太陽光発電のコストと削減額を計算する（米国のみ）

このドキュメントでは、Solar API が、太陽光パネルの設置を推奨し、米国の住所の費用と費用削減額を推定するために使用するさまざまな値を計算する方法について説明します。

米国の対象地域にある住宅の住所を入力すると、Solar API に次の見積もりが表示されます。

• 年間で家が受ける太陽光の量
• 屋根に太陽光発電システムを設置できるスペース
• 太陽光発電システムの 20 年間の耐用年数にわたって、住宅で節約できる金額（米ドル）
• お住まいの地域の家庭の平均的な月々の電気代（ご自宅に合わせて調整できます）
• 住宅の太陽光発電システムの推奨容量（キロワット（kW）単位）

Solar API は、データがあるすべての構造物の推定値を提供しますが、提供される推定値は住宅や小規模な商業施設に最適です。Solar API は、家庭で消費できる以上のエネルギーを年間で生成することなく、節約を最大化する太陽光発電の設置規模を推奨します。Solar API では、余剰電力の生産に関連する値は計算されません。

推奨される設置容量が年間エネルギー消費量に制限されている理由はいくつかありますが、主な理由は、米国の家庭では現在、余剰エネルギーの生産による経済的なメリットがほとんどないか、まったくないためです。ネット メータリングが導入されている米国の地域では、余剰電力の発電で得たクレジットは通常、時間の経過とともに失効します。

米国の拠点の財務分析に必要な値

API レスポンスの各 SolarPanelConfig インスタンスから、そのインスタンスの財務分析を行うために次の 2 つの値が必要です。

• panelsCount: 設置されているソーラーパネルの数。この値は、installationSize の計算で使用します。
• yearlyEnergyDcKwh: 特定の panelsCount が与えられた場合に、レイアウトが 1 年間にわたって捕捉する太陽光エネルギーの量（DC kWh）。この値は、各 installationSize の年間太陽光発電 AC 発電量（initialAcKwhPerYear）の計算で使用します。

また、計算で使用する次の変数の地域固有の値も収集する必要があります。

• billCostModel(): 特定の kWh を使用した家庭が支払う料金を現地通貨で決定するモデル。電力会社が請求する電気料金は、需要、時間帯、家庭の電力消費量などに応じて、日ごとまたは時間ごとに変動する可能性があります。平均単価を見積もる必要がある場合があります。
• costIncreaseFactor: Solar API は、米国の地域では 1.022（年間 2.2% の増加）を使用します。
• dcToAcDerate: 太陽光パネルで発電された直流電力を家庭で使用される交流電力に変換する際のインバータの効率。Solar API では、米国の位置情報に 85% が使用されます。
• discountRate: 米国のロケーションの場合、Solar API は 1.04（年率 4% の増加）を使用します。
• efficiencyDepreciationFactor: 太陽光パネルの効率が毎年低下する割合。Solar API では、米国の地域に対して 0.995（年間 0.5% の減少）を使用します。
• incentives: お住まいの地域の政府機関が提供する、ソーラーパネルの設置に対する金銭的な補助金を含めます。
• installationCostModel(): 指定された installationSize の現地通貨で太陽光発電を設置する費用を推定するメソッド。通常、費用モデルでは、特定の installationSize の現地の人件費と材料費が考慮されます。
• installationLifeSpan: 太陽光発電設備の耐用年数。Solar API では 20 年が使用されます。この値は、必要に応じて地域に合わせて調整してください。
• kWhConsumptionModel(): 月額料金に基づいて家庭のエネルギー消費量を判断するモデル。最も簡単な形式では、請求額を世帯の地域の 1 kWh あたりの平均費用で割ります。
• monthlyBill: 対象世帯の毎月の電気代の平均。
• monthlyKWhEnergyConsumption: 特定の場所にある世帯が 1 か月に消費する平均電力量の推定値（kWh 単位）。

これらの値と API レスポンスから提供される情報を使用して、Solar API でカバーされていない場所で最適な installationSize を推奨するために必要な計算を行うことができます。

仕組み

毎月の電気代（平均）は、残りの計算の鍵となります。

Solar API は、最初に選択された月額料金に基づいて計算を行います。必要に応じて、ご自身の毎月の平均請求額をより正確に反映する別の金額を選択できます。

Solar API は、月額料金と特定の場所の現在の電気料金を把握することで、各家庭が毎月消費する電力量（kWh）を見積もることができます。米国の現在の電気料金と、月額料金から kWh を特定するために、Solar API は Clean Power Research が管理するデータベースを参照します。

Solar API は、家庭の電力消費量（kWh）、屋根の有効面積、自宅の場所の太陽光発電のポテンシャルに基づいて、1 つ以上の太陽光発電設備の規模を評価し、最も節約できる規模を推奨します。

太陽光パネルの設置容量は、kW 定格で測定されます。キロワット（kW）の定格は、構成内の太陽光パネルの数と、各パネルのワット単位の電力定格によって異なります。

設置の kW 定格は、設置のエネルギー出力（kWh で測定され、変動する）と同じではありません。設置の kWh 出力は、次のような要因によって異なります。

• 時間帯
• 天気
• 太陽に対するパネルの向き
• 近くの物体によってパネルにできる影
• 地域の太陽光発電のポテンシャル
• 設置からの経過年数

Solar API では、地域ごとの太陽光発電のポテンシャルや設置の経過年数などの要素を考慮して、太陽光発電設備の年間発電量を推定します。

Solar API は、屋根の使用可能な面積を特定し、設置可能な太陽光発電設備の容量を推定するために、航空画像と高度な 3D モデリングを使用します。

値と計算の詳細な説明

以降のセクションでは、米国の特定の建物について、Solar API で太陽光発電設備の費用、節約額、サイズがどのように計算されるかについて説明します。

計算の説明では、計算の値を表す用語を使用します。用語の説明については、計算で使用される用語の定義をご覧ください。

年間家庭用エネルギー消費量

前述のように、Solar API は、毎月の請求額と家庭の所在地における電気料金に基づいて、毎月の電力消費量を決定します。家庭の月間電力消費量を特定した後、次の式を使用して年間エネルギー消費量（kWh）を計算します。

annualKWhEnergyConsumption = monthlyKWhEnergyConsumption x 12

家庭のエネルギー消費量は、太陽光発電設備の耐用年数にわたって毎年同じであると仮定されます。Solar API では、太陽光発電設備の寿命は 20 年と想定されています。

年間太陽光発電量

Solar API は、日射量、日射角度、地域で年間利用可能な日照時間などの要素を考慮して、太陽光発電設備の年間発電量を推定します。

太陽光発電システムで発電されるのは直流電力です。家庭で使用するには、インバータで交流電力に変換する必要があります。変換プロセスでは電力が一部失われます。失われる量はインバータの効率によって決まります。

変換プロセスの効率は、DC to AC derate と呼ばれます。損失を考慮するため、Solar API は太陽光発電設備の年間発電量に DC から AC へのディレート係数 0.85 を乗算します。結果は、次の式に示すように、AC 電気の年間生産量です。

initialAcKwhPerYear = yearlyEnergyDcKwh x 0.85

設置された太陽光発電システムの発電量は、システムの寿命が尽きるまで毎年約 0.5% ずつ減少します。これを考慮するため、Solar API では、設置の推定寿命である 20 年間の各年について、設置の年間 AC 出力に 99.5%（0.995）を乗算します。次の表にこれを示します。

太陽光パネルの効率は一定の割合で低下するため、これは本質的に等比数列です。ここで、a = initialAcKwhPerYear、r = efficiencyDepreciationFactor です。等比数列の和を使用して LifetimeProductionAcKwh を計算できます。

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

太陽光発電の電気代

設置の規模が屋根のサイズなどの要因によって制限されている場合、太陽光発電設備で発電される電力が家庭で消費される電力を下回る可能性があります。この場合、世帯は次の式に示すように、毎年一定量の電気料金を支払う必要があります。

annualKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear = annualUtilityEnergyRequired

この費用を考慮するため、Solar API は、太陽光発電設備の耐用年数にわたって家庭が電力会社から必要とする電力の推定量（kWh）に、請求額費用モデルを適用します。次の式は、この計算を示しています。

annualUtilityBillEstimate = billCostModel(utilityEnergyRequired)

電気料金の年間上昇率を考慮するため、米国の地域では年間 2.2%（0.22）の costIncreaseFactor を適用します。

costIncreaseFactor = 1 + 2.2% = 1.022

インフレのため、将来の費用の見積もりでは通貨価値を割り引く必要があります。これを考慮するため、米国のロケーションのモデルに 4% の割引率を適用します。

discountRate = 1 + 4% = 1.04

次の表に、太陽光発電設備の耐用年数にわたって各年の光熱費がどのように計算されるかを示します。remainingLifetimeUtilityBill は、太陽光発電設備の耐用年数である 20 年間の各年の光熱費の合計です。

太陽光発電を導入していない場合の電気代

太陽光発電を設置した場合の節約額を計算するには、設置しなかった場合の支払額も計算する必要があります。

太陽光発電の電気代を計算したときと同様に、電気代の上昇とインフレを考慮して、計算に costIncreaseFactor の 1.022 と discountRate の 1.04 を適用する必要があります。

次の表に、太陽光発電設備の耐用年数にわたって、太陽光発電なしの各年の光熱費がどのように計算されるかを示します。costOfElectricityWithoutSolar は、太陽光発電の電気料金に使用したのと同じ 20 年間の公共料金の合計です。

太陽光発電の設置費用

Solar API では、推奨される太陽光発電構成の設置費用が見積もりに含まれます。設置費用を推定するために、Solar API はローカライズされた設置費用モデルと設置のサイズを使用します。

installationCost = InstallationCostModel (installationSize)

インセンティブ

政府機関が太陽光発電の設置に対する補助金を提供している場合があります。多くの場合、税額控除の形でインセンティブが提供されます。Solar API は、世帯の所在地に基づいて、現在利用可能なインセンティブを総費用の見積もりから差し引きます。

太陽光発電を導入した場合の総費用

Solar API は、次の式を使用して、太陽光発電構成の 20 年間の合計費用を計算します。

totalCostWithSolar = installationCost + remainingLifetimeUtilityBill - incentives

合計節約額

Solar API は、次の式を使用して世帯の節約額を計算します。

savings = costOfElectricityWithoutSolar - totalCostWithSolar

Solar API は、上記の計算を可能な設置規模ごとに行い、世帯にとって最大の節約額が得られる設置規模を推奨します。推定節約額は、推奨事項とともに返されます。