elettricità che la casa dovrà acquistare annualmente per coprire il consumo energetico non soddisfatto dall'energia solare. Utilizza i valori per annualKWhEnergyConsumption e initialAcKwhPerYear calcolati in precedenza. Per ogni anno successivo al primo anno, applica ai valori efficiencyDepreciationFactor, costIncreaseFactor e discountRate.
    2. Aggiungi i totali per tutti gli anni.

    La tabella seguente mostra un esempio di come calcolare il costo complessivo dell'elettricità. Ogni riga rappresenta il costo dell'elettricità per un anno di vita dell'impianto solare. Dopo il primo anno, sia l'aumento del costo dell'elettricità sia il tasso di sconto vengono applicati in modo esponenziale. Infine, la somma di tutte le righe è il costo complessivo dell'elettricità con l'impianto solare.

    Anno Bolletta annuale di un'utenza nel valore corrente in valuta locale (USD) (annualUtilityBillEstimate)
    1 annualUtilityBillEstimateYear1 = annualUtilityBillEstimateYear1 (annualUtilityBillEstimateYear1 - annualUtilityBillEstimateYear1)
    2 annualUtilityBillEstimateYear2 = annualUtilityBillEstimateYear2 (annualUtilityBillEstimateYear2 - annualUtilityBillEstimateYear2 x annualUtilityBillEstimateYear2) x annualUtilityBillEstimateYear2 / annualUtilityBillEstimateYear2
    : :
    20 annualUtilityBillEstimateYear20 = annualUtilityBillEstimateYear20 (annualUtilityBillEstimateYear20 - annualUtilityBillEstimateYear20 x annualUtilityBillEstimateYear20) x annualUtilityBillEstimateYear20 / annualUtilityBillEstimateYear20
    Totale remainingLifetimeUtilityBill

Il seguente codice Python restituisce un array di annualUtilityBillEstimate per ogni anno di 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. Calcola il costo complessivo dell'elettricità se non è installato un impianto solare:

    1. Per ogni anno della durata dell'impianto solare, calcola il costo dell'elettricità che la casa dovrà acquistare annualmente se non viene installato un pannello solare. Utilizza il valore di monthlyBill. Per ogni anno successivo al primo anno, applica i valori costIncreaseFactor e discountRate a monthlyBill.
    2. Aggiungi i totali per tutti gli anni.

    La tabella seguente mostra un esempio di come calcolare il costo complessivo dell'elettricità senza energia solare. Ogni riga rappresenta il costo dell'elettricità per un anno e per lo stesso numero di anni della durata di un impianto solare. Dopo il primo anno, sia l'aumento del costo dell'elettricità sia il tasso di sconto vengono applicati in modo esponenziale. Infine, la somma di tutte le righe è il costo complessivo dell'elettricità senza installazione di impianti solari.

    Anno Bolletta annuale di un'utenza nell'attuale valore in valuta locale
    1 annualBill = monthlyBill x 12
    2 annualBill = monthlyBill x 12 x costIncreaseFactor / discountRate.
    : :
    20 annualBill = monthlyBill x 12 x costIncreaseFactor19 / discountRate19.
    Totale costOfElectricityWithoutSolar

Il seguente codice esegue il calcolo precedente:

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

  1. Per ogni dimensione di installazione, calcola il costo di installazione:

    installationCost = localInstallationCostModel(installationSize)

  2. Aggiungi eventuali incentivi monetari disponibili per la località del nucleo familiare.

  3. Per ogni dimensione di installazione, calcola i costi totali associati all'installazione di impianti solari:

    totalCostWithSolar = installationCost + remainingLifetimeUtilityBill - incentivi

  4. Per ogni dimensione di installazione, calcola il risparmio totale associato all'installazione di impianti solari:

    risparmi = costOfElectricityWithoutSolar - totalCostWithSolar

  5. Seleziona la dimensione di installazione che garantisce il massimo risparmio.

Al termine dei calcoli

Utilizzando le informazioni che hai fornito, le informazioni restituite dall'API Solar e i calcoli precedenti, dovresti essere in grado di suggerire dimensioni di installazione solari che offrano il massimo risparmio sui costi per i nuclei familiari della tua zona.

Nei suggerimenti forniti all'utente finale, puoi anche includere le seguenti informazioni restituite dall'API nell'oggetto SolarPotential del campo solarPotential:

  • La quantità di luce solare utilizzabile ogni anno da una casa, restituita nel campo maxSunshineHoursPerYear dell'oggetto SolarPotential.
  • Quanti metri quadrati di un tetto possono essere utilizzati per un impianto fotovoltaico, che viene restituito nel campo wholeRoofStats dell'oggetto SolarPotential.
  • La bolletta media mensile dell'elettricità per il nucleo familiare.
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