Obliczanie kosztów i oszczędności energii słonecznej (tylko w USA)

W tym dokumencie wyjaśniamy, jak interfejs Solar API oblicza różne wartości, których używa do rekomendowania instalacji paneli słonecznych oraz szacowania kosztów i oszczędności w przypadku adresów w Stanach Zjednoczonych.

Jeśli wpiszesz adres miejsca zamieszkania w regionie Stanów Zjednoczonych objętym usługą, interfejs Solar API wyświetli te szacunki:

• Ile światła słonecznego dociera do domu w ciągu roku
• ile miejsca na dachu jest dostępne na instalację fotowoltaiczną;
• Jakich oszczędności w dolarach amerykańskich może się spodziewać dom w ciągu 20-letniego okresu użytkowania systemu fotowoltaicznego
• średni miesięczny rachunek za prąd w domach w Twojej okolicy, który możesz dostosować do swojego domu;
• Zalecana moc instalacji fotowoltaicznej na domu, mierzona w kilowatach (kW).

Interfejs Solar API udostępnia szacunkowe dane dla każdej struktury, dla której ma dane, ale najlepiej sprawdzają się one w przypadku budynków mieszkalnych lub małych obiektów komercyjnych. Interfejs Solar API rekomenduje rozmiary instalacji fotowoltaicznych, które maksymalizują oszczędności bez wytwarzania w ciągu roku większej ilości energii niż gospodarstwo domowe może zużyć. Interfejs Solar API nie oblicza wartości związanych z nadwyżką produkcji energii.

Zalecane rozmiary instalacji są ograniczone do rocznego zużycia energii z kilku powodów, ale przede wszystkim dlatego, że amerykańskie gospodarstwa domowe obecnie nie uzyskują żadnych korzyści finansowych z nadwyżki produkcji energii. W lokalizacjach w Stanach Zjednoczonych, w których obowiązuje opomiarowanie netto, środki uzyskane za nadwyżkę wyprodukowanej energii zwykle wygasają z czasem.

Wymagane wartości do analizy finansowej w przypadku lokalizacji w Stanach Zjednoczonych

Z każdej instancji SolarPanelConfig w odpowiedzi interfejsu API potrzebujesz 2 wartości, aby przeprowadzić analizę finansową tej instancji:

• panelsCount: liczba paneli słonecznych w instalacji. Używasz tej wartości do obliczania installationSize.
• yearlyEnergyDcKwh: ilość energii słonecznej, jaką instalacja wychwytuje w ciągu roku (w kWh DC), przy określonym panelsCount. Tej wartości używasz do obliczania rocznej produkcji energii słonecznej prądu przemiennego (initialAcKwhPerYear) każdego installationSize.

Musisz też zebrać wartości tych zmiennych, które są specyficzne dla danej lokalizacji i które wykorzystasz w obliczeniach:

• billCostModel(): model określania kosztu w walucie lokalnej, jaki ponosi gospodarstwo domowe za zużycie określonej liczby kWh. Wysokość opłat za energię elektryczną może się zmieniać z dnia na dzień lub z godziny na godzinę w zależności od takich czynników jak popyt, pora dnia i ilość energii zużywanej przez gospodarstwo domowe. Może być konieczne oszacowanie średniego kosztu.
• costIncreaseFactor: w przypadku lokalizacji w Stanach Zjednoczonych interfejs Solar API używa wartości 1,022 (wzrost roczny o 2,2%).
• dcToAcDerate: wydajność, z jaką falownik przekształca prąd stały wytwarzany przez panele słoneczne w prąd zmienny używany w gospodarstwie domowym. W przypadku lokalizacji w Stanach Zjednoczonych interfejs Solar API używa wartości 85%.
• discountRate: w przypadku lokalizacji w Stanach Zjednoczonych interfejs Solar API używa wartości 1,04 (4% rocznego wzrostu).
• efficiencyDepreciationFactor: o ile spada wydajność paneli słonecznych każdego roku. W przypadku lokalizacji w Stanach Zjednoczonych interfejs Solar API używa wartości 0,995 (0,5% rocznego spadku).
• zachęty: podaj wszelkie zachęty pieniężne do instalacji paneli słonecznych oferowane przez instytucje państwowe w Twojej okolicy.
• installationCostModel(): Twoja metoda szacowania kosztu instalacji fotowoltaicznej w walucie lokalnej dla danego installationSize. Model kosztów zwykle uwzględnia lokalne koszty pracy i materiałów w danym installationSize.
• installationLifeSpan: oczekiwana żywotność instalacji fotowoltaicznej. Interfejs Solar API używa 20 lat. W razie potrzeby dostosuj tę wartość do swojego obszaru.
• kWhConsumptionModel(): model określania zużycia energii przez gospodarstwo domowe na podstawie miesięcznego rachunku. W najprostszej postaci rachunek należy podzielić przez średni koszt kilowatogodziny w lokalizacji gospodarstwa domowego.
• monthlyBill: średni miesięczny rachunek za prąd w gospodarstwie domowym.
• monthlyKWhEnergyConsumption: szacunkowa średnia ilość energii elektrycznej zużywanej przez gospodarstwo domowe w danej lokalizacji w ciągu miesiąca, mierzona w kWh.

Na podstawie tych wartości i informacji podanych w odpowiedzi interfejsu API możesz przeprowadzić obliczenia niezbędne do rekomendowania najlepszego installationSize w przypadku lokalizacji nieobjętych interfejsem Solar API.

Jak to działa

Średni miesięczny rachunek za prąd jest kluczem do pozostałych obliczeń.

Interfejs Solar API początkowo opiera obliczenia na wstępnie wybranej miesięcznej kwocie rachunku. W razie potrzeby możesz wybrać inną kwotę, która dokładniej odzwierciedla Twoje średnie miesięczne rachunki.

Znając wysokość miesięcznego rachunku i aktualny koszt energii elektrycznej w danym miejscu, interfejs Solar API może oszacować liczbę kilowatogodzin (kWh) energii elektrycznej zużywanej przez gospodarstwo domowe w każdym miesiącu. Aby określić aktualne koszty energii elektrycznej w Stanach Zjednoczonych i na podstawie miesięcznego rachunku określić liczbę kWh, interfejs Solar API korzysta z baz danych prowadzonych przez Clean Power Research.

Na podstawie zużycia energii w kWh przez gospodarstwo domowe, powierzchni użytkowej dachu domu i potencjału solarnego lokalizacji domu interfejs Solar API ocenia co najmniej jeden możliwy rozmiar instalacji fotowoltaicznej i rekomenduje rozmiar, który zapewnia największe oszczędności.

Wielkość instalacji fotowoltaicznej jest mierzona w kW. Moc w kW zależy od liczby paneli słonecznych w konfiguracji i mocy każdego panelu mierzonej w watach.

Moc instalacji w kW nie jest tym samym co jej moc wyjściowa, która jest mierzona w kWh i jest zmienna. Wartość kWh wygenerowana przez instalację zależy od takich czynników jak:

• Pora dnia
• Pogoda
• orientacja panelu względem słońca,
• wszelkie cienie rzucane na panele przez pobliskie obiekty;
• regionalny potencjał paneli słonecznych,
• wiek instalacji,

Interfejs Solar API uwzględnia w szacunkach rocznej produkcji energii przez instalację słoneczną czynniki takie jak regionalny potencjał energii słonecznej i wiek instalacji.

Aby określić powierzchnię użytkową dachu i oszacować wielkość instalacji fotowoltaicznej, którą można na nim zamontować, interfejs Solar API korzysta ze zdjęć lotniczych i zaawansowanego modelowania 3D.

Szczegółowe wyjaśnienie wartości i obliczeń

W kolejnych sekcjach wyjaśniamy, jak interfejs Solar API oblicza koszty, oszczędności i rozmiary instalacji słonecznych dla danej konstrukcji w Stanach Zjednoczonych.

W wyjaśnieniach obliczeń używane są terminy reprezentujące wartości w obliczeniach. Wyjaśnienie terminów znajdziesz w sekcji Definicje terminów używanych w naszych obliczeniach.

Roczne zużycie energii w gospodarstwie domowym

Jak wspomnieliśmy wcześniej, interfejs Solar API określa miesięczne zużycie energii elektrycznej na podstawie kwoty miesięcznego rachunku i kosztu energii elektrycznej w miejscu zamieszkania. Po określeniu miesięcznego zużycia energii elektrycznej w gospodarstwie domowym obliczamy roczne zużycie energii w kWh za pomocą tego wzoru:

annualKWhEnergyConsumption = monthlyKWhEnergyConsumption x 12

Zakłada się, że zużycie energii w gospodarstwie domowym pozostaje takie samo z roku na rok przez cały okres użytkowania instalacji fotowoltaicznej. Interfejs Solar API zakłada, że instalacja fotowoltaiczna będzie działać przez 20 lat.

Roczna produkcja energii słonecznej

Interfejs Solar API szacuje roczną produkcję energii przez instalację fotowoltaiczną, biorąc pod uwagę takie czynniki jak intensywność światła słonecznego, kąt padania promieni słonecznych i liczba godzin użytecznego światła słonecznego w danym regionie w ciągu roku.

Instalacje solarne wytwarzają prąd stały, który musi zostać przekształcony w prąd zmienny przez falownik, zanim będzie można go używać w domu. Podczas procesu konwersji część energii elektrycznej jest tracona, a o wielkości tych strat decyduje wydajność falownika.

Wydajność procesu konwersji jest określana jako obniżenie mocy z DC na AC. Aby uwzględnić straty, interfejs Solar API mnoży roczną moc wyjściową instalacji fotowoltaicznej przez współczynnik obniżenia mocy DC do AC wynoszący 0,85. Wynikiem jest roczna produkcja prądu zmiennego, co pokazuje poniższy wzór:

initialAcKwhPerYear = yearlyEnergyDcKwh x 0.85

Ilość energii wytwarzanej przez instalację zmniejsza się o około 0,5% rocznie w okresie jej eksploatacji. Aby to uwzględnić, po pierwszym roku interfejs Solar API mnoży roczną moc wyjściową AC instalacji przez 99,5% lub 0,995 każdego roku w szacowanym 20-letnim okresie eksploatacji instalacji. Ilustruje to tabela poniżej.

Wydajność paneli słonecznych spada w stałym tempie, więc jest to w zasadzie ciąg geometryczny, w którym a = początkowa roczna produkcja energii AC w kWh, a r = współczynnik utraty wydajności. Do obliczenia LifetimeProductionAcKwh możemy użyć sumy geometrycznej:

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

Koszt energii elektrycznej z fotowoltaiki

Jeśli rozmiar instalacji jest ograniczony przez rozmiar dachu lub inne czynniki, instalacja fotowoltaiczna może wytwarzać mniej energii elektrycznej niż zużywa gospodarstwo domowe. W takich przypadkach gospodarstwo domowe prawdopodobnie będzie musiało płacić za energię elektryczną przez część roku, co pokazuje poniższy wzór:

annualKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear = annualUtilityEnergyRequired

Aby uwzględnić ten koszt, interfejs Solar API stosuje model kosztów rachunku do szacowanej ilości energii elektrycznej w kWh, której gospodarstwo domowe będzie potrzebować od dostawcy przez cały okres eksploatacji instalacji fotowoltaicznej. Obliczenia te ilustruje poniższa formuła:

annualUtilityBillEstimate = billCostModel(utilityEnergyRequired)

Aby uwzględnić roczny wzrost kosztów energii elektrycznej, w przypadku lokalizacji w Stanach Zjednoczonych stosujemy costIncreaseFactor w wysokości 2,2% rocznie, czyli 0,22:

costIncreaseFactor = 1 + 2.2% = 1.022

Ze względu na inflację musimy zdyskontować wartość waluty w naszych szacunkach przyszłych kosztów. Aby to uwzględnić, stosujemy w naszym modelu 4-procentową zniżkę w przypadku lokalizacji w Stanach Zjednoczonych:

discountRate = 1 + 4% = 1.04

W tabeli poniżej pokazujemy, jak obliczamy rachunki za energię w poszczególnych latach w okresie eksploatacji instalacji solarnej. remainingLifetimeUtilityBill to suma rachunków za energię w ciągu 20 lat eksploatacji instalacji słonecznej.

Koszt energii elektrycznej bez fotowoltaiki

Aby obliczyć, ile gospodarstwo domowe może zaoszczędzić dzięki instalacji paneli słonecznych, musimy też obliczyć, ile może zapłacić, jeśli tego nie zrobi.

Ponownie musimy uwzględnić rosnące koszty energii elektrycznej i inflację, stosując w obliczeniach costIncreaseFactor o wartości 1,022 i discountRate o wartości 1,04, tak jak w przypadku obliczania kosztów energii elektrycznej z paneli słonecznych.

W tabeli poniżej pokazujemy, jak obliczany jest rachunek za energię elektryczną bez instalacji fotowoltaicznej w poszczególnych latach w okresie użytkowania instalacji fotowoltaicznej. costOfElectricityWithoutSolar to suma rachunków za energię elektryczną za ten sam 20-letni okres, który został użyty do obliczenia kosztu energii elektrycznej z fotowoltaiki.

Koszt instalacji fotowoltaicznej

API Solar uwzględnia w swoich szacunkach koszt instalacji zalecanej konfiguracji paneli słonecznych. Aby oszacować koszt instalacji, interfejs Solar API korzysta z zlokalizowanego modelu kosztów instalacji i rozmiaru instalacji.

installationCost = InstallationCostModel (installationSize)

Zachęty

Instytucje państwowe mogą oferować zachęty do instalowania paneli słonecznych. Zachęty często mają formę ulg podatkowych. Na podstawie lokalizacji gospodarstwa domowego interfejs Solar API odejmuje od szacowanych kosztów całkowitych wszelkie zachęty, które są obecnie dostępne dla gospodarstwa domowego.

Całkowity koszt z instalacją fotowoltaiczną

Interfejs Solar API oblicza całkowity 20-letni koszt konfiguracji instalacji słonecznej za pomocą tego wzoru:

totalCostWithSolar = installationCost + remainingLifetimeUtilityBill - incentives

Łączne oszczędności

Interfejs Solar API oblicza oszczędności dla gospodarstwa domowego za pomocą tego wzoru:

savings = costOfElectricityWithoutSolar - totalCostWithSolar

Interfejs Solar API wykonuje powyższe obliczenia dla każdego możliwego rozmiaru instalacji, a następnie rekomenduje rozmiar, który zapewnia największe oszczędności dla gospodarstwa domowego. Szacunkowa kwota oszczędności jest zwracana wraz z rekomendacją.