Solarkosten und -einsparungen berechnen (nur USA)

In diesem Dokument wird erläutert, wie die Solar API die verschiedenen Werte berechnet, die verwendet werden, um die Installation von Solarmodulen zu empfehlen und die Kosten und Kosteneinsparungen für US-Adressen zu schätzen.

Wenn Sie die Adresse eines Wohnsitzes in einer Region der USA eingeben, zeigt die Solar API folgende Schätzungen an:

• Wie viel Sonnenlicht das Haus pro Jahr erhält
• Wie viel Platz das Dach für eine Solarinstallation hat
• Mit welchen Einsparungen in US-Dollar ein Haushalt während der 20-jährigen Lebensdauer eines Solarsystems rechnen kann
• Die durchschnittliche monatliche Stromrechnung für Haushalte in Ihrer Nähe, die Sie an Ihr Zuhause anpassen können
• Eine empfohlene Größe in Kilowatt (kW) für ein Solarsystem am Haus

Obwohl die Solar API Schätzungen für jedes Gebäude liefert, zu dem Daten vorliegen, sind die von ihr bereitgestellten Schätzungen am besten für Wohnungen oder kleine gewerbliche Gebäude geeignet. Die Solar API empfiehlt die Größen von Solaranlagen, mit denen die Einsparungen maximiert werden, ohne dass in einem Jahr mehr Energie erzeugt wird, als ein Haushalt verbrauchen kann. Die Solar API berechnet keine Werte im Zusammenhang mit der überschüssigen Energieproduktion.

Die empfohlenen Anlagengrößen sind aus verschiedenen Gründen auf den jährlichen Energieverbrauch beschränkt, aber hauptsächlich, weil US-Haushalte derzeit wenig oder keinen finanziellen Nutzen aus überschüssigen Energieproduktionen erhalten. An Standorten in den USA, die Netto-Metering verwenden, laufen Guthaben aus überschüssigen Energien in der Regel im Laufe der Zeit ab.

Erforderliche Werte für Finanzanalysen für Standorte in den 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 Installation. Sie verwenden diesen Wert zur Berechnung von installationSize.
• yearlyEnergyDcKwh:Die Menge an Sonnenlichtenergie, die durch ein Layout im Verlauf eines Jahres erfasst wird, in Gleichstrom kWh bei einem bestimmten panelsCount. Sie verwenden diesen Wert, um die jährliche Solarenergie-Wechselstromproduktion (initialAcKwhPerYear) jeder installationSize zu berechnen.

Außerdem müssen standortspezifische Werte für die folgenden Variablen erfasst werden, die Sie für die Berechnungen verwenden:

• billCostModel(): Ihr Modell zur Bestimmung der Kosten in der lokalen Währung, die von einem Haushalt für eine bestimmte kWh-Anzahl bezahlt wird. Wie viel Strom ein Versorger berechnet, kann von Tag zu Tag oder von Stunde zu Stunde variieren. Dies hängt von Faktoren wie Nachfrage, Tageszeit und Stromverbrauch des Hauses ab. Möglicherweise müssen Sie einen durchschnittlichen Preis schätzen.
• costIncreaseFactor:Die Solar API verwendet für Standorte in den USA den Wert 1,022 (jährliche Steigerung um 2,2%).
• dcToAcDerate:Die Effizienz, mit der ein Wechselrichter den von den Solarmodulen erzeugten Gleichstrom in den Wechselstrom umwandelt, der in einem Haushalt verwendet wird. Die Solar API verwendet für US-Standorte 85%.
• discountRate:Die Solar API verwendet für Standorte in den USA den Wert 1,04 (jährliche Erhöhung um 4 %).
• efficiencyDepreciationFactor:Gibt an, wie stark die Effizienz der Solarmodule jedes Jahr abnimmt. Die Solar API verwendet 0,995 (jährliche Verringerung um 0,5 %) für Standorte in den USA.
• Incentives:Gib alle finanziellen Anreize für die Installation von Solarmodulen an, die von Regierungsbehörden in deiner Region gewährt werden.
• installationCostModel():Ihre Methode zum Schätzen der Kosten für die Installation von Solaranlagen in der Landeswährung für eine bestimmte installationSize. Das Kostenmodell berücksichtigt in der Regel die lokalen Arbeits- und Materialkosten für eine bestimmte installationSize.
• installationLifeSpan Die erwartete Lebensdauer der Solarinstallation. Die Solar API benötigt 20 Jahre. Passen Sie diesen Wert nach Bedarf an.
• kWhConsumptionModel():Das Modell, mit dem ermittelt wird, wie viel Energie ein Haushalt auf Grundlage einer monatlichen Rechnung verbraucht. In der einfachsten Form teilen Sie die Rechnung durch die durchschnittlichen Kosten eines kWh am Standort des jeweiligen Haushalts.
• monthlyBill: die durchschnittliche monatliche Stromrechnung eines bestimmten Haushalts.
• monthlyKWhEnergyConsumption:Eine Schätzung der durchschnittlichen Strommenge, die der Haushalt an einem bestimmten Standort in einem Monat verbraucht, 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.

Funktionsweise

Für die weiteren Berechnungen ist die durchschnittliche monatliche Stromrechnung der Schlüssel.

Die Berechnungen der Solar API basieren anfangs auf einem vorausgewählten monatlichen Rechnungsbetrag. Bei Bedarf können Sie einen anderen Betrag auswählen, der Ihrer eigenen durchschnittlichen monatlichen Rechnung genauer entspricht.

Anhand der monatlichen Rechnung und der aktuellen Stromkosten an einem bestimmten Standort kann die Solar API den monatlichen Stromverbrauch eines Haushaltes in Kilowattstunden (kWh) schätzen. Für die aktuellen Stromkosten in den USA und zur Ermittlung der kWh aus einer monatlichen Rechnung verweist die Solar API auf Datenbanken, die von Clean Power Research verwaltet werden.

Anhand der Anzahl der kWh, die ein Haushalt verbraucht, der Nutzfläche eines Hausdachs und des Solarpotenzials am Standort des Zuhauses, wertet die Solar API eine oder mehrere mögliche Solaranlagen aus und empfiehlt die Größe, mit der die meisten Einsparungen erzielt werden.

Die Größe einer Solaranlage wird anhand ihrer kW-Leistung gemessen. Die Angabe in kW hängt von der Anzahl der Solarmodule in der Konfiguration und der Nennleistung, gemessen in Watt, jedes Moduls ab.

Die kW-Leistung einer Installation entspricht nicht der Energieleistung einer Installation. Sie wird in kWh gemessen und ist variabel. Die kWh-Leistung einer Installation ist von Faktoren wie den folgenden abhängig:

• Tageszeit
• Das Wetter
• Die Ausrichtung des Panels auf die Sonne
• Schatten, die von Objekten in der Nähe auf die Felder geworfen werden
• Das regionale Solarpotenzial
• Das Alter der Installation

Die Solar API berücksichtigt bei der Schätzung der jährlichen Energieproduktion einer Solaranlage Faktoren wie das regionale Solarpotenzial und das Alter der Installation.

Die Solar API verwendet Flugaufnahmen und erweiterte 3D-Modellierung, um die Nutzfläche eines Dachs zu bestimmen und die mögliche Größe der Solaranlage zu schätzen.

Detaillierte Erläuterung der Werte und Berechnungen

In den folgenden Abschnitten wird erläutert, wie die Solar API die Kosten, Einsparungen und Größe von Solaranlagen für ein bestimmtes Gebäude in den USA berechnet.

In den Erläuterungen zu den Berechnungen werden Begriffe verwendet, um Werte in den Berechnungen darzustellen. Eine Erläuterung der Begriffe finden Sie in der Definition der in unseren Berechnungen verwendeten Begriffe.

Jährlicher Energieverbrauch im Haushalt

Wie bereits erwähnt, ermittelt die Solar API den monatlichen Stromverbrauch anhand des monatlichen Rechnungsbetrags und der Stromkosten in einem Haushalt. Nachdem wir den monatlichen Stromverbrauch eines Haushalts ermittelt haben, berechnen wir den jährlichen Energieverbrauch in kWh anhand der folgenden Formel:

annualKWhEnergyConsumption = monthlyKWhEnergyConsumption x 12

Es wird angenommen, dass der Energieverbrauch eines Haushalts im Vergleich zur Lebensdauer einer Solaranlage Jahr für Jahr gleich bleibt. Die Solar API geht von einer Lebensdauer von 20 Jahren aus.

Jährliche Solarenergieerzeugung

Die Solar API schätzt die jährliche Energieerzeugung einer Solaranlage unter Berücksichtigung von Faktoren wie der Sonneneinstrahlung, dem Sonneneinstrahlwinkel und der Anzahl der Stunden mit nutzbarem Sonnenlicht, die eine Region jährlich erhält.

Solaranlagen produzieren Gleichstrom, der von einem Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt werden muss, bevor Sie ihn in Ihrem Haushalt nutzen können. Ein Teil der Elektrizität geht während der Umwandlung verloren und die Effizienz des Wechselrichters bestimmt, wie viel verloren geht.

Die Effizienz der Umwandlung wird als Gleichstrom-Wechselstrom-Abweichung bezeichnet. Um diesen Verlust auszugleichen, multipliziert die Solar API den jährlichen Ertrag der Solaranlage mit einem Gleichstrom-Wechselstrom-Derat von 0,85. Das Ergebnis ist die jährliche Produktion von Wechselstrom, wie in der folgenden Formel dargestellt:

initialAcKwhPerYear = yearlyEnergyDcKwh x 0.85

Die Energiemenge, die eine Installation erzeugt, sinkt während der gesamten Lebensdauer der Anlage jedes Jahr um etwa 0,5 %. Um dies zu berücksichtigen, multipliziert die Solar API nach dem ersten Jahr die jährliche AC-Leistung einer Installation mit 99,5 % oder 0,995 % für die geschätzte Lebensdauer der Installation von 20 Jahren. Dies wird in der folgenden Tabelle veranschaulicht.

Jahr	Jährliche Solarenergieerzeugung (kWh)
1	initialAcKwhPerYear
2	initialAcKwhPerYear x 0,995
:	:
20	initialAcKwhPerYear x 0,995^19

Da die Effizienz von Solarmodulen mit einer konstanten Rate abnimmt, handelt es sich im Wesentlichen um eine geometrische Reihe, bei der a = initialAcKwhPerYear und r =efficiencyDepreciationFactor. Mit einer geometrischen Summe können wir LifetimeProductionAcKwh berechnen:

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

Die Kosten für Strom mit Solarenergie

Wenn die Größe einer Installation durch die Dachgröße oder andere Faktoren begrenzt ist, erzeugt die Solaranlage möglicherweise weniger Strom, als ein Haushalt verbraucht. In diesen Fällen muss der Haushalt wahrscheinlich jedes Jahr eine gewisse Strommenge an einen Versorgungsunternehmen zahlen, wie in der folgenden Formel gezeigt:

annualKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear = annualUtilityEnergyRequired

Um diese Kosten zu berücksichtigen, wendet die Solar API ein Rechnungskostenmodell auf die geschätzte Strommenge in kWh an, die der Haushalt während der gesamten Lebensdauer der Solaranlage von einem Energieversorger benötigt. Die folgende Formel veranschaulicht diese Berechnung:

annualUtilityBillEstimate = billCostModel(utilityEnergyRequired)

Um den jährlichen Anstieg der Stromkosten zu berücksichtigen, wenden wir einen costIncreaseFactor von 2,2% (0, 22) pro Jahr für Standorte in den USA an:

costIncreaseFactor = 1 + 2.2% = 1.022

Aufgrund der Inflation müssen wir den Wert des Währungsbetrags für unsere Schätzungen zukünftiger Kosten berücksichtigen. Um dies zu berücksichtigen, wenden wir auf unser Modell einen Rabatt von 4% für Standorte in den USA an:

discountRate = 1 + 4% = 1.04

Die folgende Tabelle zeigt, wie die jährliche Stromrechnung für die gesamte Lebensdauer einer Solaranlage berechnet wird. Die remainingLifetimeUtilityBill ist die Summe der Rechnungen von Versorgungsunternehmen für jedes der 20 Jahre der Lebensdauer der Solaranlage.

Jahr	Jährliche Rechnung eines Versorgungsunternehmens in der aktuellen Landeswährung (USD) (annualUtilityBillEstimate)
1	billCostModel (yearlyKWhEnergyConsumption – initialAcKwhPerYear) = annualUtilityBillestimatedYear1
2	billCostModel (yearlyKWhEnergyConsumption – initialAcKwhPerYear x 0,995) x 1,022 / 1,04 = annualUtilityBillSchätzungYear2
:	:
20	billCostModel (yearlyKWhEnergyConsumption – initialAcKwhPerYear x 0,995^19) x 1,022^19 / 1,04^19 = annualUtilityBillSchätzungYear2
Gesamt	remainingLifetimeUtilityBill = annualUtilityBillestimatedYear1 + annualUtilityBillEstimateYear2 + .... + annualUtilityBillSchätzungYear20

Kosten für Strom ohne Solarenergie

Um zu berechnen, wie viel ein Haushalt durch die Installation von Solaranlagen sparen könnte, müssen wir auch berechnen, wie viel ein Haushalt zahlen könnte, wenn er keine Solaranlage nutzt.

Wir müssen wieder die steigenden Stromkosten und die Inflation berücksichtigen, indem wir den costIncreaseFactor von 1.022 und den discountRate von 1,04 auf die Berechnung anwenden, wie wir es bei der Berechnung der Stromkosten mit Solarenergie getan haben.

Die folgende Tabelle zeigt, wie die jährliche Stromrechnung ohne Solaranlage über die Lebensdauer einer Solaranlage berechnet wird. Der Wert costOfElectricityWithoutSolar ist die Summe der Rechnungen von Versorgungsunternehmen im selben Zeitraum von 20 Jahren, in dem wir für die Stromkosten mit Solarenergie verwendet haben.

Jahr	Jährliche Rechnung eines Versorgungsunternehmens (USD)
1	monthlyBill x 12
2	monthlyBill x 12 x 1,022 / 1,04
:	:
20	monthlyBill x 12 x 1,022^19 / 1,04^19
Gesamt	Summe aller Jahresrechnungen, die auch als costOfElectricityWithoutSolar = 204,35 x monthlyBill ausgedrückt werden kann

Kosten für die Installation von Solaranlagen

Die Kosten für die Installation der empfohlenen Solarkonfiguration sind in den Schätzungen der Solar API enthalten. Um die Kosten einer Installation zu schätzen, verwendet die Solar API ein lokalisiertes Installationskostenmodell und die Größe der Installation.

installationCost = InstallationCostModel (installationSize)

Incentives

Regierungsbehörden können Anreize für die Installation von Solaranlagen anbieten. Die Anreize erfolgen häufig in Form von Steuergutschriften. Basierend auf dem Standort eines Haushalts zieht die Solar API alle Anreize, die dem Haushalt derzeit zur Verfügung stehen, von der Schätzung der Gesamtkosten ab.

Die Gesamtkosten für Solarinstallationen

Die Solar API berechnet die Gesamtkosten einer Solarkonfiguration über 20 Jahre mithilfe der folgenden Formel:

totalCostWithSolar = installationCost + remainingLifetimeUtilityBill - incentives

Die Gesamteinsparungen

Die Solar API berechnet die Einsparungen für den Haushalt anhand der folgenden Formel:

savings = costOfElectricityWithoutSolar - totalCostWithSolar

Die Solar API führt die oben genannten Berechnungen für jede mögliche Anlagengröße durch und empfiehlt dann die Anlagengröße, mit der die maximalen Einsparungen für den Haushalt erzielt werden. Die Höhe der geschätzten Einsparungen wird mit der Empfehlung zurückgegeben.