En este documento, se explica cómo la API de Solar calcula los diversos valores que usa para recomendar instalaciones de paneles solares y estimar los costos y los ahorros en costos para las 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:
- La cantidad de luz solar que recibe la casa anualmente
- La cantidad de espacio que tiene el techo para una instalación solar
- Cuánto ahorro, en dólares estadounidenses, puede esperar la casa durante la vida útil de 20 años de un sistema solar
- La factura de electricidad mensual promedio de las casas de tu zona, que puedes ajustar para tu casa
- Es 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 pequeñas estructuras comerciales. La API de Solar recomienda tamaños de instalación solar que maximicen los ahorros sin producir más energía en un año de la que puede consumir una familia. La API de Solar no calcula los valores relacionados con la producción de energía en exceso.
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 del exceso de producción de energía. En las ubicaciones de EE.UU. que tienen facturación neta, los créditos obtenidos por la producción de energía en exceso suelen vencer con el tiempo.
Valores obligatorios para el análisis financiero de las ubicaciones de EE.UU.
De 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: Indica la cantidad de energía solar que captura un diseño a lo largo de un año, en kWh de CC, para unpanelsCountespecífico. Usas este valor en el cálculo de la producción anual de energía solar en 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 moneda local, que paga un grupo familiar por usar una cantidad determinada de kWh. El importe que cobra una empresa de servicios públicos por la electricidad puede variar de un día a otro o de una hora a otra, según factores como la demanda, la hora del día y la cantidad de electricidad que consume el grupo familiar. Es posible que debas estimar un costo promedio.
- costIncreaseFactor: La API de Solar usa 1.022 (2.2% de aumento anual) 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 un hogar. La API de Solar usa el 85% para las ubicaciones de EE.UU.
- discountRate: La API de Solar usa 1.04 (4% de aumento anual) para las ubicaciones de EE.UU.
- efficiencyDepreciationFactor: Indica en qué medida disminuye la eficiencia de los paneles solares cada año. La API de Solar usa 0.995 (0.5% de disminución anual) para las ubicaciones de EE.UU.
- Incentivos: Incluye cualquier incentivo monetario para instalar paneles solares que otorguen las entidades gubernamentales de tu área.
- installationCostModel(): Es tu método para estimar el costo de instalar energía solar en moneda local para un
installationSizedeterminado. Por lo general, el modelo de costos tendría en cuenta los costos de mano de obra y materiales locales para unainstallationSizedeterminada. - 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 hogar en función de una factura mensual. En su forma más simple, debes dividir la factura por el costo promedio de un kWh en la ubicación del hogar.
- monthlyBill: Es la factura eléctrica mensual promedio de un grupo familiar sujeto.
- monthlyKWhEnergyConsumption: Es una 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 para las ubicaciones que no cubre la API de Solar.
Cómo funciona
La factura eléctrica mensual promedio es la clave para el resto de los cálculos.
Inicialmente, la API de Solar basa sus cálculos en un importe de facturación mensual preestablecido. Si es necesario, puedes seleccionar un importe diferente que refleje con mayor exactitud tu factura mensual promedio.
Si se conoce 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 un grupo familiar cada mes. Para conocer el costo actual de la electricidad en EE.UU. y 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 un grupo familiar, 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 instalación solar y recomienda el tamaño que proporciona los mayores ahorros.
El tamaño de una instalación de paneles solares se mide según su clasificación en kW. La clasificación en kW depende de la cantidad de paneles solares en la configuración y de la clasificación de potencia, medida en vatios, de cada panel.
La clasificación en 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 producción 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 que proyecten los objetos cercanos en los paneles
- 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 anual de energía 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 3D avanzado.
Explicación detallada de los valores y cálculos
En las siguientes secciones, se explica cómo la API de Solar calcula los costos, ahorros y tamaños de las instalaciones solares para una estructura determinada en EE.UU.
Las explicaciones de los cálculos usan términos para representar los valores en los cálculos. Para obtener una explicación de los términos, consulta la Definición de los términos que se usan en nuestros cálculos.
Consumo anual de energía de los hogares
Como se mencionó anteriormente, la API de Solar determina el consumo mensual de electricidad en función del importe de la factura mensual y el costo de la electricidad en el que se encuentra un grupo familiar. Después de determinar el consumo mensual de electricidad de un grupo familiar, calculamos el consumo anual de energía en kWh con la siguiente fórmula:
annualKWhEnergyConsumption = monthlyKWhEnergyConsumption x 12
Se supone que el consumo de energía de un grupo familiar permanece igual año tras año durante la vida útil de una instalación solar. La API de Solar supone que la vida útil de una instalación solar es de 20 años.
Producción anual de energía solar
La API de Solar estima la producción anual de energía de una instalación solar teniendo en cuenta factores como la intensidad de la luz solar, el ángulo de la luz solar y la cantidad de horas de luz solar aprovechable que recibe una región anualmente.
Las instalaciones solares producen electricidad de corriente continua (DC), que un inversor debe convertir en electricidad de corriente alterna (AC) para que puedas usarla en tu casa. Se pierde algo de electricidad durante el proceso de conversión, y la eficiencia del inversor determina cuánto se pierde.
La eficiencia del proceso de conversión se conoce como tasa de conversión de CC a AC. Para tener en cuenta la pérdida, la API de Solar multiplica la producción anual de la instalación solar por una reducción 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 alrededor de un 0.5% cada año durante su vida útil. Para tener en cuenta esto, después del primer año, la API de Solar multiplica la salida anual de CA de una instalación por 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 una tasa constante, es, en esencia, una serie geométrica en la que a = initialAcKwhPerYear y r = efficiencyDepreciationFactor. Podemos usar una suma geométrica para calcular 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 que la que consume un hogar. En estos casos, es probable que el grupo familiar deba pagar una empresa de servicios públicos por una cantidad de electricidad cada año, como se muestra en la siguiente fórmula:
annualKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear = annualUtilityEnergyRequired
Para tener en cuenta este costo, la API de Solar aplica un modelo de costo de facturación a la cantidad estimada de electricidad, en kWh, que necesitará el grupo familiar de una empresa de servicios públicos 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 del 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 de la moneda en nuestras estimaciones de costos futuros. Para tener en cuenta esto, aplicamos un porcentaje de descuento del 4% a nuestro modelo para las 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 electricidad de cada uno de los 20 años de 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 un grupo familiar si instala energía solar, también debemos calcular cuánto podría pagar si no lo hace.
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 al cálculo, como lo hicimos cuando calculamos el costo de la electricidad con energía solar.
En la siguiente tabla, se muestra cómo se calcula la factura de electricidad de cada año sin energía solar durante la vida útil de una instalación solar. costOfElectricityWithoutSolar es la suma total de las facturas de electricidad durante el mismo período de 20 años que usamos para el costo de la electricidad con energía solar.
| Año | Factura anual de electricidad (USD) |
|---|---|
| 1 | monthlyBill × 12 |
| 2 | monthlyBill x 12 x 1.022 / 1.04 |
| : | : |
| 20 | monthlyBill × 12 × 1.02219 / 1.0419 |
| Total | Es la suma de todas las facturas anuales, que también se puede expresar como costOfElectricityWithoutSolar = 204.35 x monthlyBill. |
El costo de instalar energía solar
La API de Solar incluye el costo de instalar la configuración 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 pueden proporcionar incentivos para instalar 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 están disponibles para el grupo familiar de la estimación de los costos totales.
El costo total con la instalación solar
La API de Solar calcula el costo total de 20 años de una configuración solar con la siguiente fórmula:
totalCostWithSolar = installationCost + remainingLifetimeUtilityBill - incentives
El ahorro total
La API de Solar calcula los ahorros del hogar 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 el grupo familiar. El importe de los ahorros estimados se muestra con la recomendación.