Solarkosten und -einsparungen berechnen (nur USA)

In diesem Dokument wird erläutert, wie die Solar API die verschiedenen Werte berechnet, die sie verwendet, um Solaranlagen für US-Adressen zu empfehlen und die Kosten und Kosteneinsparungen zu schätzen.

Wenn Sie die Adresse eines Wohnorts in einer abgedeckten Region der USA eingeben, zeigt die Solar API die folgenden Schätzungen an:

• Wie viel Sonnenlicht das Haus jährlich erhält
• Wie viel Platz das Dach für eine Solaranlage bietet
• Wie viel kann ein Haushalt über die 20-jährige Lebensdauer einer Solaranlage in US-Dollar sparen?
• Die durchschnittlichen monatlichen Stromkosten für Haushalte in Ihrer Region, die Sie für Ihr Zuhause anpassen können
• Eine empfohlene Größe für eine Solaranlage auf dem Haus, gemessen in Kilowatt (kW)

Die Solar API liefert Schätzungen für alle Strukturen, für die Daten verfügbar sind. Die Schätzungen sind jedoch am besten für Wohngebäude oder kleine gewerbliche Gebäude geeignet. Die Solar API empfiehlt Solaranlagengrößen, die die Einsparungen maximieren, ohne dass in einem Jahr mehr Energie erzeugt wird, als ein Haushalt verbrauchen kann. Die Solar API berechnet keine Werte für die überschüssige Energieerzeugung.

Die empfohlenen Anlagengrößen sind aus mehreren Gründen auf den jährlichen Energieverbrauch begrenzt, vor allem aber, weil US-Haushalte derzeit kaum oder gar keine finanziellen Vorteile aus der überschüssigen Energieerzeugung ziehen. An US-Standorten mit Net Metering verfallen Gutschriften, die durch überschüssige Energieerzeugung erzielt wurden, in der Regel nach einiger Zeit.

Erforderliche Werte für die Finanzanalyse für Standorte in den USA

Für jede SolarPanelConfig-Instanz in der API-Antwort benötigen Sie zwei Werte, um die Finanzanalyse für diese Instanz durchzuführen:

• panelsCount:Die Anzahl der Solarmodule in einer Anlage. Sie verwenden diesen Wert bei der Berechnung von installationSize.
• yearlyEnergyDcKwh:Die Menge an Sonnenenergie, die ein Layout im Laufe eines Jahres in DC-kWh bei einem bestimmten panelsCount aufnimmt. Sie verwenden diesen Wert bei der Berechnung der jährlichen AC-Produktion von Solarenergie (initialAcKwhPerYear) für jede installationSize.

Außerdem müssen Sie standortspezifische Werte für die folgenden Variablen erfassen, die Sie in den Berechnungen verwenden:

• billCostModel():Ihr Modell zur Bestimmung der Kosten in lokaler Währung, die ein Haushalt für die Nutzung einer bestimmten Anzahl von kWh bezahlt. Wie viel ein Energieversorger für Strom berechnet, kann je nach Faktoren wie Nachfrage, Tageszeit und Stromverbrauch des Haushalts von Tag zu Tag oder Stunde zu Stunde variieren. Möglicherweise müssen Sie die durchschnittlichen Kosten schätzen.
• costIncreaseFactor:Für Standorte in den USA wird in der Solar API der Wert 1,022 (2,2 % jährliche Steigerung) verwendet.
• dcToAcDerate:Der Wirkungsgrad, mit dem ein Wechselrichter den von den Solarmodulen erzeugten Gleichstrom in den in einem Haushalt verwendeten Wechselstrom umwandelt. Für US-Standorte werden 85 % verwendet.
• discountRate:Für Standorte in den USA wird in der Solar API der Wert 1,04 (4 % jährliche Steigerung) verwendet.
• efficiencyDepreciationFactor:Wie stark die Effizienz der Solarmodule jedes Jahr abnimmt. Für die Solar API wird für Standorte in den USA der Wert 0,995 (0,5 % jährliche Abnahme) verwendet.
• Förderungen:Geben Sie alle finanziellen Anreize für die Installation von Solarmodulen an, die von staatlichen Stellen in Ihrer Region angeboten werden.
• installationCostModel():Ihre Methode zum Schätzen der Kosten für die Installation von Solaranlagen in lokaler Währung für eine bestimmte installationSize. Im Kostenmodell werden in der Regel die lokalen Arbeits- und Materialkosten für ein bestimmtes installationSize berücksichtigt.
• installationLifeSpan:Die erwartete Lebensdauer der Solaranlage. Für die Solar API wird ein Zeitraum von 20 Jahren verwendet. Passen Sie diesen Wert nach Bedarf für Ihre Region an.
• kWhConsumptionModel():Ihr Modell zur Bestimmung des Energieverbrauchs eines Haushalts anhand einer monatlichen Rechnung. In der einfachsten Form würden Sie die Rechnung durch die durchschnittlichen Kosten für eine Kilowattstunde am Standort des Haushalts teilen.
• monthlyBill:Die durchschnittliche monatliche Stromrechnung für einen Haushalt.
• monthlyKWhEnergyConsumption:Eine Schätzung des durchschnittlichen Stromverbrauchs des Haushalts an einem bestimmten Ort in einem Monat, gemessen in kWh.

Mit diesen Werten und den Informationen aus der API-Antwort können Sie die Berechnungen durchführen, die erforderlich sind, um die beste installationSize für Standorte zu empfehlen, die nicht von der Solar API abgedeckt werden.

Funktionsweise

Die durchschnittlichen monatlichen Stromkosten sind der Schlüssel für die restlichen Berechnungen.

Die Solar API basiert ihre Berechnungen anfangs auf einem vorausgewählten monatlichen Rechnungsbetrag. Bei Bedarf können Sie einen anderen Betrag auswählen, der Ihre durchschnittliche monatliche Rechnung genauer widerspiegelt.

Wenn die Höhe einer monatlichen Rechnung und die aktuellen Stromkosten an einem bestimmten Ort bekannt sind, kann die Solar API die Anzahl der Kilowattstunden (kWh) Strom schätzen, die ein Haushalt jeden Monat verbraucht. Die Solar API greift auf Datenbanken von Clean Power Research zu, um die aktuellen Stromkosten in den USA zu ermitteln und kWh aus einer monatlichen Rechnung zu berechnen.

Anhand des Stromverbrauchs eines Haushalts, der nutzbaren Fläche des Dachs eines Hauses und des Solarpotenzials des Standorts des Hauses bewertet die Solar API eine oder mehrere mögliche Größen von Solaranlagen und empfiehlt die Größe, die die größten Einsparungen ermöglicht.

Die Größe einer Solaranlage wird anhand ihrer kW-Nennleistung gemessen. Die kW-Leistung hängt von der Anzahl der Solarmodule in der Konfiguration und der Leistung jedes Moduls in Watt ab.

Die kW-Nennleistung einer Anlage ist nicht dasselbe wie die Energieerzeugung einer Anlage, die in kWh gemessen wird und variabel ist. Die kWh-Ausgabe einer Anlage hängt von Faktoren wie den folgenden ab:

• Tageszeit
• Das Wetter
• Die Ausrichtung des Moduls zur Sonne
• Schatten, die von nahegelegenen Objekten auf die Module geworfen werden
• Das regionale Solarpotenzial
• Alter der Installation

Die Solar API berücksichtigt bei der Schätzung der jährlichen Energieerzeugung einer Solaranlage Faktoren wie das regionale Solarpotenzial und das Alter der Anlage.

Um die nutzbare Fläche eines Daches zu ermitteln und die Größe der Solaranlage zu schätzen, die darauf installiert werden kann, werden in der Solar API Luftaufnahmen und fortschrittliche 3D-Modelle verwendet.

Detaillierte Erläuterung der Werte und Berechnungen

In den folgenden Abschnitten wird erläutert, wie die Solar API die Kosten, Einsparungen und Größen von Solaranlagen für ein bestimmtes Gebäude in den USA berechnet.

In den Erläuterungen der Berechnungen werden Begriffe verwendet, um Werte in den Berechnungen darzustellen. Eine Erläuterung der Begriffe finden Sie unter „Definition der in unseren Berechnungen verwendeten Begriffe“.

Jährlicher Energieverbrauch von Haushalten

Wie bereits erwähnt, wird der monatliche Stromverbrauch mit der Solar API anhand des monatlichen Rechnungsbetrags und der Stromkosten am Standort eines Haushalts ermittelt. Nachdem wir den monatlichen Stromverbrauch eines Haushalts ermittelt haben, berechnen wir den jährlichen Energieverbrauch in kWh mit der folgenden Formel:

annualKWhEnergyConsumption = monthlyKWhEnergyConsumption x 12

Es wird davon ausgegangen, dass der Energieverbrauch eines Haushalts über die Lebensdauer einer Solaranlage hinweg von Jahr zu Jahr gleich bleibt. Die Solar API geht von einer Lebensdauer von 20 Jahren für eine Solaranlage aus.

Jährliche Solarenergieerzeugung

Die Solar API schätzt die jährliche Energieerzeugung einer Solaranlage unter Berücksichtigung von Faktoren wie der Intensität des Sonnenlichts, dem Einfallswinkel des Sonnenlichts und der Anzahl der Stunden nutzbaren Sonnenlichts, die eine Region jährlich erhält.

Solaranlagen erzeugen Gleichstrom, der von einem Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt werden muss, bevor er in Ihrem Zuhause verwendet werden kann. Bei der Umwandlung geht etwas Strom verloren. Wie viel, hängt vom Wirkungsgrad des Wechselrichters ab.

Die Effizienz des Umwandlungsprozesses wird als DC-zu-AC-Derate bezeichnet. Um den Verlust zu berücksichtigen, multipliziert die Solar API die jährliche Leistung der Solaranlage mit einem DC-zu-AC-Derating von 0,85. Das Ergebnis ist die jährliche Produktion von Wechselstrom, wie in der folgenden Formel dargestellt:

initialAcKwhPerYear = yearlyEnergyDcKwh x 0.85

Die Energiemenge, die eine Anlage produziert, sinkt im Laufe der Lebensdauer der Anlage jedes Jahr um etwa 0,5 %. Um dies zu berücksichtigen, wird nach dem ersten Jahr die jährliche Wechselstromleistung einer Anlage jedes Jahr über die geschätzte Lebensdauer der Anlage von 20 Jahren mit 99,5 % bzw. 0,995 multipliziert. Dies wird in der folgenden Tabelle veranschaulicht.

Da die Effizienz des Solarpanels mit einer konstanten Rate abnimmt, handelt es sich im Wesentlichen um eine geometrische Reihe, in der a = initialAcKwhPerYear und r = efficiencyDepreciationFactor. Wir können eine geometrische Summe verwenden, um die LifetimeProductionAcKwh zu berechnen:

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

Stromkosten mit Solaranlage

Wenn die Größe einer Anlage durch die Dachgröße oder andere Faktoren begrenzt ist, produziert die Solaranlage möglicherweise weniger Strom als ein Haushalt verbraucht. In diesen Fällen muss der Haushalt wahrscheinlich jedes Jahr einen bestimmten Betrag für Strom an ein Versorgungsunternehmen zahlen, wie in der folgenden Formel dargestellt:

annualKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear = annualUtilityEnergyRequired

Um diese Kosten zu berücksichtigen, wendet die Solar API ein Abrechnungskostenmodell auf die geschätzte Menge an Strom in kWh an, die der Haushalt über die Lebensdauer der Solaranlage von einem Energieversorger benötigt. Die folgende Formel veranschaulicht diese Berechnung:

annualUtilityBillEstimate = billCostModel(utilityEnergyRequired)

Um die jährliche Steigerung der Stromkosten zu berücksichtigen, wenden wir für Standorte in den USA einen costIncreaseFactor von 2,2 % oder 0, 22 pro Jahr an:

costIncreaseFactor = 1 + 2.2% = 1.022

Aufgrund der Inflation müssen wir den Wert der Währung in unseren Schätzungen der zukünftigen Kosten abdiskontieren. Um dies zu berücksichtigen, wenden wir in unserem Modell für Standorte in den USA einen Rabatt von 4 % an:

discountRate = 1 + 4% = 1.04

In der folgenden Tabelle sehen Sie, wie die Stromrechnung für jedes Jahr über die Lebensdauer einer Solaranlage hinweg berechnet wird. Die remainingLifetimeUtilityBill ist die Summe der Stromrechnungen für jedes der 20 Jahre der Lebensdauer der Solaranlage.

Stromkosten ohne Solaranlage

Um zu berechnen, wie viel ein Haushalt durch die Installation von Solarmodulen sparen könnte, müssen wir auch berechnen, wie viel der Haushalt ohne Solarmodule zahlen müsste.

Wir müssen die steigenden Stromkosten und die Inflation wieder berücksichtigen, indem wir den costIncreaseFactor von 1,022 und den discountRate von 1,04 in die Berechnung einbeziehen, wie wir es bei der Berechnung der Stromkosten mit Solarenergie getan haben.

In der folgenden Tabelle sehen Sie, wie die Stromrechnung ohne Solaranlage für jedes Jahr über die Lebensdauer einer Solaranlage hinweg berechnet wird. Die costOfElectricityWithoutSolar (Stromkosten ohne Solaranlage) sind die Summe der Stromrechnungen für denselben 20-Jahres-Zeitraum, den wir für die Stromkosten mit Solaranlage verwendet haben.

Kosten für die Installation von Solaranlagen

Die Solar API berücksichtigt die Kosten für die Installation der empfohlenen Solarkonfiguration in den Schätzungen. Zur Schätzung der Kosten einer Installation werden in der Solar API ein lokalisiertes Installationskostenmodell und die Größe der Installation verwendet.

installationCost = InstallationCostModel (installationSize)

Incentives

Regierungsbehörden bieten möglicherweise Anreize für die Installation von Solaranlagen. Die Anreize erfolgen häufig in Form von Steuergutschriften. Basierend auf dem Standort eines Haushalts werden mit der Solar API alle Förderungen, die dem Haushalt derzeit zur Verfügung stehen, von der Schätzung der Gesamtkosten abgezogen.

Die Gesamtkosten mit Solaranlage

Die Solar API berechnet die Gesamtkosten einer Solarkonfiguration über 20 Jahre hinweg mit der folgenden Formel:

totalCostWithSolar = installationCost + remainingLifetimeUtilityBill - incentives

Die Gesamtersparnis

Die Solar API berechnet die Einsparungen für den Haushalt mit der folgenden Formel:

savings = costOfElectricityWithoutSolar - totalCostWithSolar

Die Solar API führt die oben genannten Berechnungen für jede mögliche Installationsgröße durch und empfiehlt dann die Installationsgröße, die die maximalen Einsparungen für den Haushalt bietet. Der Betrag der geschätzten Einsparungen wird mit der Empfehlung zurückgegeben.