Calcolare i costi e il risparmio dell'energia solare (solo Stati Uniti)

Questo documento spiega in che modo l'API Solar calcola i vari valori che utilizza per consigliare l'installazione di pannelli solari e per stimare i costi e i risparmi sui costi per gli indirizzi negli Stati Uniti.

Se inserisci l'indirizzo di una residenza in una regione coperta degli Stati Uniti, l'API Solar mostra le seguenti stime:

• Quanta luce solare riceve ogni anno la casa
• Quanto spazio ha il tetto per un'installazione solare
• I risparmi, in dollari statunitensi, che una casa può aspettarsi nel corso dei 20 anni di vita di un sistema solare
• La fattura media mensile dell'elettricità per le case nella tua zona, che puoi regolare per la tua casa,
• Una dimensione consigliata, misurata in kilowatt (kW), per un impianto solare della casa

Sebbene l'API Solar fornisca stime per tutte le strutture per cui dispone dei dati, le stime che fornisce sono più adatte per abitazioni o per piccole strutture commerciali. L'API Solar consiglia dimensioni per l'installazione di impianti solari in grado di massimizzare il risparmio senza produrre più energia in un anno di quella che può essere consumata da un nucleo familiare. L'API Solar non calcola i valori relativi alla produzione di energia in eccesso.

Per diversi motivi, le dimensioni di installazione consigliate sono limitate al consumo annuale di energia, ma principalmente perché attualmente le famiglie degli Stati Uniti ottengono un vantaggio economico minimo o nullo dall'eccessiva produzione di energia. Nelle località degli Stati Uniti che dispongono di un sistema di misurazione netto, i crediti guadagnati dalla produzione di energia in eccesso scadono in genere nel tempo.

Valori obbligatori per l'analisi finanziaria per le località 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 presenti in un impianto. Questo valore viene utilizzato nel calcolo di installationSize.
• yearlyEnergyDcKwh: quanta energia solare viene acquisita da un layout nel corso di un anno, in kWh CC, per un determinato panelsCount. Utilizzi questo valore nel calcolo della produzione annuale di energia solare CA (initialAcKwhPerYear) di ogni installationSize.

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

• billCostModel(): Il modello per determinare il costo, in valuta locale, pagato da un nucleo familiare per l'utilizzo di un determinato numero di kWh. Quanto le spese per l'elettricità possono variare da un giorno all'altro oppure da un'ora all'altra a seconda di fattori come la domanda, l'ora del giorno e la quantità di elettricità consumata dalla casa. Potresti dover stimare un costo medio.
• costIncreaseFactor:l'API Solar utilizza 1,022 (aumento annuale del 2,2%) per le località degli Stati Uniti.
• dcToAcDerate: l'efficienza con cui un inverter converte l'elettricità CC prodotta dai pannelli solari nell'elettricità CA utilizzata in un nucleo familiare. L'API Solar utilizza 85% per le località negli Stati Uniti.
• discountRate: l'API Solar utilizza 1,04 (aumento annuale di 4%) per le località degli Stati Uniti.
• efficiencyDepreciationFactor:indica in che misura l'efficienza dei pannelli solari diminuisce ogni anno. L'API Solar utilizza 0,995 (diminuzione annuale dello 0,5%) per le località degli Stati Uniti.
• 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 di installazione di impianti solari in valuta locale per un determinato installationSize. Il modello di costo in genere tiene conto dei costi dei materiali e della manodopera locale per un determinato installationSize.
• installationLifeSpan: la durata prevista dell'impianto solare. L'API Solar utilizza 20 anni. Regola questo valore in base alle tue esigenze.
• kWhConsumptionModel(): il tuo modello per determinare la quantità di energia consumata da una famiglia in base a una fattura mensile. Nella sua forma più semplice, dividi il conto per il costo medio di un kWh della località del nucleo familiare.
• monthlyBill:la fattura media mensile dell'elettricità per una casa soggetto.
• monthlyKWhEnergyConsumption: una stima della quantità media di elettricità consumata in un mese dal nucleo familiare in un determinato luogo, misurata in KWh.

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

Come funziona

La media mensile della bolletta della luce è la chiave per il resto dei calcoli.

L'API Solar basa inizialmente i calcoli su un importo di fatturazione mensile preselezionato. Se necessario, puoi selezionare un importo diverso che rispecchi in modo più preciso la tua fattura media mensile.

Conoscendo l'importo di una bolletta mensile e il costo attuale dell'elettricità in una determinata località, l'API Solar può stimare il numero di kilowattora (kWh) di elettricità che una famiglia consuma ogni mese. Per il costo attuale dell'elettricità negli Stati Uniti e per determinare i kWh da una fattura mensile, l'API Solar fa riferimento ai database gestiti da Clean Power Research.

Basandosi sul numero di kWh consumati da un nucleo familiare, l'area utilizzabile del tetto di una casa e il potenziale solare della posizione, l'API Solar valuta una o più possibili dimensioni di installazione solare e consiglia quella che garantisce il massimo risparmio.

Le dimensioni di un impianto di pannelli solari vengono misurate in base alla potenza nominale in kW. La potenza nominale in kW dipende dal numero di pannelli solari nella configurazione e dalla potenza nominale, misurata in watt, di ogni pannello.

La potenza nominale in kW di un impianto non equivale alla produzione energetica dell'impianto, che viene misurata in kWh ed è variabile. La produzione di kWh di un'installazione dipende da fattori quali:

• L'orario
• Il meteo
• L'orientamento del riquadro rispetto al sole
• Eventuali ombre proiettate sui riquadri da oggetti vicini
• Il potenziale solare regionale
• Data dell'installazione

Nella stima della produzione annuale di energia di un impianto solare, l'API Solar include fattori come il potenziale solare regionale e l'età dell'impianto.

Per determinare l'area utilizzabile di un tetto e stimare le dimensioni dell'installazione solare che può supportare, l'API Solar utilizza immagini aeree e modellazione 3D avanzata.

Spiegazione dettagliata di valori e calcoli

Le seguenti sezioni spiegano come l'API Solar calcola i costi, il risparmio e le dimensioni degli impianti solari per una determinata struttura negli Stati Uniti.

Le spiegazioni dei calcoli utilizzano termini per rappresentare i valori nei calcoli. Per una spiegazione dei termini, consulta Definizione dei termini utilizzati nei nostri calcoli.

Consumo annuale di energia domestica

Come accennato in precedenza, l'API Solar determina il consumo mensile di elettricità in base all'importo della fattura mensile e al costo dell'elettricità in cui si trova una famiglia. Dopo aver determinato il consumo mensile di elettricità di un nucleo familiare, calcoliamo il consumo annuo di energia in KWh utilizzando la seguente formula:

annualKWhEnergyConsumption = monthlyKWhEnergyConsumption x 12

Si presume che il consumo energetico di un nucleo familiare rimanga invariato di anno in anno per tutta la durata di un impianto solare. L'API Solar presuppone che un'installazione solare abbia una durata di 20 anni.

Produzione annuale di energia solare

L'API Solar stima la produzione annuale di energia di un'installazione solare prendendo in considerazione fattori quali l'intensità della luce solare, l'angolo di luce solare e il numero di ore di luce solare utilizzabile all'anno.

Gli impianti solari producono elettricità continua (CC), che deve essere convertita in elettricità a corrente alternata tramite un inverter prima di poter essere utilizzata in casa. Una parte della corrente viene persa durante il processo di conversione e l'efficienza dell'inverter determina la perdita.

L'efficienza del processo di conversione è detta detrazione da DC a AC. Per compensare la perdita, l'API Solar moltiplica la produzione annuale dell'impianto solare per un declassamento da CC a CA di 0,85. Il risultato è la produzione annuale di elettricità CA, come mostrato nella seguente formula:

initialAcKwhPerYear = yearlyEnergyDcKwh x 0.85

La quantità di energia prodotta da un impianto diminuisce di circa lo 0,5% all'anno durante la vita utile dell'impianto. Per tenere conto di questo, dopo il primo anno, l'API Solar moltiplica l'output CA annuale di un'installazione per 99,5% o 0, 995 ogni anno sulla durata stimata di 20 anni dell'installazione. come illustrato nella tabella seguente.

Anno	Produzione annuale di energia solare (kWh)
1	initialAcKwhPerYear
2	initialAcKwhPerYear x 0,995
:	:
20	initialAcKwhPerYear x 0,995^19

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

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

Il costo dell'elettricità con l'energia solare

Se le dimensioni di un'installazione sono limitate dalle dimensioni del tetto o da altri fattori, l'installazione solare potrebbe produrre meno elettricità di quella consumata da un nucleo familiare. In questi casi, è probabile che la famiglia debba pagare un'utenza per una certa quantità di elettricità ogni anno, come mostrato nella seguente formula:

annualKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear = annualUtilityEnergyRequired

Per tenere conto di questo costo, l'API Solar applica un modello di costo della fattura alla quantità stimata di elettricità, in kWh, la casa avrà bisogno di un'utenza per tutta la durata dell'impianto solare. La seguente formula illustra questo calcolo:

annualUtilityBillEstimate = billCostModel(utilityEnergyRequired)

Per tenere conto dell'aumento annuale del costo dell'elettricità, applichiamo un costIncreaseFactor di 2,2%, o 0,22, all'anno per le località degli Stati Uniti:

costIncreaseFactor = 1 + 2.2% = 1.022

A causa dell'inflazione, dobbiamo scontare il valore del valore della valuta nelle nostre stime dei costi futuri. Per tenere conto di ciò, applichiamo una tariffa di sconto del 4% al nostro modello per le località degli Stati Uniti:

discountRate = 1 + 4% = 1.04

La tabella seguente mostra in che modo viene calcolata la bolletta di ogni anno per la durata di un impianto solare. La remainingLifetimeUtilityBill è la somma totale delle bollette per ciascuno dei 20 anni di durata dell'installazione solare.

Anno	Bolletta annuale di un'utenza nel valore corrente della valuta locale (USD) (annualUtilityBillEstimate)
1	billCostModel (yearlyKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear) = annualUtilityBillStimaYear1
2	billCostModel (yearlyKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear x 0,995) x 1,022 / 1,04 = annualUtilityBillStimaYear2
:	:
20	billCostModel (yearlyKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear x 0,995^19) x 1,022^19 / 1,04^19 = annualUtilityBillStimaAnno2
Totale	remainingLifetimeUtilityBill = annualUtilityBillStimaYear1 + annualUtilityBillStimaYear2 + .... + annualUtilityBillStimaYear20

Il costo dell'elettricità senza solare

Per calcolare quanto potrebbe risparmiare un nucleo familiare installando l'energia solare, dobbiamo anche calcolare quanto potrebbe pagare il nucleo familiare in caso contrario.

Dobbiamo ancora tenere conto dell'aumento del costo dell'elettricità e dell'inflazione applicando al calcolo il costIncreaseFactor di 1,022 e il discountRate di 1,04, come abbiamo fatto quando abbiamo calcolato il costo dell'elettricità con il solare.

La tabella seguente mostra come viene calcolata la bolletta di un'utenza di ogni anno senza l'energia solare per tutta la durata di un impianto solare. Il costOfElectricityWithoutSolar è la somma totale delle bollette dello stesso periodo di 20 anni che abbiamo utilizzato per il costo dell'elettricità con l'energia solare.

Anno	Bolletta annuale di un'utenza (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
Totale	Somma di tutte le bollette annuali, che può anche essere espressa come costOfElectricityWithoutSolar = 204,35 x monthlyBill

Il costo dell'installazione di impianti solari

L'API Solar include il costo di installazione della configurazione consigliata per l'energia solare nelle stime fornite. Per stimare il costo di un'installazione, l'API Solar utilizza un modello di costo di installazione localizzato e le dimensioni dell'installazione.

installationCost = InstallationCostModel (installationSize)

Incentivi

Gli enti governativi potrebbero fornire incentivi per l'installazione di impianti solari. Gli incentivi sono spesso sotto forma di crediti d'imposta. In base alla località in cui si trova il nucleo familiare, l'API Solar sottrae gli incentivi attualmente disponibili per il nucleo familiare dalla stima dei costi totali.

Il costo totale per l'installazione di impianti solari

L'API Solar calcola il costo totale di 20 anni di una configurazione di impianti solari utilizzando la seguente formula:

totalCostWithSolar = installationCost + remainingLifetimeUtilityBill - incentives

Il risparmio totale

L'API Solar calcola il risparmio per il nucleo familiare utilizzando la seguente formula:

savings = costOfElectricityWithoutSolar - totalCostWithSolar

L'API Solar esegue i calcoli riportati in precedenza per ogni possibile dimensione di installazione e poi consiglia la dimensione di installazione che garantisce il massimo risparmio per il nucleo familiare. L'importo del risparmio stimato viene restituito con il suggerimento.