חישוב עלויות וחיסכון של אנרגיה סולארית (ארה"ב בלבד)

במאמר הזה מוסבר איך ה-Soar API מחשב את הערכים השונים שבהם הוא משתמש כדי להמליץ על התקנת לוח סולארי ולהעריך את העלויות והחיסכון בעלויות של כתובות בארה"ב.

אם תזינו כתובת מגורים באזור מקורה בארה"ב, Solar API יציג את האומדנים הבאים:

• כמה אור שמש הבית מקבל בשנה
• כמה מקום יש על הגג להתקנה סולארית
• כמה חיסכון, בדולר ארה"ב, צפוי לבית במהלך 20 שנה של מערכת סולארית
• חשבון החשמל החודשי הממוצע עבור הבתים באזור שלכם, שאותו ניתן לשנות בהתאם
• גודל מומלץ, בקילוואט (קילוואט), למערכת השמש בבית

למרות ש-Soar API מספק אומדנים לכל מבנה שבשבילו יש נתונים, ההערכות שהוא מספק מתאימות במיוחד למגורים או למבנים מסחריים קטנים. ההמלצה של Solar API היא להשתמש בגדלים של מערכות סולאריות שימקסמו את החיסכון, בלי לייצר יותר אנרגיה בשנה ממה שבני בית יכולים לצרוך. ה-API סולרי לא מחשב ערכים שקשורים לייצור עודף של אנרגיה.

גודלי ההתקנה המומלצים מוגבלים לצריכת אנרגיה שנתית מכמה סיבות, אבל בעיקר מפני שנכון לעכשיו, משקי בית בארה"ב נהנים מתועלת כלכלית מועטה או אפסית מצריכת אנרגיה עודפת. במיקומים בארה"ב שבהם יש מכסת מאמרים ללא תשלום, התוקף של זיכויים שהתקבלו מצריכת אנרגיה עודפת בדרך כלל פג עם הזמן.

הערכים הנדרשים לניתוח פיננסי עבור מיקומים בארה"ב

בכל מכונה של SolarPanelConfig בתגובת ה-API, צריכים שני ערכים כדי לבצע את הניתוח הפיננסי במקרה הזה:

• panelsCount: מספר הלוחות הסולאריים בהתקנה. אתם משתמשים בערך הזה בחישוב של installationSize.
• yearlyEnergyDcKwh: כמות אנרגיית אור השמש שפריסה קולטת במשך שנה, בקוט"ש DC, בהינתן ערך ספציפי של panelsCount. הערך הזה משמש בחישוב של צריכת האנרגיה השנתית של אנרגיה סולארית (initialAcKwhPerYear) לכל installationSize.

בנוסף, צריך לאסוף ערכים ספציפיים למיקום למשתנים הבאים שבהם תשתמשו בחישובים:

• billCostModel(): המודל לקביעת העלות, במטבע מקומי, שמשולם על ידי משק בית על שימוש במספר נתון של קילוואט. גובה החיובים על חשמל עשוי להשתנות מיום ליום או משעה לשעה, בהתאם לדברים כמו ביקוש, השעה ביום וכמות החשמל שצורכת הבית. יכול להיות שתצטרכו להעריך עלות ממוצעת.
• costIncreaseFactor: Solar API משתמש ב-1.022 (עלייה שנתית של 2.2%) עבור מיקומים בארה"ב.
• dcToAcDerate: היעילות שבה מהפך מתח ממיר את החשמל ישירות (DC) שמופק על ידי לוחות סולאריים לחשמל שמשמש את בני הבית. ב-Soar API נעשה שימוש ב- 85% למיקומים בארה"ב.
• discountRate: ה-Solear API משתמש ב-1.04 (עלייה שנתית של 4%) למיקומים בארה"ב.
• efficiencyDepreciationFactor: באיזו מידה היעילות של הלוחות הסולאריים יורדת מדי שנה. ב-Soar API נעשה שימוש ב-0.995 (ירידה שנתית של 0.5%) במיקומים בארה"ב.
• תמריצים: צריך לכלול תמריצים כספיים להתקנת לוחות סולאריים שניתנו על ידי ישויות ממשלתיות באזור שלכם.
• installationCostModel(): השיטה להערכת העלות של התקנת אנרגיה סולארית במטבע מקומי עבור installationSize נתון. מודל העלויות בדרך כלל מביא בחשבון את כוח העבודה המקומי ואת העלויות של משאבים בשירות installationSize נתון.
• installationLifeSpan: משך החיים הצפוי של התקנת השמש. ב-Solar API נעשה שימוש במשך 20 שנה. משנים את הערך לפי הצורך באזור שלכם.
• kWhConsumptionModel(): המודל שקובע את כמות האנרגיה שבעל בית צורך על סמך חשבון חודשי. בצורה הפשוטה ביותר, אפשר לחלק את החשבון בעלות הממוצעת של קוט"ש במיקום של הבית.
• monthlyBill: חשבון החשמל החודשי הממוצע של משק בית נושא.
• monthlyKWhEnergyConsumption: הערכה של כמות החשמל הממוצעת שצריכת החשמל הביתית במיקום נתון צורכת בחודש, שנמדדת בקילוואט לשעה.

באמצעות הערכים האלה והמידע שמתקבל מתגובת ה-API, אפשר לבצע את החישובים הדרושים כדי להמליץ על ה-installationSize הטוב ביותר במיקומים שלא נכללים ב-Solar API.

איך זה עובד

חשבון החשמל החודשי הממוצע הוא המפתח לשאר החישובים.

המערכת של Solar API מבססת בהתחלה את החישובים שלו על סכום החיוב החודשי שנבחר מראש. במקרה הצורך, אפשר לבחור סכום אחר שמשקף בצורה מדויקת יותר את החיוב החודשי הממוצע.

הממשק Solar API יכול להעריך את מספר החשבון החודשי ואת עלות החשמל הנוכחית במיקום נתון, כדי להעריך את מספר הקילוואט שעות (kWh) של חשמל שמשפחה משתמשת בכל חודש. כדי לחשב את עלות החשמל הנוכחית בארה"ב, וכדי לקבוע את הקוט"ש בחיוב החודשי, ה-Solar API מפנה למסדי נתונים שמנוהלים על ידי Clean Power Research.

על סמך מספר הקוט"ש שצורך משק בית, האזור השימושי בגג של הבית והפוטנציאל הסולארי של מיקום הבית, ב-Soar API מתבצעת הערכה של גודל אחד או יותר של הלוחות סולאריים, וממליץ על הגודל שמספק את החיסכון הכי גדול.

הגודל של התקנת לוח סולארי נמדד לפי הדירוג שלו בקילוואט. הדירוג בקילוואט תלוי במספר הלוחות הסולאריים בהגדרה ובדירוג ההספק שנמדד בוואט של כל לוח.

דירוג הקילוואט של התקנה לא זהה לפלט האנרגיה של התקנה, שנמדד בקילוואט לשעה והוא משתנה. פלט הקוט"ש של ההתקנה תלוי בגורמים כמו:

• השעה ביום
• מזג האוויר
• כיוון החלונית לשמש
• צלליות שהוטלו על החלוניות על ידי עצמים בקרבת מקום
• הפוטנציאל הסולארי האזורי
• גיל ההתקנה

בהערכה של הפקת האנרגיה השנתית מהתקנה סולארית, ה- Solar API כולל גורמים כמו פוטנציאל סולארי אזורי וגיל ההתקנה.

כדי לקבוע את השטח שאפשר להשתמש בו על הגג ולהעריך את הגודל של לוחות סולאריים שנתמכים בו, אנחנו משתמשים בצילומי אוויר ובמודלים תלת-ממדיים מתקדמים.

הסבר מפורט על הערכים והחישובים

בקטעים הבאים מוסבר איך המערכת של Solar API מחשבת את העלויות, החיסכון והגדלים של התקנות סולאריות במבנה נתון בארה"ב.

בהסברים של החישובים נעשה שימוש במונחים כדי לייצג ערכים בחישובים. להסבר על המונחים, ראו 'הגדרות' של המונחים שמשמשים בחישובים שלנו.

צריכת אנרגיה שנתית לבית

כפי שציינו קודם, Solar API קובע את הצריכה החודשית של חשמל על סמך סכום החשבון החודשי ועלות החשמל במיקום של משק בית. אחרי חישוב הצריכה החודשית של חשמל במשק בית, אנחנו מחשבים את צריכת האנרגיה השנתית בקוט"ש באמצעות הנוסחה הבאה:

annualKWhEnergyConsumption = monthlyKWhEnergyConsumption x 12

ההנחה היא שצריכת האנרגיה של משק בית תישאר באותה שנה במשך החיים של מתקן סולארי. המערכת של Solar API מניחה שמשך החיים של התקנה סולארית הוא 20 שנה.

הפקת אנרגיה סולארית שנתית

ה-Soar API מעריך את ייצור האנרגיה השנתי של התקנה סולארית על סמך גורמים כמו עוצמת אור השמש, זווית אור השמש ומספר שעות אור השמש הניתנות לשימוש באזור מסוים מדי שנה.

מערכות סולאריות מפיקות חשמל באמצעות זרם ישיר (DC). צריך להמיר אותו לחשמל עם זרם חילופין (AC) באמצעות מהפך כדי להשתמש בו בבית. חלק מהחשמל אובד בתהליך ההמרה, והיעילות של הממיר קובעת את הערך שאבד.

היעילות של תהליך ההמרה נקראת מעבר מ-DC ל-AC. כדי לקחת בחשבון את האובדן, ה-Soar API מכפיל את התפוקה השנתית של ההתקנה הסולארית בהפרש של 0.85 מ-DC ל-AC. התוצאה היא ייצור שנתי של חשמל AC, כפי שמוצג בנוסחה הבאה:

initialAcKwhPerYear = yearlyEnergyDcKwh x 0.85

כמות האנרגיה שהתקנה מייצרת יורדת בכ-0.5% בכל שנה לאורך חיי ההתקנה. כדי לקחת את זה בחשבון, אחרי השנה הראשונה, המערכת מכפילה את תפוקת ה-AC השנתית של ההתקנה ב-99.5% (או 0.995) בכל שנה במהלך משך החיים המשוער של 20 שנה של ההתקנה. אפשר לראות זאת בטבלה הבאה.

שנה	הפקת אנרגיה סולארית שנתית (קוט"ש)
1	initialAcKwhPerYear
2	initialAcKwhPerYear x 0.995
:	:
20	initialAcKwhPerYear x 0.995^19

מכיוון שהיעילות של הלוחות הסולאריים פוחתת בקצב קבוע, זו בעצם סדרה גאומטרית שבה a = firstAcKwhPerYear ו-r =efficiencyDepreciationFactor. אפשר להשתמש בסכום גיאומטרי כדי לחשב את LifetimeProductionAcKwh:

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

עלות החשמל באמצעות אנרגיה סולארית

אם גודל המתקן מוגבל על ידי גודל הגג או גורמים אחרים, יכול להיות שההתקנה הסולארית תייצר פחות חשמל ממה שצורך בני בית. במקרים כאלה, המשתמשים כנראה יצטרכו לשלם על תשתיות עבור כמות חשמל מסוימת בכל שנה, כפי שמוצג בנוסחה הבאה:

annualKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear = annualUtilityEnergyRequired

כדי להביא בחשבון את העלות הזו, המערכת של Solar API מחיל מודל של עלות החשבונות על כמות החשמל המשוערת, בקילוואט לשעה, שדרושה למשק הבית מים במהלך חיי ההתקנה של מערכת השמש. הנוסחה הבאה ממחישה את החישוב:

annualUtilityBillEstimate = billCostModel(utilityEnergyRequired)

כדי להביא בחשבון את העלייה השנתית בעלות החשמל, אנחנו מחילים את costIncreaseFactor של 2.2% או 0.22 בשנה עבור מיקומים בארה"ב:

costIncreaseFactor = 1 + 2.2% = 1.022

בגלל האינפלציה, אנחנו צריכים להפחית את ערך הערך במטבע באומדנים של העלויות העתידיות. לכן אנחנו מחילים שיעור הנחה של 4% על המודל שלנו במיקומים בארה"ב:

discountRate = 1 + 4% = 1.04

בטבלה הבאה מוצג האופן שבו מחושב חשבון החשמל של כל שנה לאורך משך החיים של התקנה סולארית. הערך remainingLifetimeUtilityBill הוא הסכום הכולל של חשבונות התשתיות לכל אחת מ-20 השנים של משך החיים של ההתקנה הסולארית.

שנה	חשבון שנתי על תשתיות לפי הערך הנוכחי במטבע המקומי (USD) (annualUtilityBillEstimate)
1	billCostModel (yearlyKWhEnergyConsumption – initialAcKwhPerYear) = annualUtilityBillassessYear1
2	billCostModel (yearlyKWhEnergyConsumption – initialAcKwhPerYear x 0.995) x 1.022 / 1.04 = annualUtilityBillEstimateYear2
:	:
20	billCostModel (yearlyKWhEnergyConsumption – initialAcKwhPerYear x 0.995^19) x 1.022^19 / 1.04^19 = annualUtilityBillEstimateYear2
סה"כ	remainingLifetimeUtilityBill = annualUtilityBillValueYear1 + annualUtilityBillEstimateYear2 + .... + annualUtilityBillEstimateYear20

עלות החשמל ללא אנרגיה סולארית

כדי לחשב כמה בני בית יכולים לחסוך אם מתקינים אנרגיה סולארית, אנחנו צריכים גם לחשב כמה בני הבית יוכלו לשלם אם לא תעשו זאת.

שוב צריך לקחת בחשבון את עלות החשמל והאינפלציה ההולכת וגדלה באמצעות costIncreaseFactor של 1.022 ו-discountRate של 1.04 בחישוב, כפי שעשינו כשחשבנו את עלות החשמל באמצעות אנרגיה סולארית.

בטבלה הבאה מוצג האופן שבו מחושב חשבון החשמל בכל שנה ללא אנרגיה סולארית לאורך חיי התקנה סולארית. הערך costOfElectricityWithoutSolar הוא הסכום הכולל של חשבונות התשתיות באותה תקופה של 20 שנים שבה השתמשנו לעלות החשמל באמצעות אנרגיה סולארית.

שנה	חשבון שנתי על תשתיות (דולר ארה"ב)
1	monthlyBill x 12
2	monthlyBill x 12 x 1.022 / 1.04
:	:
20	monthlyBill x 12 x 1.022^19 / 1.04^19
סה"כ	הסכום של כל החשבונות השנתיים, שאפשר לבטא גם באופן הבא: costOfElectricityWithoutSolar = 204.35 x MonthlyBill

העלות של התקנת אנרגיה סולארית

ה-Soar API כולל את עלות ההתקנה של התצורה הסולארית המומלצת לפי ההערכות שהוא מספק. כדי להעריך את עלות התקנה, ב-Solar API נעשה שימוש במודל עלות התקנה מותאם לשוק המקומי וגודל ההתקנה.

installationCost = InstallationCostModel (installationSize)

תמריצים

ישויות ממשלתיות עשויות לספק תמריצים להתקנת לוחות סולאריים. בדרך כלל, התמריצים מוצגים כזיכוי מס. על סמך המיקום של משק בית, ה-Soar API מנכה את כל התמריצים שזמינים כרגע למשק הבית מהאומדן של העלויות הכוללות.

העלות הכוללת של התקנה סולארית

ה-Soar API מחשב את העלות הכוללת ל-20 שנה של מערך סולארי באמצעות הנוסחה הבאה:

totalCostWithSolar = installationCost + remainingLifetimeUtilityBill - incentives

החיסכון הכולל

ה-Soar API מחשב את החיסכון למשק הבית באמצעות הנוסחה הבאה:

savings = costOfElectricityWithoutSolar - totalCostWithSolar

ה-Soar API מבצע את החישובים שלמעלה לכל גודל התקנה אפשרי, ואז ממליץ על גודל ההתקנה שמספק את החיסכון המקסימלי לבית. סכום החיסכון המשוער יוחזר יחד עם ההמלצה.