En este documento, se explica cómo la API de Solar calcula los diversos valores que utiliza para recomendar instalaciones de paneles solares y calcular los costos y ahorros de las direcciones de los EE.UU.
Si ingresas la dirección de una residencia en una región cubierta de EE.UU., la API de Solar te mostrará las siguientes estimaciones:
- Cuánta luz solar recibe la casa anualmente.
- ¿Cuánta espacio tiene el techo para instalarse los paneles solares?
- ¿Cuántos ahorros, en dólares estadounidenses, puede esperar la casa durante los 20 años de vida de un sistema solar?
- La factura de electricidad mensual promedio de las casas de tu zona, que puedes ajustar para tu casa.
- Un tamaño recomendado, medido en kilovatios (kW), para un sistema solar en la casa
Aunque la API de Solar proporciona estimaciones para cualquier estructura de la que tenga datos, las estimaciones que proporciona son más adecuadas para residencias o estructuras comerciales pequeñas. La API de Solar recomienda tamaños de instalaciones solares que maximizan 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 de energía anual por varios motivos, pero principalmente porque los hogares de EE.UU. actualmente obtienen pocos o ningún beneficio financiero por el exceso de producción 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 de 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 que hay en una instalación. Usas este valor para el cálculo deinstallationSize.yearlyEnergyDcKwh: cuánta energía solar captura un diseño a lo largo de un año, en kWh de CC, según unpanelsCountespecífico. Usa este valor para calcular la producción anual de CA de energía solar (initialAcKwhPerYear) de cadainstallationSize.
Además, debes recopilar valores específicos de la ubicación para las siguientes variables que usarás en los cálculos:
- billCostModel(): Es el modelo para determinar el costo, en moneda local, que paga un grupo familiar por usar una cantidad determinada de kWh. Los cargos de electricidad que una compañía eléctrica puede variar de un día a otro, o de una hora a otra, según aspectos como la demanda, la hora del día y la cantidad de electricidad que consume la casa. Es posible que necesites estimar un costo promedio.
- costIncreaseFactor: La API de Solar usa 1.022 (aumento anual del 2.2%) para las ubicaciones de 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 las ubicaciones en EE.UU.
- discountRate: La API de Solar usa 1.04 (aumento anual del 4%) para las ubicaciones de EE.UU.
- efficiencyDepreciationFactor: Indica cuánto disminuye la eficiencia de los paneles solar solares cada año. La API de Solar usa 0.995 (disminución del 0.5% anual) para las ubicaciones de EE.UU.
- incentivos: Incluye los incentivos monetarios para instalar paneles solares que proporcionen las entidades gubernamentales de tu zona.
- installationCostModel(): Es tu método para calcular el costo de la instalación de la energía solar en la moneda local en un
installationSizedeterminado. Por lo general, el modelo de costos considera los costos locales de mano de obra y materiales de uninstallationSizedeterminado. - installationLifeSpan: 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 la cantidad de energía que consume un grupo familiar según una factura mensual. En la forma más simple, dividirías 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: Es una estimación de la cantidad promedio de electricidad que consume la familia 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 para las ubicaciones que no abarca la API de Solar.
Cómo funciona
La factura de electricidad mensual promedio es la clave para el resto de los cálculos.
En un principio, la API de Solar 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.
Al conocer el 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 familia 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 hace referencia a las bases de datos que mantiene Clean Power Research.
Con la cantidad de kWh que consume una familia, el área utilizable del techo de una casa y el potencial solar de su ubicación, la API de Solar evalúa uno o más tamaños posibles de instalaciones solares y recomienda el tamaño que proporciona el mayor ahorro.
El tamaño de la instalación de paneles solares se mide según su potencia en kW. La tasa de kW depende de la cantidad de paneles solares en la configuración y de la potencia, medida en vatios, de cada panel.
La clasificación en kW de una instalación no es la misma que la energía energética de una instalación, que se mide en kWh y es variable. El resultado en kWh de una instalación depende de factores como los siguientes:
- La hora del día
- Clima
- La orientación del panel respecto del sol
- Las sombras proyectadas en los paneles por objetos cercanos
- El potencial de energía 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 usa imágenes aéreas y modelado avanzado en 3D.
Explicación detallada de los valores y los cálculos
Las siguientes secciones explican cómo la API de Solar calcula los costos, el ahorro y el tamaño de las instalaciones de energía solar en una estructura específica de EE.UU.
Las explicaciones de los cálculos usan términos para representar valores en los cálculos. Para obtener una explicación de los términos, consulta la Definición de los términos usados en nuestros cálculos.
Consumo anual de energía de las familias
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 encuentra un grupo familiar. Después de determinar el consumo mensual de electricidad de una familia, 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 se mantiene igual año a año durante la vida útil de una instalación solar. La API de Solar considera que la vida útil de una instalación solar es de 20 años.
Producción anual de energía solar
Para estimar la producción de energía anual de una instalación solar, la API de Solar considera factores como la intensidad y el ángulo de luz solar, y la cantidad de horas de luz solar utilizable que recibe una región anualmente.
Las instalaciones solares producen electricidad de corriente continua (CC), que un inversor debe convertir en electricidad de corriente alterna (CA) para poder usarla en tu casa. Parte de la electricidad se pierde durante el proceso de conversión, y la eficiencia del inversor determina cuánto se pierde.
La eficiencia del proceso de conversión se conoce como derivado de CC a AC. Para compensar la pérdida, la API de Solar multiplica la producción anual de la instalación solar por una disminución de CC a 0.85 de CA. 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 0.5% cada año durante la vida útil de la instalación. Para responder a esto, 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 x 0.995 |
| : | : |
| 20 | initialAcKwhPerYear x 0.99519 |
Dado que la eficiencia del panel solar disminuye a una velocidad constante, es básicamente 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 podría producir menos electricidad de la que consume una casa. En estos casos, es probable que la familia tenga que pagarle a una compañía eléctrica por una cantidad determinada 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 factura a la cantidad estimada de electricidad, en kWh, que el grupo familiar 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 dar cuenta del aumento anual en el costo de la electricidad, aplicamos un costIncreaseFactor de 2.2% o 0.22 por año para las ubicaciones de EE.UU.:
costIncreaseFactor = 1 + 2.2% = 1.022
Debido a la inflación, debemos descontar el valor monetario de nuestras estimaciones de costos futuros. Para tener en cuenta esto, 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 de electricidad de cada año durante la vida útil de una instalación solar. remainingLifetimeUtilityBill es la suma total de las facturas de servicios públicos de cada uno de los 20 años de la vida útil de la instalación solar.
| Año | Factura anual de electricidad en el valor actual en 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 un grupo familiar si instalas energía solar, también debemos calcular cuánto podría pagar si no lo tuvieran.
Una vez más, debemos tener en cuenta el aumento del costo de la electricidad y la inflación aplicando el costIncreaseFactor de 1.022 y el discountRate de 1.04, como lo hicimos cuando calculamos el costo de la electricidad con energía solar.
En la siguiente tabla, se muestra cómo se calcula la factura anual de electricidad sin energía solar durante la vida útil de una instalación solar. costOfElectricityWithoutSolar es la suma total de las facturas de servicios públicos del mismo período de 20 años que usamos para el costo de la electricidad con energía solar.
| Año | Factura anual de electricidad (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 x monthlyBill |
El costo de la instalación de energía solar
La API de Solar incluye el costo de instalar la configuración de energía solar recomendada en las estimaciones que proporciona. Para estimar el costo de una instalación, la API de Solar usa un modelo de costo de instalación localizado y el tamaño de la instalación.
installationCost = InstallationCostModel (installationSize)
Incentivos
Las entidades gubernamentales podrían ofrecer incentivos para la instalación de sistemas de energía solar. Los incentivos suelen ser en forma de créditos fiscales. Según la ubicación de un grupo familiar, la API de Solar resta los incentivos que estén disponibles actualmente para la familia de la estimación de los costos totales.
El costo total de la instalación solar
La API de Solar calcula el costo total de una configuración solar durante 20 años con la siguiente fórmula:
totalCostWithSolar = installationCost + remainingLifetimeUtilityBill - incentives
Ahorro total
La API de Solar calcula el ahorro de la familia 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 proporcione el ahorro máximo para la familia. El importe del ahorro estimado se muestra con la recomendación.