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

Nesta seção, descrevemos como fazer os cálculos que permitem determinar a melhor configuração de energia 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 oferecem usando os dados de uma resposta da API Solar.

Para locais nos EUA, a API Solar retorna uma instância do objeto FinancialAnalysis para cada tamanho de conta de luz no local de entrada. Nesses casos, você usa as informações 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 FinancialAnalysis. Portanto, é necessário calcular o custo e a economia de cada configuração de energia solar antes de recomendar a melhor. Para fazer os cálculos, você precisa coletar dados específicos do local e seguir as orientações deste documento.

É possível modelar seus cálculos com base nos cálculos que a API Solar usa para locais nos EUA. Para conferir uma explicação sobre esses cálculos, consulte Calcular economias 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 destes dois campos:

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 classificação da 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 refere-se à saída de kW em vez da contagem de área ou painel e é definido como:

installationSize = panelsCount * panelCapacityWatts/1000 kW

Ajustar estimativas de produção de energia para diferentes classificações do painel

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

Se você precisar usar uma classificação de energia do painel diferente nos seus 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 energia ao valor em panelCapacityWatts.

Por exemplo, se a classificação de energia dos painéis for de 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 de energia excessiva

A contabilização do excesso de energia que pode ser 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 produzem mais energia do que o consumo doméstico médio presumido nos FinancialAnalysis.

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

Seja qual for o motivo, se você incluir instalações solares que produzem eletricidade em excesso nos seus cálculos, esteja ciente de que os cálculos explicados aqui não abrangem esse cenário.

Valores obrigatórios para análise financeira de locais fora dos EUA

Em cada instância SolarPanelConfig na resposta da API, você precisa de dois valores para realizar a análise financeira dela:

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

Além disso, você precisa reunir valores específicos do local para as seguintes variáveis que serão usadas nos cálculos:

billCostModel():seu modelo para determinar o custo, na moeda local, pago por uma família por usar um determinado número de kWh. O valor das cobranças de uma concessionária de energia elétrica pode variar de um dia para o outro ou de uma hora para a hora, dependendo de fatores como demanda, hora do dia e quanta eletricidade a casa consome. Pode ser necessário estimar um custo médio.
costIncreaseFactor: o fator pelo qual o custo da eletricidade aumenta anualmente. 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 na eletricidade CA usada em uma casa. A API Solar usa 85&percnt; 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:a eficiência dos painéis solares diminui a cada ano. A API Solar usa 0,995 (diminuição anual de 0,50) para locais nos EUA. Ajuste esse valor conforme necessário para sua área.
incentivos:inclua incentivos monetários para instalar painéis solares oferecidos por entidades governamentais na sua área.
installationCostModel(): seu método para estimar o custo da instalação de energia solar na moeda local para um determinado installationSize. O modelo de custo normalmente contaria 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 a quantidade de energia que uma família consome com base na conta mensal. Na forma mais simples, você dividiria a conta pelo custo médio de kWh na localização da família.
monthlyBill:a média mensal de conta de luz de uma família sujeita.
monthlyKWhEnergyConsumption:uma estimativa da quantidade média de eletricidade que uma casa em um determinado local consome 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 são baseadas na metodologia da API Solar. Talvez seja necessário ajustar a metodologia com base nas informações disponíveis para seu local.

Calcule o consumo anual de energia da casa no local de entrada:
1. Calcule ou solicite a fatura mensal da família.
2. Calcule o monthlyKWhEnergyConsumption da fatura mensal. Se você conhecer o monthlyKWhEnergyConsumption, poderá pular esta etapa. Exemplo:
monthlyKWhEnergyConsumption = kWhConsumptionModel(monthlyBill)
1. Calcule annualKWhEnergyConsumption multiplicando monthlyKWhEnergyConsumption por 12:
annualKWhEnergyConsumption = monthlyKWhEnergyConsumption x 12
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 útil, espaço utilizável no telhado e uma ou mais configurações possíveis de painel solar.
Calcule a produção anual de energia solar em AC de cada installationSize proposto pela API multiplicando o valor de yearlyEnergyDcKwh fornecido pela API em cada instância de SolarPanelConfig pelo dcToAcDerate local:

initialAcKwhPerYear = yearlyEnergyDcKwh x dcToAcDerate
Como alternativa, remova da consideração qualquer instância SolarPanelConfig que produza mais eletricidade do que a família consome anualmente (initialAcKwhPerYear > annualKWhEnergyConsumption).

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

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

A tabela a seguir mostra um exemplo de como calcular a produção de energia de todo o ciclo de vida, 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 da instalação solar em toda a vida útil.

Ano	Produção anual de energia solar (kWh)
1	initialAcKwhPerYear
2	+ initialAcKwhPerYear x efficiencyDepreciationFactor
:	:
20	+ initialAcKwhPerYear x efficiencyDepreciationFactor¹⁹
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 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))

Para cada installationSize retornado, calcule o custo da vida útil do consumo de energia se o installationSize estiver instalado:

Para cada ano da vida útil da instalação solar, calcule o custo da eletricidade que a família vai precisar comprar anualmente para cobrir o consumo de energia não abastecido 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.
Adicione os totais de todos os anos.

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

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

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 ano, aplique o costIncreaseFactor e os valores de discountRate a monthlyBill.
Adicione os totais de todos os anos.

A tabela a seguir mostra um exemplo de como calcular o custo de vida útil da eletricidade sem energia solar. Cada linha representa o custo da eletricidade por um ano ao longo do mesmo número de anos que a vida útil de uma instalação solar. Após o primeiro ano, o aumento do custo da eletricidade e a taxa de desconto são aplicados exponencialmente. Por fim, a soma de todas as linhas é o custo de vida útil da eletricidade sem instalação solar.

Ano	Conta de consumo anual no valor atual da 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))

Para cada tamanho de instalação, calcule o custo de instalação:

installationCost = installationCost(installationSize)
Adicione os incentivos monetários disponíveis para a região da família.
Para cada tamanho de instalação, calcule os custos totais associados à instalação de energia solar:

totalCostWithSolar = installationCost + remainingLifeUtilityBill - incentives
Para cada tamanho de instalação, calcule a economia total associada à instalação de energia solar:

poupança = costOfElectricityWithoutSolar - totalCostWithSolar
Selecione o tamanho de instalação que oferece mais economia.

Quando seus cálculos estiverem concluídos

Usando as informações enviadas, os dados retornados pela API Solar e os cálculos acima, você poderá recomendar tamanhos de instalação solar que proporcionem economia máxima para as famílias da sua área.

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

A quantidade de luz solar útil que 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 conta mensal média da casa.

Calcular custos e economia (somente nos EUA)

Calcular custos e economias no TypeScript