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

Desenvolvedores do Espaço Econômico Europeu (EEE)

Nesta seção, descrevemos como fazer os cálculos que permitem determinar a melhor configuração solar para residências em locais fora dos EUA. Para calcular as recomendações, é necessário modelar os custos de instalação dos painéis solares e as economias 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 tamanho de conta de luz do 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 FinancialAnalysis. Portanto, você precisa calcular o custo e a economia de cada configuração solar antes de recomendar a melhor opção. Para fazer os cálculos, colete dados específicos do local e siga as orientações deste documento.

Você pode modelar seus 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 painel solar

Para locais fora dos EUA, as informações sobre cada configuração de painel solar necessárias para a análise financeira são fornecidas no campo SolarPanelConfig. O número de instâncias de 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 nominal 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 área ou à contagem de painéis, e é definido como:

installationSize = panelsCount * panelCapacityWatts/1000 kW

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

Para calcular o valor de yearlyEnergyDcKwh, a API Solar usa a classificação de potência no campo panelCapacityWatts, que atualmente é de 400 W.

Se você precisar usar uma classificação de potência 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 relação ao valor em panelCapacityWatts.

Por exemplo, se a potência nominal dos painéis for de 500 W e panelCapacityWatts for de 400 W, multiplique o valor de yearlyEnergyDcKwh, que a API calculou usando panelCapacityWatts, por um fator de 500/400 ou 1, 25. Se a classificação de energia do painel for de 200 W, multiplique yearlyEnergyDcKwh por 200/400 ou 0, 5.

Excesso de produção de energia

A contabilização do excesso de energia que pode ser produzido por uma instalação solar está fora do escopo dos cálculos da API Solar. Na verdade, se a API Solar retornar várias instâncias possíveis de SolarPanelConfig para uma determinada casa, ela não vai considerar resultados ou configurações que produzam mais energia do que o consumo médio presumido de uma casa nos EUA no FinancialAnalysis.

No entanto, talvez você tenha motivos para incluir instalações que produzem eletricidade em excesso nas suas recomendações. Por exemplo, você pode compensar o declínio gradual na eficiência do painel (o efficiencyDepreciationFactor) permitindo a produção excedente 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, saiba que as explicações aqui não abrangem esse cenário.

Valores obrigatórios para análise financeira em locais fora dos EUA

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

panelsCount:o número de painéis solares em uma instalação. Use esse valor no cálculo do 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 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 pelo uso de um determinado número de kWh. O valor cobrado por uma concessionária de energia elétrica pode variar de dia para dia ou de hora em hora, dependendo de fatores como demanda, horário do dia e consumo de eletricidade da residência. Talvez seja 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 região.
dcToAcDerate:a eficiência com que um inversor converte a energia CC produzida pelos painéis solares em energia CA, que é usada em uma casa. A API Solar usa 85% para locais nos EUA. Ajuste esse valor conforme necessário para sua região.
discountRate:a API Solar usa 1,04 (aumento anual de 4%) para locais nos EUA. Ajuste esse valor conforme necessário para sua região.
efficiencyDepreciationFactor:quanto a eficiência dos painéis solares diminui a cada ano. A API Solar usa 0,995 (0,5% de diminuição anual) para locais nos EUA. Ajuste esse valor conforme necessário para sua área.
Incentivos:inclua incentivos financeiros para instalar painéis solares fornecidos por entidades governamentais na sua região.
installationCostModel():seu método para estimar o custo da instalação de energia solar na moeda local para um determinado installationSize. Normalmente, o modelo de custo considera os custos locais de mão de obra e materiais para um determinado installationSize.
installationLifeSpan:a vida útil esperada da instalação de energia solar. A API Solar usa 20 anos. Ajuste esse valor conforme necessário para sua área.
kWhConsumptionModel():seu modelo para determinar quanta energia uma casa consome com base em uma fatura mensal. Na forma mais simples, você dividiria a conta pelo custo médio de um kWh no local da casa.
monthlyBill:a conta de luz mensal média de uma casa de um assunto.
monthlyKWhEnergyConsumption:uma estimativa da quantidade média de eletricidade que a 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 fazer os cálculos necessários para recomendar o melhor installationSize para locais não cobertos pela API Solar.

Etapas de cálculo

As etapas a seguir se baseiam na metodologia da API Solar. Talvez seja necessário ajustar sua metodologia com base nas informações disponíveis para sua localização.

Calcule o consumo anual de energia da casa no local de entrada:
1. Estime ou peça a fatura mensal da casa.
2. Calcule o monthlyKWhEnergyConsumption com base na fatura mensal. Se você souber o monthlyKWhEnergyConsumption, pule esta etapa. Por exemplo:
monthlyKWhEnergyConsumption = kWhConsumptionModel(monthlyBill)
1. Calcule annualKWhEnergyConsumption multiplicando monthlyKWhEnergyConsumption por 12:
annualKWhEnergyConsumption = monthlyKWhEnergyConsumption x 12
Receber 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 e espaço no telhado utilizáveis, além de uma ou mais configurações possíveis de painéis solares.
Calcule a produção anual de energia solar CA de cada installationSize que a API propõe multiplicando o valor yearlyEnergyDcKwh fornecido pela API em cada instância SolarPanelConfig pelo dcToAcDerate local:

initialAcKwhPerYear = yearlyEnergyDcKwh x dcToAcDerate
Opcional: remova da consideração qualquer instância SolarPanelConfig que produza mais eletricidade do que o consumo anual da casa (initialAcKwhPerYear > annualKWhEnergyConsumption).

Calcule a produção de energia solar durante a vida útil (LifetimeProductionAcKwh) de cada installationSize retornado:

Para cada ano da vida útil da instalação solar, calcule a quantidade de eletricidade que ela 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 ao longo da vida útil, considerando um installationLifeSpan de 20 anos. Cada linha representa um ano de produção. Após o primeiro ano, o declínio da eficiência é aplicado exponencialmente. Por fim, a soma de todas as linhas é a produção de energia ao longo da vida útil da instalação solar.

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, ela 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))

Para cada installationSize retornado, calcule o custo vitalício do consumo de energia se o installationSize for instalado:

Para cada ano da vida útil da instalação solar, calcule o custo da eletricidade que a casa 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, aplique o efficiencyDepreciationFactor, o costIncreaseFactor e a discountRate aos valores.
Adicione os totais de todos os anos.

A tabela a seguir mostra um exemplo de como calcular o custo vitalício da eletricidade. Cada linha representa o custo de eletricidade por um ano na 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 vitalício da eletricidade com a instalação solar.

Ano	Conta de serviços anuais 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 do 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 eletricidade ao longo da vida útil se uma instalação de energia solar não for 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 for instalada. Use o valor de monthlyBill. Para cada ano após o primeiro, aplique os valores costIncreaseFactor e discountRate a monthlyBill.
Adicione os totais de todos os anos.

A tabela a seguir mostra um exemplo de como calcular o custo vitalício da eletricidade sem energia solar. Cada linha representa o custo da eletricidade por um ano durante o mesmo número de anos da vida útil de uma 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 vitalício da eletricidade sem instalação de energia solar.

Ano	Fatura anual de serviços públicos no valor da moeda local atual
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 realiza o cálculo acima:

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

Para cada tamanho de instalação, calcule o custo:

installationCost = localInstallationCostModel(installationSize)
Adicione todos os incentivos financeiros disponíveis para o local da casa.
Para cada tamanho de instalação, calcule os custos totais associados à instalação de energia solar:

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

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

Quando os cálculos forem concluídos

Usando as informações fornecidas por você, as informações retornadas pela API Solar e os cálculos acima, você poderá recomendar tamanhos de instalação solar que ofereçam a máxima economia de custos para residências na sua área.

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

A quantidade de luz solar utilizável 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 retornada no campo wholeRoofStats do objeto SolarPotential.
A conta de energia elétrica mensal média da casa.

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