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

במאמר הזה מוסבר איך Solar API מחשב את הערכים השונים שבהם הוא משתמש כדי להמליץ על התקנות של לוחות סולאריים ולהעריך את העלויות והחיסכון בעלויות בכתובות בארה"ב.

אם מזינים כתובת מגורים באזור בארה"ב שכלול בכיסוי, Solar API מציג את ההערכות הבאות:

• כמות אור השמש שהבית מקבל מדי שנה
• כמה מקום יש על הגג להתקנת לוחות סולאריים
• כמה חיסכון, בדולר ארה"ב, אפשר לצפות מהבית במהלך 20 שנות השימוש במערכת סולארית
• חשבון החשמל החודשי הממוצע לבתים באזור שלכם, שאפשר לשנות בהתאם לבית שלכם
• גודל מומלץ, שנמדד בקילוואט (kW), למערכת סולארית על הבית

‫Solar API מספק הערכות לכל מבנה שיש לו נתונים, אבל ההערכות שהוא מספק מתאימות בעיקר לבתי מגורים או למבנים מסחריים קטנים. ‫Solar API ממליץ על גדלים של מערכות סולאריות שממקסמים את החיסכון בלי לייצר בשנה יותר אנרגיה ממה שמשק בית יכול לצרוך. ממשק Solar API לא מחשב ערכים שקשורים לייצור עודף של אנרגיה.

גודלי ההתקנה המומלצים מוגבלים לצריכת האנרגיה השנתית מכמה סיבות, אבל בעיקר כי משקי בית בארה"ב לא נהנים כרגע מתועלת כלכלית משמעותית מייצור עודף של אנרגיה. במיקומים בארה"ב שבהם יש מדידת רשת, הקרדיטים שמתקבלים מייצור עודף של אנרגיה בדרך כלל פוקעים עם הזמן.

ערכים נדרשים לניתוח פיננסי של מיקומים בארה"ב

מכל מופע של SolarPanelConfig בתגובת ה-API, צריך שני ערכים כדי לבצע את הניתוח הפיננסי של המופע הזה:

• ‫panelsCount: מספר הלוחות הסולאריים במתקן. משתמשים בערך הזה בחישוב של installationSize.
• ‫yearlyEnergyDcKwh: כמות אנרגיית אור השמש שפריסת הפאנלים קולטת במהלך שנה, בקוט"ש של זרם ישר, בהינתן panelsCount ספציפי. משתמשים בערך הזה בחישוב של ייצור האנרגיה הסולארית השנתית בזרם חילופין (initialAcKwhPerYear) של כל installationSize.

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

• ‫billCostModel(): המודל לקביעת העלות במטבע המקומי שמשק בית משלם על שימוש במספר מסוים של קוט"ש. הסכום שחברת החשמל גובה עבור חשמל יכול להשתנות מיום ליום או משעה לשעה, בהתאם לגורמים כמו ביקוש, השעה ביום וכמות החשמל שהמשק צורך. יכול להיות שתצטרכו לאמוד את העלות הממוצעת.
• ‫costIncreaseFactor: ב-Solar API נעשה שימוש בערך 1.022 (עלייה שנתית של 2.2%) למיקומים בארה"ב.
• ‫dcToAcDerate: היעילות שבה מהפך מתח ממיר את החשמל בזרם ישר (DC) שמיוצר על ידי הלוחות הסולאריים לחשמל בזרם חילופין (AC) שמשמש במשק בית. ב-Solar API משתמשים ב-85% למיקומים בארה"ב.
• ‫discountRate: ב-Solar API נעשה שימוש בערך 1.04 (עלייה שנתית של 4%) למיקומים בארה"ב.
• ‫efficiencyDepreciationFactor: עד כמה היעילות של הפאנלים הסולאריים יורדת בכל שנה. ב-Solar API, הערך שמשמש למיקומים בארה"ב הוא 0.995 (ירידה שנתית של 0.5%).
• תמריצים: כוללים תמריצים כספיים להתקנת לוחות סולאריים שניתנים על ידי גופים ממשלתיים באזור שלכם.
• ‫installationCostModel(): השיטה שלכם להערכת עלות ההתקנה של מערכת סולארית במטבע המקומי עבור installationSize נתון. מודל העלויות בדרך כלל יכלול עלויות מקומיות של עבודה וחומרים עבור installationSize מסוים.
• ‫installationLifeSpan: משך החיים הצפוי של המערכת הסולארית. ב-Solar API נעשה שימוש בנתונים מ-20 שנה. אפשר לשנות את הערך הזה לפי הצורך באזור שלכם.
• ‫kWhConsumptionModel(): המודל שלכם לקביעת כמות האנרגיה שמשק בית צורך על סמך חשבון חודשי. בצורה הפשוטה ביותר, מחלקים את סכום החשבון בעלות הממוצעת של קוט"ש במקום המגורים של משק הבית.
• ‫monthlyBill: חשבון החשמל החודשי הממוצע של משק בית מסוים.
• ‫monthlyKWhEnergyConsumption: אומדן של כמות החשמל הממוצעת שמשק בית במיקום מסוים צורך בחודש, שנמדדת בקוט"ש.

בעזרת הערכים האלה והמידע שמופיע בתגובת ה-API, תוכלו לבצע את החישובים שנדרשים כדי להמליץ על installationSize הכי טוב למיקומים שלא נכללים ב-Solar API.

איך זה עובד

חשבון החשמל החודשי הממוצע הוא המפתח לכל שאר החישובים.

בשלב הראשון, חישובי Solar API מבוססים על סכום חשבון חודשי שנבחר מראש. אם צריך, אפשר לבחור סכום אחר שמשקף בצורה מדויקת יותר את סכום החשבון הממוצע שלכם מדי חודש.

בעזרת Solar API אפשר להעריך את מספר הקילוואט-שעות (kWh) של חשמל שמשק בית צורך בכל חודש, על סמך סכום החשבון החודשי ועלות החשמל הנוכחית במיקום מסוים. כדי לדעת מהי העלות הנוכחית של החשמל בארה"ב, וכדי לקבוע את מספר הקוט"ש מתוך חשבון חודשי, Solar API מתייחס למסדי נתונים שמתוחזקים על ידי Clean Power Research.

באמצעות מספר קילוואט-שעה שמשק בית צורך, השטח שניתן לשימוש בגג של בית והפוטנציאל הסולארי של מיקום הבית, Solar API מעריך גודל התקנה סולארית אפשרי אחד או יותר וממליץ על הגודל שמספק את החיסכון הגדול ביותר.

גודל ההתקנה של לוחות סולאריים נמדד לפי דירוג הקילוואט שלה. דירוג הקילוואט תלוי במספר הלוחות הסולאריים בהגדרה ובדירוג ההספק, שנמדד בוואט, של כל לוח.

הסיווג בקילוואט של מערכת סולארית לא זהה לפלט האנרגיה של המערכת, שנמדד בקילוואט-שעה (kWh) ומשתנה. פלט ה-kWh של התקנה תלוי בגורמים כמו:

• השעה ביום
• מזג האוויר
• הכיוון של הפאנל ביחס לשמש
• צללים שמוטלים על הפאנלים מאובייקטים קרובים
• הפוטנציאל הסולארי האזורי
• הגיל של ההתקנה

ה-Solar API כולל גורמים כמו פוטנציאל סולארי אזורי והגיל של המתקן באומדן של ייצור האנרגיה השנתי של מתקן סולארי.

כדי לקבוע את השטח שניתן לשימוש בגג ולחשב את גודל המערכת הסולארית שאפשר להתקין עליו, Solar API משתמש בתמונות אוויריות ובמודלים תלת-ממדיים מתקדמים.

הסבר מפורט על הערכים והחישובים

בקטעים הבאים מוסבר איך Solar API מחשב את העלויות, החיסכון והגדלים של מתקנים סולאריים במבנה נתון בארה"ב.

בהסברים על החישובים נעשה שימוש במונחים שמייצגים ערכים בחישובים. הסבר על המונחים מופיע בקטע 'הגדרת המונחים שבהם אנחנו משתמשים בחישובים שלנו'.

צריכת אנרגיה שנתית של משקי בית

כמו שצוין קודם, Solar API קובע את צריכת החשמל החודשית על סמך סכום החשבון החודשי ועלות החשמל במיקום של משק בית. אחרי שקובעים את צריכת החשמל החודשית של משק בית, מחשבים את צריכת האנרגיה השנתית בקוט"ש באמצעות הנוסחה הבאה:

annualKWhEnergyConsumption = monthlyKWhEnergyConsumption x 12

ההנחה היא שצריכת האנרגיה של משק בית נשארת זהה משנה לשנה לאורך חיי המערכת הסולארית. ב-Solar API מניחים שמערכת סולארית מחזיקה מעמד 20 שנה.

ייצור שנתי של אנרגיה סולארית

ה-API של Solar מעריך את ייצור האנרגיה השנתי של מערכת סולארית על סמך גורמים כמו עוצמת אור השמש, זווית אור השמש ומספר השעות בשנה שבהן אפשר להשתמש באור השמש באזור מסוים.

מערכות סולאריות מייצרות חשמל בזרם ישר (DC), שצריך להמיר אותו לחשמל בזרם חילופין (AC) באמצעות מהפך מתח כדי שאפשר יהיה להשתמש בו בבית. חלק מהחשמל אובד במהלך תהליך ההמרה, והיעילות של הממיר קובעת כמה חשמל אובד.

היעילות של תהליך ההמרה נקראת הפחתה של DC ל-AC. כדי לפצות על האובדן, Solar API מכפיל את התפוקה השנתית של המתקן הסולארי במקדם הפחתה של 0.85 מ-DC ל-AC. התוצאה היא ייצור החשמל השנתי בזרם חילופין, כפי שמוצג בנוסחה הבאה:

initialAcKwhPerYear = yearlyEnergyDcKwh x 0.85

כמות האנרגיה שמערכת מייצרת יורדת בכ-0.5% בכל שנה במהלך חיי המערכת. כדי לקחת את זה בחשבון, אחרי השנה הראשונה, Solar API מכפיל את תפוקת ה-AC השנתית של מתקן ב-99.5%‎, או ב-0.995, בכל שנה במהלך משך החיים המשוער של המתקן (20 שנה). הטבלה הבאה ממחישה את זה.

יעילות הפאנל הסולארי יורדת בקצב קבוע, ולכן מדובר בסדרה גיאומטרית שבה a = initialAcKwhPerYear ו-r = efficiencyDepreciationFactor. אפשר להשתמש בסכום גיאומטרי כדי לחשב את LifetimeProductionAcKwh:

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

עלות החשמל עם אנרגיה סולארית

אם הגודל של המערכת הסולארית מוגבל בגלל גודל הגג או גורמים אחרים, יכול להיות שהמערכת הסולארית תייצר פחות חשמל ממה שבית צורך. במקרים האלה, סביר להניח שמשק הבית יצטרך לשלם לחברת החשמל סכום מסוים עבור צריכת החשמל בכל שנה, כפי שמוצג בנוסחה הבאה:

annualKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear = annualUtilityEnergyRequired

כדי לחשב את העלות הזו, Solar API מחיל מודל של עלות החשבון על כמות החשמל המשוערת, בקילוואט-שעה, שנדרשת למשק בית מחברת חשמל במהלך חיי ההתקנה הסולארית. הנוסחה הבאה ממחישה את החישוב הזה:

annualUtilityBillEstimate = billCostModel(utilityEnergyRequired)

כדי להתחשב בעלייה השנתית בעלות החשמל, אנחנו משתמשים בcostIncreaseFactor של 2.2% או 0.22 בשנה עבור מיקומים בארה"ב:

costIncreaseFactor = 1 + 2.2% = 1.022

בגלל האינפלציה, אנחנו צריכים להפחית את ערך המטבע באומדנים שלנו לגבי עלויות עתידיות. כדי להתחשב בכך, אנחנו מחילים על המודל שלנו שיעור הנחה של 4% למיקומים בארה"ב:

discountRate = 1 + 4% = 1.04

בטבלה הבאה מוצג אופן החישוב של חשבון החשמל בכל שנה במהלך חיי מערכת סולארית. הערך remainingLifetimeUtilityBill הוא הסכום הכולל של חשבונות החשמל לכל אחת מ-20 השנים של חיי מערכת סולארית.

עלות החשמל בלי אנרגיה סולארית

כדי לחשב כמה משק בית יכול לחסוך אם יתקין מערכת סולארית, צריך גם לחשב כמה משק הבית ישלם אם לא יתקין מערכת כזו.

שוב, אנחנו צריכים להביא בחשבון את העלייה בעלות החשמל ואת האינפלציה. לשם כך, אנחנו משתמשים בcostIncreaseFactor של 1.022 ובdiscountRate של 1.04 בחישוב, כמו שעשינו כשחישבנו את עלות החשמל עם אנרגיה סולארית.

בטבלה הבאה מוצג אופן החישוב של חשבון החשמל בכל שנה בלי מערכת סולארית, לאורך משך החיים של המערכת הסולארית. הערך של costOfElectricityWithoutSolar הוא הסכום הכולל של חשבונות החשמל במהלך אותה תקופה של 20 שנה שבה השתמשנו לחישוב עלות החשמל עם אנרגיה סולארית.

עלות ההתקנה של לוחות סולאריים

ה-API של Solar כולל את עלות ההתקנה של התצורה הסולארית המומלצת באומדנים שהוא מספק. כדי לאמוד את עלות ההתקנה, Solar API משתמש במודל עלויות התקנה מקומי ובגודל ההתקנה.

installationCost = InstallationCostModel (installationSize)

תמריצים

יחידות ממשלתיות עשויות לספק תמריצים להתקנת מערכות סולאריות. התמריצים הם לרוב בצורת זיכויי מס. בהתאם למיקום של משק בית, Solar API מחסיר מהאומדן של העלויות הכוללות את כל התמריצים שזמינים כרגע למשק הבית.

העלות הכוללת עם התקנת לוחות סולאריים

‫Solar API מחשב את העלות הכוללת של הגדרת לוחות סולאריים ל-20 שנה באמצעות הנוסחה הבאה:

totalCostWithSolar = installationCost + remainingLifetimeUtilityBill - incentives

החיסכון הכולל

ב-Solar API, החיסכון למשק הבית מחושב באמצעות הנוסחה הבאה:

savings = costOfElectricityWithoutSolar - totalCostWithSolar

‫Solar API מבצע את החישובים שלמעלה לכל גודל התקנה אפשרי, ואז ממליץ על גודל ההתקנה שיספק את החיסכון המקסימלי למשק הבית. סכום החיסכון המשוער מוחזר עם ההמלצה.