En este documento, se explica cómo la API de Solar calcula los diversos valores que usa para recomendar la instalación de paneles solares y estimar los costos y el ahorro de costos para direcciones de EE.UU.
Si ingresas la dirección de una residencia en una región cubierta de EE.UU., la API de Solar te muestra las siguientes estimaciones:
- Cuánta luz solar recibe la casa al año
- Cuánto espacio tiene el techo para una instalación solar
- Cuánto ahorro, en dólares estadounidenses, puede esperar la casa durante los 20 años de vida de un sistema solar.
- La factura promedio mensual de electricidad de las casas de tu área, que puedes ajustar para tu casa
- Un tamaño recomendado, medido en kilovatios (kW), para un sistema solar en la casa
Si bien la API de Solar proporciona estimaciones para cualquier estructura de la que tenga datos, las estimaciones que proporciona son las más adecuadas para residencias o estructuras comerciales pequeñas. La API de Solar recomienda tamaños de instalaciones solares que maximicen el ahorro sin producir más energía en un año de la que puede consumir una familia. La API de Solar no calcula valores relacionados con la producción de exceso de energía.
Los tamaños de instalación recomendados se limitan al consumo anual de energía por varios motivos, pero principalmente porque, en la actualidad, los hogares de EE.UU. obtienen pocos beneficios financieros o ninguno por el exceso de energía. En las ubicaciones de EE.UU. que tienen medición neta, los créditos obtenidos por el exceso de producción de energía suelen vencer con el tiempo.
Valores obligatorios para el análisis financiero de ubicaciones en EE.UU.
Para cada instancia de SolarPanelConfig en la respuesta de la API, necesitas dos valores para realizar el análisis financiero de esa instancia:
panelsCount: Es la cantidad de paneles solares en una instalación. Usas este valor en el cálculo deinstallationSize.yearlyEnergyDcKwh: Cantidad de energía de la luz solar que captura un diseño en el transcurso de un año, en kWh de CC, según unpanelsCountespecífico. Usas este valor para calcular la producción anual de energía solar de CA (initialAcKwhPerYear) de cadainstallationSize.
Además, debes recopilar valores específicos de la ubicación para las siguientes variables que usarás en los cálculos:
- billCostModel(): Es tu modelo para determinar el costo, en la moneda local, que paga un grupo familiar por usar una cantidad determinada de kWh. Los cargos por electricidad de una compañía eléctrica pueden variar de un día a otro en función de factores como la demanda, la hora del día y cuánta electricidad consume el grupo familiar. Es posible que debas estimar un costo promedio.
- costIncreaseFactor: La API de Solar usa la versión 1.022 (aumento anual del 2.2%) para ubicaciones en EE.UU.
- dcToAcDerate: Es la eficiencia con la que un inversor convierte la electricidad de CC que producen los paneles solares en la electricidad de CA que se usa en una casa. La API de Solar usa el 85% para ubicaciones en EE.UU.
- discountRate: La API de Solar usa 1.04 (aumento anual del 4%) para ubicaciones en EE.UU.
- efficiencyDepreciationFactor: Indica en qué medida se reduce la eficiencia de los paneles solares cada año. La API de Solar usa 0.995 (disminución anual del 0.5%) para ubicaciones en EE.UU.
- incentivos: Incluye cualquier incentivo monetario para instalar paneles solares proporcionados por entidades gubernamentales en tu área.
- installationCostModel(): Es el método para calcular el costo de instalación de energía solar en la moneda local durante un
installationSizedeterminado. Por lo general, el modelo de costos tendría en cuenta los costos locales de mano de obra y materiales para uninstallationSizedeterminado. - installationLifeSpan: Es la vida útil esperada de la instalación solar. La API de Solar usa 20 años. Ajusta este valor según sea necesario para tu área.
- kWhConsumptionModel(): Es tu modelo para determinar cuánta energía consume un grupo familiar en función de una factura mensual. En su forma más simple, se divide la factura por el costo promedio de un kWh en la ubicación del hogar.
- monthlyBill: La factura de electricidad mensual promedio de un grupo familiar sujeto.
- monthlyKWhEnergyConsumption: Estimación de la cantidad promedio de electricidad que consume un grupo familiar en una ubicación determinada en un mes, medida en kWh
Con estos valores y la información que proporciona la respuesta de la API, puedes realizar los cálculos necesarios para recomendar el mejor installationSize en ubicaciones que no están cubiertas por la API de Solar.
Cómo funcionan
La factura de electricidad mensual promedio es la clave para el resto de los cálculos.
La API de Solar inicialmente basa sus cálculos en un importe de facturación mensual preseleccionado. Si es necesario, puedes seleccionar un importe diferente que refleje con mayor precisión tu propia factura mensual promedio.
Con el conocimiento del importe de una factura mensual y el costo actual de la electricidad en una ubicación determinada, la API de Solar puede estimar la cantidad de kilovatios-hora (kWh) de electricidad que consume una casa por mes. Para conocer el costo actual de la electricidad en EE.UU. y para determinar los kWh de una factura mensual, la API de Solar se refiere a las bases de datos mantenidas por Clean Power Research.
Con la cantidad de kWh que consume una casa, el área utilizable del techo de una casa y el potencial solar de la ubicación de la casa, la API de Solar evalúa uno o más tamaños posibles de instalaciones de energía solar y recomienda el tamaño que proporcione el mayor ahorro.
El tamaño de una instalación de paneles solares se mide por su potencia de kW. La clasificación de kW depende de la cantidad de paneles solares en la configuración y de la potencia, medida en vatios, de cada panel.
La calificación de kW de una instalación no es la misma que la producción de energía de una instalación, que se mide en kWh y es variable. La salida de kWh de una instalación depende de factores como los siguientes:
- La hora del día
- El clima
- La orientación del panel hacia el sol
- Cualquier sombra proyectada en los paneles por objetos cercanos
- El potencial solar regional
- La antigüedad de la instalación
La API de Solar incluye factores como el potencial solar regional y la antigüedad de la instalación en su estimación de la producción de energía anual de una instalación solar.
Para determinar el área utilizable de un techo y estimar el tamaño de la instalación solar que puede admitir, la API de Solar utiliza imágenes aéreas y modelos 3D avanzados.
Explicación detallada de los valores y cálculos
En las siguientes secciones, se explica cómo la API de Solar calcula los costos, los ahorros y el tamaño de las instalaciones solares en una estructura determinada en EE.UU.
Las explicaciones de los cálculos usan términos para representar valores en los cálculos. Para ver una explicación de los términos, consulta Definición de los términos usados en nuestros cálculos.
Consumo de energía anual de los hogares
Como se mencionó antes, la API de Solar determina el consumo mensual de electricidad en función del importe de la factura mensual y el costo de la electricidad donde se ubica un hogar. Después de determinar el consumo mensual de electricidad de una casa, calculamos el consumo de energía anual en kWh mediante la siguiente fórmula:
annualKWhEnergyConsumption = monthlyKWhEnergyConsumption x 12
Se supone que el consumo de energía de una familia sigue siendo el mismo año tras año durante la vida útil de una instalación solar. La API de Solar supone que la vida de una instalación solar es de 20 años.
Producción anual de energía solar
La API de Solar estima la producción de energía anual de una instalación solar teniendo en cuenta factores como la intensidad de la luz solar, el ángulo de luz solar y la cantidad de horas de luz solar utilizable que una región recibe al año.
Las instalaciones solares producen electricidad de corriente continua (CC), que debe convertirse en electricidad de corriente alterna (CA) por un inversor antes de que puedas usarla en tu casa. Se pierde algo de electricidad durante el proceso de conversión, y la eficiencia del inversor determina cuánta energía se pierde.
La eficiencia del proceso de conversión se conoce como degradación de CC a CA. Para tener en cuenta la pérdida, la API de Solar multiplica la salida anual de la instalación solar por una disminución de CC a CA de 0.85. El resultado es la producción anual de electricidad de CA, como se muestra en la siguiente fórmula:
initialAcKwhPerYear = yearlyEnergyDcKwh x 0.85
La cantidad de energía que produce una instalación disminuye en aproximadamente un 0.5% cada año durante su vida útil. Para tenerlo en cuenta, después del primer año, la API de Solar multiplica la salida anual de CA de una instalación por un 99.5%, o 0.995, cada año durante la vida útil estimada de 20 años de la instalación. Esto se ilustra en la siguiente tabla.
| Año | Producción anual de energía solar (kWh) |
|---|---|
| 1 | initialAcKwhPerYear |
| 2 | initialAcKwhPerYear × 0.995 |
| : | : |
| 20 | initialAcKwhPerYear × 0.99519 |
Debido a que la eficiencia de los paneles solares disminuye a un ritmo constante, en esencia, es una serie geométrica en la que a = InitialAcKwhPerYear y r = efficiencyDepreciationFactor. Podemos usar una suma geométrica para calcular el LifetimeProductionAcKwh:
LifetimeProductionAcKwh = (dcToAcDerate * initialAcKwhPerYear * (1 - pow(efficiencyDepreciationFactor, installationLifeSpan)) / (1 - efficiencyDepreciationFactor))
El costo de la electricidad con energía solar
Si el tamaño de una instalación está limitado por el tamaño del techo o por otros factores, la instalación solar puede producir menos electricidad que la que consume una familia. En estos casos, es probable que la familia tenga que pagar a una compañía eléctrica por cierta cantidad de electricidad cada año, como se muestra en la siguiente fórmula:
annualKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear = annualUtilityEnergyRequired
Para compensar este costo, la API de Solar aplica un modelo de costo de facturación a la cantidad estimada de electricidad, en kWh, que el hogar necesitará de una compañía eléctrica durante la vida útil de la instalación solar. En la siguiente fórmula, se ilustra este cálculo:
annualUtilityBillEstimate = billCostModel(utilityEnergyRequired)
Para tener en cuenta el aumento anual en el costo de la electricidad, aplicamos un costIncreaseFactor de 2.2% o 0.22 por año para ubicaciones en EE.UU.:
costIncreaseFactor = 1 + 2.2% = 1.022
Debido a la inflación, tenemos que descontar el valor del valor de la moneda en nuestras estimaciones de costos futuros. Para tenerlo en cuenta, aplicamos una tasa de descuento del 4% a nuestro modelo para ubicaciones de EE.UU.:
discountRate = 1 + 4% = 1.04
En la siguiente tabla, se muestra cómo se calcula la factura anual de electricidad durante la vida útil de una instalación solar. La remainingLifetimeUtilityBill es la suma total de las facturas de electricidad de cada uno de los 20 años de la vida útil de la instalación solar.
| Año | Factura anual de electricidad en el valor actual de la moneda local (USD) (annualUtilityBillEstimate) |
|---|---|
| 1 | billCostModel (yearlyKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear) = annualUtilityBillEstimateYear1 |
| 2 | billCostModel (yearlyKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear x 0.995) x 1.022 / 1.04 = annualUtilityBillEstimateYear2 |
| : | : |
| 20 | billCostModel (yearlyKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear x 0.99519) x 1.02219 / 1.0419 = annualUtilityBillEstimateYear2 |
| Total | remainingLifetimeUtilityBill = annualUtilityBillEstimateYear1 + annualUtilityBillEstimateYear2 + .... + annualUtilityBillEstimateYear20 |
El costo de la electricidad sin energía solar
Para calcular cuánto podría ahorrar una familia si instala la energía solar, también debemos calcular cuánto podría pagar una familia si no lo hace.
Una vez más, debemos considerar el costo creciente de la electricidad y la inflación. Para ello, debemos aplicar el costIncreaseFactor de 1.022 y el discountRate de 1.04 al cálculo, como lo hicimos cuando calculábamos el costo de la electricidad con energía solar.
En la siguiente tabla, se muestra cómo se calcula la factura de cada año de la compañía eléctrica sin energía solar durante la vida útil de una instalación solar. El valor de costOfElectricityWithoutSolar es la suma total de las facturas de servicios públicos durante el mismo período de 20 años que usamos para el costo de la electricidad con energía solar.
| Año | Factura anual de servicios públicos (USD) |
|---|---|
| 1 | monthlyBill x 12 |
| 2 | monthlyBill x 12 x 1.022 / 1.04 |
| : | : |
| 20 | monthlyBill x 12 x 1.02219 / 1.0419 |
| Total | Suma de todas las facturas anuales, que también se puede expresar como costOfElectricityWithoutSolar = 204.35 × monthlyBill |
El costo de la instalación de paneles solares
La API de Solar incluye el costo de instalación de la configuración solar recomendada en las estimaciones que proporciona. Para estimar el costo de una instalación, la API de Solar usa un modelo de costos de instalación localizado y el tamaño de la instalación.
installationCost = InstallationCostModel (installationSize)
Incentivos
Las entidades gubernamentales pueden ofrecer incentivos para la instalación de paneles solares. A menudo, los incentivos se otorgan en forma de créditos fiscales. En función de la ubicación de un grupo familiar, la API de Solar resta cualquier incentivo que esté actualmente disponible para el grupo familiar de la estimación de los costos totales.
El costo total de la instalación de paneles solares
La API de Solar calcula el costo total por 20 años de una configuración de energía solar con la siguiente fórmula:
totalCostWithSolar = installationCost + remainingLifetimeUtilityBill - incentives
El ahorro total
La API de Solar calcula los ahorros de la casa con la siguiente fórmula:
savings = costOfElectricityWithoutSolar - totalCostWithSolar
La API de Solar realiza los cálculos anteriores para cada tamaño de instalación posible y, luego, recomienda el tamaño de instalación que proporciona el ahorro máximo para la casa. El importe del ahorro estimado se muestra con la recomendación.