Neste documento, explicamos como a API Solar calcula os diversos valores usados para recomendar instalações de painéis solares e estimar custos e economias para endereços nos EUA.
Se você inserir o endereço de uma residência em uma região coberta dos EUA, a API Solar mostrará as seguintes estimativas:
- Quanta luz solar a casa recebe anualmente
- Espaço do telhado para uma instalação solar
- Quanta economia, em dólares americanos, pode esperar para uma casa ao longo de 20 anos de vida útil de um sistema solar
- A conta média mensal de energia elétrica para casas na sua área, que você pode ajustar de acordo com a sua casa
- Um tamanho recomendado, medido em quilowatts (kW), para um sistema solar na casa
Embora a API Solar forneça estimativas para qualquer estrutura sobre a qual tenha dados, as estimativas fornecidas são mais adequadas para residências ou pequenas estruturas comerciais. A API Solar recomenda tamanhos de instalação solar que maximizam a economia sem produzir mais energia em um ano do que uma família pode consumir. A API Solar não calcula valores relacionados à produção de energia excessiva.
Os tamanhos de instalação recomendados são limitados ao consumo anual de energia por vários motivos, mas principalmente porque as famílias dos EUA recebem pouco ou nenhum benefício financeiro do excesso de produção de energia. Em locais nos EUA que têm net metering, os créditos recebidos da produção de energia em excesso normalmente expiram ao longo do tempo.
Valores obrigatórios para análise financeira para locais nos EUA
Para cada instância de SolarPanelConfig na resposta da API, serão necessários dois valores para realizar a análise financeira dela:
panelsCount:o número de painéis solares em uma instalação. Esse valor é usado no cálculo deinstallationSize.yearlyEnergyDcKwh:quanta energia solar um layout captura ao longo de um ano em kWh DC, considerando umpanelsCountespecífico. Use esse valor no cálculo da produção anual de energia solar CA (initialAcKwhPerYear) de cadainstallationSize.
Além disso, é necessário coletar valores específicos de local para as seguintes variáveis que você usará nos cálculos:
- billCostModel():o modelo para determinar o custo, na moeda local, pago por uma família por usar um determinado número de kWh. A cobrança pela eletricidade pode variar de um dia para o outro ou de hora a hora, dependendo de fatores como demanda, hora do dia e quanta eletricidade a casa consome. Talvez seja necessário estimar um custo médio.
- costIncreaseFactor:a API Solar usa 1,022 (aumento anual de 2,2% aumento anual) para locais nos EUA.
- dcToAcDerate: a eficiência com que um inversor converte a eletricidade CC produzida pelos painéis solares para a eletricidade CA usada em uma casa. A API Solar usa 85% para locais nos EUA.
- discountRate: a API Solar usa 1,04 (aumento anual de 4%) para locais nos EUA.
- efficiencyDepreciationFactor:é o quanto a eficiência dos painéis solares diminui a cada ano. A API Solar usa 0,995 (redução anual de 0,5%) para locais nos EUA.
- incentivos:incluem todos os incentivos monetários para a instalação de painéis solares fornecidos por entidades governamentais na sua área.
- installationCostModel():o método para estimar o custo da instalação de energia solar na moeda local para um determinado
installationSize. O modelo de custo normalmente contabiliza os custos locais de mão de obra e material para um determinadoinstallationSize. - 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 quanta energia uma família consome com base em uma conta mensal. Na forma mais simples, você dividiria a fatura pelo custo médio de um kWh no local da residência.
- monthlyBill: a média mensal de conta de luz de uma casa.
- monthlyKWhEnergyConsumption:estimativa da quantidade média de eletricidade que a casa consome em um determinado local 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.
Como funciona
A média mensal de conta de luz é a chave para o restante dos cálculos.
Inicialmente, a API Solar baseia os cálculos em um valor de fatura mensal pré-selecionado. Se necessário, selecione um valor diferente que reflita com mais precisão sua fatura média mensal.
Sabendo o valor de uma conta mensal e o custo atual da eletricidade em um determinado local, a API Solar pode estimar o número de quilowatt-hora (kWh) de eletricidade que uma família consome por mês. Para o custo atual da eletricidade nos EUA e para determinar kWhs de uma conta mensal, a API Solar usa bancos de dados mantidos pela Clean Power Research.
Usando o número de kWh que uma família consome, a área utilizável do telhado de uma casa e o potencial solar da localização da casa, a API Solar avalia um ou mais tamanhos possíveis de instalação solar e recomenda o tamanho que oferece a maior economia.
O tamanho de uma instalação de painel solar é medido por sua classificação em kW. A taxa de kW depende do número de painéis solares na configuração e da capacidade de cada painel, medida em watts.
A classificação de kW de uma instalação não é igual à saída de energia de uma instalação, que é medida em kWh e é variável. A saída de kWh de uma instalação depende de fatores como estes:
- A hora do dia
- O clima
- A orientação do painel em relação ao sol
- Sombras projetadas nos painéis por objetos próximos
- O potencial solar regional
- o tempo de instalação da instalação;
A API Solar inclui fatores como potencial solar regional e a idade da instalação em sua estimativa da produção de energia anual de uma instalação solar.
Para determinar a área utilizável de um telhado e estimar o tamanho da instalação solar, a API Solar usa imagens aéreas e modelagem 3D avançada.
Explicação detalhada dos valores e cálculos
As seções a seguir explicam como a API Solar calcula os custos, a economia e os tamanhos das instalações solares para uma determinada estrutura nos EUA.
As explicações dos cálculos usam termos para representar valores nos cálculos. Para uma explicação dos termos, consulte a definição dos termos usados em nossos cálculos.
Consumo anual de energia doméstica
Como mencionado anteriormente, a API Solar determina o consumo mensal de eletricidade com base no valor da conta mensal e no custo de eletricidade de uma casa. Depois de determinar o consumo mensal de eletricidade de uma casa, calculamos o consumo anual de energia em kWh usando a seguinte fórmula:
annualKWhEnergyConsumption = monthlyKWhEnergyConsumption x 12
Supõe-se que o consumo de energia de uma família permanece o mesmo ano a ano durante a vida útil de uma instalação solar. A API Solar presume que a vida útil de uma instalação solar é de 20 anos.
Produção anual de energia solar
A API Solar estima a produção anual de energia de uma instalação solar considerando fatores como a intensidade da luz solar, o ângulo da luz solar e o número de horas de luz solar utilizável que uma região recebe anualmente.
As instalações solares produzem eletricidade de corrente contínua (CC), que precisa ser convertida em eletricidade de corrente alternada (CA) por um inversor antes de ser usada na sua casa. Parte da eletricidade é perdida durante o processo de conversão, e a eficiência do inversor determina quanto é perdido.
A eficiência do processo de conversão é chamada de descontinuação de CC para AC. Para compensar essa perda, a API Solar multiplica a produção anual da instalação solar por uma dedução de CC para CA de 0,85. O resultado é a produção anual de eletricidade CA, conforme mostrado na fórmula a seguir:
initialAcKwhPerYear = yearlyEnergyDcKwh x 0.85
A quantidade de energia que uma instalação produz diminui cerca de 0,5% a cada ano durante a vida útil da instalação. Por isso, após o primeiro ano, a API Solar multiplica a produção anual de CA de uma instalação por 99,5%, ou 0,995, a cada ano, pelo ciclo de vida estimado da instalação. Isso é ilustrado na tabela a seguir.
| Ano | Produção anual de energia solar (kWh) |
|---|---|
| 1 | initialAcKwhPerYear |
| 2 | initialAcKwhPerYear x 0,995 |
| : | : |
| 20 | initialAcKwhPerYear x 0,99519 |
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 o
LifetimeProductionAcKwh:
LifetimeProductionAcKwh = (dcToAcDerate * initialAcKwhPerYear * (1 - pow(efficiencyDepreciationFactor, installationLifeSpan)) / (1 - efficiencyDepreciationFactor))
O custo da eletricidade com energia solar
Se o tamanho de uma instalação é limitado pelo tamanho do telhado ou por outros fatores, a instalação solar pode produzir menos eletricidade do que uma família consome. Nesses casos, a família provavelmente terá que pagar uma concessionária de energia elétrica a cada ano, conforme mostrado na fórmula a seguir:
annualKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear = annualUtilityEnergyRequired
Para contabilizar esse custo, a API Solar aplica um modelo de custo de conta à quantidade estimada de eletricidade, em kWh, que a família vai precisar de uma concessionária de serviços públicos ao longo do ciclo de vida da instalação solar. A fórmula a seguir ilustra esse cálculo:
annualUtilityBillEstimate = billCostModel(utilityEnergyRequired)
Para contabilizar o aumento anual no custo da eletricidade, aplicamos um costIncreaseFactor de 2,2% ou 0, 22 por ano para locais nos EUA:
costIncreaseFactor = 1 + 2.2% = 1.022
Devido à inflação, precisamos descontar o valor da moeda em nossas estimativas de custos futuros. Por isso, aplicamos uma taxa de desconto de 4% ao nosso modelo para locais nos EUA:
discountRate = 1 + 4% = 1.04
A tabela a seguir mostra como a conta de consumo anual é calculada durante a vida útil de uma instalação solar. A remainingLifetimeUtilityBill é a soma total das contas de consumo para cada um dos 20 anos de vida útil da instalação solar.
| Ano | Conta de consumo anual no valor atual da moeda 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 |
O custo da eletricidade sem energia solar
Para calcular quanto uma família pode economizar se instalar energia solar, também precisamos calcular quanto a família pode pagar se não instalar.
Novamente, precisamos considerar o aumento do custo de eletricidade e inflação aplicando o costIncreaseFactor de 1,022 e o discountRate de 1,04 ao cálculo, como fizemos quando calculamos o custo da eletricidade com energia solar.
A tabela a seguir mostra como a conta de consumo sem energia solar é calculada por ano ao longo da vida útil de uma instalação solar. O costOfElectricityWithoutSolar é a soma total das contas de consumo no mesmo período de 20 anos que usamos para o custo da eletricidade com energia solar.
| Ano | Conta de consumo anual (USD) |
|---|---|
| 1 | monthlyBill x 12 |
| 2 | monthlyBill x 12 x 1,022 / 1,04 |
| : | : |
| 20 | monthlyBill x 12 x 1,02219 / 1,0419 |
| Total | Soma de todas as contas anuais, que também pode ser expressa como costOfElectricityWithoutSolar = 204,35 x monthlyBill |
O custo da instalação de energia solar
A API Solar inclui o custo de instalação da configuração solar recomendada nas estimativas que ela fornece. Para estimar o custo de uma instalação, a API Solar usa um modelo de custo de instalação localizado e o tamanho da instalação.
installationCost = InstallationCostModel (installationSize)
Incentivos
Entidades governamentais podem oferecer incentivos para a instalação de energia solar. Os incentivos geralmente estão na forma de créditos fiscais. Com base na localização de uma família, a API Solar subtrai todos os incentivos atualmente disponíveis para a família da estimativa de custos totais.
O custo total da instalação solar
A API Solar calcula o custo total de uma configuração solar em 20 anos usando a seguinte fórmula:
totalCostWithSolar = installationCost + remainingLifetimeUtilityBill - incentives
A economia total
A API Solar calcula a economia para a casa usando a seguinte fórmula:
savings = costOfElectricityWithoutSolar - totalCostWithSolar
A API Solar executa os cálculos acima para cada tamanho de instalação possível e recomenda o tamanho de instalação que fornece a economia máxima para a família. A economia estimada é retornada com a recomendação.