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

Questo documento spiega come l'API Solar calcola i vari valori utilizzati 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 ti mostra le seguenti stime:

• La quantità di luce solare che riceve ogni anno la casa
• Quanto spazio ha il tetto per un impianto solare
• Quanti risparmi si possono aspettare in dollari USA per la casa per i 20 anni di vita di un sistema solare
• La bolletta media mensile dell'elettricità per le case della tua zona, che puoi regolare per la tua casa
• Una dimensione consigliata, misurata in kilowatt (kW), per un impianto solare

Sebbene l'API Solar fornisca stime per qualsiasi struttura per la quale dispone di dati, quelle fornite sono più adatte per abitazioni o piccole strutture commerciali. L'API Solar consiglia dimensioni di installazione di energia solare che massimizzano 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.

Le dimensioni di installazione consigliate sono limitate al consumo annuo di energia per vari motivi, ma principalmente perché le abitazioni negli Stati Uniti attualmente ottengono poco o nessun vantaggio finanziario dalla produzione di energia in eccesso. Nelle località degli Stati Uniti in cui viene utilizzata la misurazione netta, i crediti guadagnati da una produzione di energia in eccesso solitamente scadono 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 in un'installazione. Usi questo valore nel calcolo del installationSize.
• yearlyEnergyDcKwh: la quantità di energia solare acquisita da un layout nel corso dell'anno, in kWh DC, in base a uno specifico panelsCount. Utilizzi questo valore nel calcolo della produzione annuale di energia solare CA (initialAcKwhPerYear) di ogni installationSize.

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

• billCostModel(): il tuo modello per la determinazione del costo, in valuta locale, pagato da un nucleo familiare per l'utilizzo di un determinato numero di kWh. I costi di un'utenza per l'elettricità possono variare da un giorno all'altro oppure da un'ora all'altra a seconda di fattori quali la domanda, l'ora del giorno e la quantità di elettricità consumata dalla casa. Potrebbe essere necessario stimare un costo medio.
• costIncreaseFactor: l'API Solar utilizza 1,022 (2,2% di aumento annuale) per le località degli Stati Uniti.
• dcToAcDerate: l'efficienza con cui un inverter converte l'elettricità CC prodotta dai pannelli solari in elettricità CA utilizzata in un nucleo familiare. L'API Solar utilizza l'85% per le località negli Stati Uniti.
• discountRate: l'API Solar utilizza 1,04 (aumento annuale di 4%) per le località negli Stati Uniti.
• efficiencyDepreciationFactor: indica di quanto diminuisce l'efficienza dei pannelli solari ogni anno. L'API Solar utilizza 0,995 (diminuzione annuale di 0,5%) per le località negli 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 dell'installazione di energia solare in valuta locale per un determinato installationSize. Il modello di costo tiene conto in genere dei costi locali di manodopera e materiali per un determinato installationSize.
• installationLifeSpan:la durata prevista dell'impianto solare. L'API Solar utilizza 20 anni. Modifica questo valore in base alle esigenze della tua zona.
• kWhConsumptionModel(): il tuo modello per determinare la quantità di energia consumata da una casa in base a una fattura mensile. Nella sua forma più semplice, si deve dividere la bolletta per il costo medio di un kWh nel paese del nucleo familiare.
• monthlyBill: la bolletta media mensile dell'elettricità per una casa in questione.
• monthlyKWhEnergyConsumption: una stima della quantità media di elettricità che un nucleo familiare in una determinata località consuma in un mese, misurata in KWh.

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

Come funziona

La bolletta media mensile dell'elettricità è la chiave per il resto dei calcoli.

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

Conoscendo l'importo di una fattura mensile e il costo attuale dell'elettricità in un determinato luogo, l'API Solar è in grado di stimare il numero di kilowattora (kWh) di elettricità che un nucleo familiare 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, sull'area utilizzabile del tetto di una casa e sul potenziale solare della località in cui si trova l'abitazione, l'API Solar valuta una o più dimensioni possibili di installazione di impianti solari e consiglia la dimensione che consente di ottenere il massimo risparmio.

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

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

• L'orario
• Meteo
• L'orientamento del riquadro rispetto al sole
• Eventuali ombre proiettate sui riquadri da oggetti nelle vicinanze
• Il potenziale solare regionale
• Data di 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'installazione.

Per determinare la superficie utilizzabile di un tetto e stimare le dimensioni di un impianto fotovoltaico supportato, l'API Solar utilizza immagini aeree e una modellazione 3D avanzata.

Spiegazione dettagliata dei valori e dei calcoli

Le seguenti sezioni spiegano in che modo l'API Solar calcola i costi, i risparmi e le dimensioni degli impianti solari per una determinata struttura negli Stati Uniti.

Nelle spiegazioni dei calcoli vengono utilizzati termini per rappresentare i valori nei calcoli. Per una spiegazione dei termini, consultare la 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 mensile della fattura e al costo dell'elettricità nel luogo in cui si trova una casa. Dopo aver determinato il consumo mensile di elettricità di un nucleo familiare, calcoliamo il consumo energetico annuale in KWh utilizzando la formula seguente:

annualKWhEnergyConsumption = monthlyKWhEnergyConsumption x 12

Si presume che il consumo energetico di un nucleo familiare rimanga invariato da un anno all'altro, per tutta la durata di un impianto solare. L'API Solar presuppone che la durata di un'installazione solare sia di 20 anni.

Produzione annuale di energia solare

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

Le installazioni solari producono elettricità a corrente continua (CC), che deve essere convertita in corrente alternata (CA) da un inverter prima di poter essere utilizzata in casa. Durante il processo di conversione si perde una parte di elettricità e l'efficienza dell'inverter determina la perdita.

L'efficienza del processo di conversione è indicata come diminuzione da CC a CA. Per tenere conto della perdita, l'API Solar moltiplica la produzione annuale dell'impianto solare per una riduzione da CC a CA di 0,85. Il risultato è la produzione annuale di elettricità CA, come illustrato nella seguente formula:

initialAcKwhPerYear = yearlyEnergyDcKwh x 0.85

La quantità di energia prodotta da un impianto si riduce di circa lo 0,5% ogni anno durante il ciclo di vita dell'impianto. Per tenerne conto, dopo il primo anno, l'API Solar moltiplica la produzione CA annuale di un'installazione per 99,5%, ovvero 0,995, ogni anno per la 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 = startAcKwhPerYear e r = efficiencyDepreciationFactor. Possiamo usare una somma geometrica per calcolare LifetimeProductionAcKwh:

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

## Il costo dell'elettricità con solare Se le dimensioni di un impianto sono limitate dalle dimensioni del tetto o da altri fattori, l'installazione a energia solare potrebbe produrre meno elettricità di quella consumata da un nucleo familiare. In questi casi, è probabile che il nucleo familiare debba pagare ogni anno un'utenza per una certa quantità di elettricità, come illustrato nella seguente formula:

annualKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear = annualUtilityEnergyRequired

Per tenere conto di questo costo, l'API Solar applica un modello di costo fatturato alla quantità stimata di elettricità, in kWh, di cui l'abitazione avrà bisogno da 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 della valuta nelle nostre stime dei costi futuri. Per tenere conto di ciò, applichiamo una aliquota di sconto del 4% al nostro modello per le località negli Stati Uniti:

discountRate = 1 + 4% = 1.04

La tabella seguente mostra come viene calcolata ogni anno la bolletta di un'utenza durante la vita di un impianto solare. La remainingLifetimeUtilityBill è la somma totale delle bollette per ciascuno dei 20 anni di durata dell'impianto fotovoltaico.

Anno	Bolletta annuale di un'utenza nel valore corrente in valuta locale (USD) (annualUtilityBillEstimate)
1	billCostModel (yearlyKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear) = annualUtilityBillStimaYear1
2	billCostModel (yearlyKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear x 0,995) x 1,022 / 1,04 = annualUtilityBillCurrencyYear2
:	:
20	billCostModel (yearlyKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear x 0,995^19) x 1,022^19 / 1,04^19 = annualUtilityBillstimaYear2
Totale	remainingLifetimeUtilityBill = annualUtilityBillScheduleYear1 + annualUtilityBillStimaYear2 + .... + annualUtilityBillStimaYear20

Il costo dell'elettricità senza energia solare

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

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

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

Anno	Bolletta annuale di un'utenza ($)
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 essere anche espressa come costOfElectricityWithoutSolar = 204,35 x monthlyBill

Il costo di installazione di impianti solari

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

installationCost = InstallationCostModel (installationSize)

Incentivi

Gli enti governativi potrebbero offrire incentivi per l'installazione di impianti solari. Gli incentivi sono spesso sotto forma di crediti fiscali. In base alla località di un nucleo familiare, l'API Solar sottrae eventuali incentivi attualmente disponibili per il nucleo familiare dalla stima dei costi totali.

Il costo totale dell'installazione di impianti solari

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

totalCostWithSolar = installationCost + remainingLifetimeUtilityBill - incentives

Il risparmio totale

L'API Solar calcola i risparmi per l'abitazione utilizzando la seguente formula:

savings = costOfElectricityWithoutSolar - totalCostWithSolar

L'API Solar esegue i calcoli sopra riportati per ogni possibile dimensione di installazione, quindi consiglia le dimensioni di installazione che garantiscono il massimo risparmio per l'abitazione. L'importo dei risparmi stimati viene restituito con il consiglio.