Calculer les coûts et les économies liés à l'énergie solaire (États-Unis uniquement)

Ce document explique comment l'API Solar calcule les différentes valeurs qu'elle utilise pour recommander des installations de panneaux solaires et estimer les coûts et les économies pour les adresses aux États-Unis.

Si vous saisissez l'adresse d'une résidence située dans une région couverte des États-Unis, l'API Solar vous affiche les estimations suivantes :

• L'ensoleillement annuel de la maison
• l'espace disponible sur le toit pour une installation solaire ;
• Économies en dollars américains que la maison peut espérer réaliser sur la durée de vie de 20 ans d'un système solaire
• La facture d'électricité mensuelle moyenne des maisons de votre région, que vous pouvez ajuster pour votre maison
• Taille recommandée, mesurée en kilowatts (kW), pour un système solaire sur la maison

Bien que l'API Solar fournisse des estimations pour toute structure pour laquelle elle dispose de données, celles-ci sont plus adaptées aux résidences ou aux petites structures commerciales. L'API Solar recommande des tailles d'installation solaire qui maximisent les économies sans produire plus d'énergie en un an qu'un foyer ne peut en consommer. L'API Solar ne calcule pas les valeurs liées à la production d'énergie excédentaire.

Les tailles d'installation recommandées sont limitées à la consommation annuelle d'énergie pour plusieurs raisons, mais principalement parce que les foyers américains ne bénéficient actuellement que d'un avantage financier minime, voire nul, en cas de production d'énergie excédentaire. Dans les régions des États-Unis où le comptage net est en place, les crédits obtenus grâce à la production d'énergie excédentaire expirent généralement au fil du temps.

Valeurs requises pour l'analyse financière pour les établissements situés aux États-Unis

Pour chaque instance SolarPanelConfig dans la réponse de l'API, vous avez besoin de deux valeurs pour effectuer l'analyse financière de cette instance :

• panelsCount : nombre de panneaux solaires dans une installation. Vous utilisez cette valeur pour calculer le installationSize.
• yearlyEnergyDcKwh : quantité d'énergie solaire captée par une configuration au cours d'une année, en kWh DC, pour un panelsCount spécifique. Vous utiliserez cette valeur pour calculer la production annuelle d'énergie solaire en courant alternatif (initialAcKwhPerYear) de chaque installationSize.

Vous devez également collecter des valeurs spécifiques à la localisation pour les variables suivantes que vous utiliserez dans les calculs :

• billCostModel() : modèle permettant de déterminer le coût, en devise locale, payé par un foyer pour l'utilisation d'un nombre donné de kWh. Le prix de l'électricité facturé par un fournisseur d'énergie peut varier d'un jour à l'autre ou d'une heure à l'autre en fonction de facteurs tels que la demande, l'heure de la journée et la quantité d'électricité consommée par le foyer. Vous devrez peut-être estimer un coût moyen.
• costIncreaseFactor : l'API Solar utilise 1,022 (augmentation annuelle de 2,2 %) pour les emplacements aux États-Unis.
• dcToAcDerate : l'efficacité avec laquelle un onduleur convertit l'électricité en courant continu produite par les panneaux solaires en électricité en courant alternatif utilisée dans un foyer. L'API Solar utilise 85 % pour les emplacements aux États-Unis.
• discountRate : l'API Solar utilise 1,04 (augmentation annuelle de 4 %) pour les emplacements aux États-Unis.
• efficiencyDepreciationFactor : diminution annuelle de l'efficacité des panneaux solaires. L'API Solar utilise 0,995 (soit une diminution annuelle de 0,5 %) pour les établissements situés aux États-Unis.
• incentives : incluez toutes les incitations financières à installer des panneaux solaires accordées par les organismes gouvernementaux de votre région.
• installationCostModel() : méthode permettant d'estimer le coût d'installation de panneaux solaires dans la devise locale pour un installationSize donné. Le modèle de coûts tient généralement compte des coûts locaux de main-d'œuvre et de matériaux pour un installationSize donné.
• installationLifeSpan : durée de vie prévue de l'installation solaire. L'API Solar utilise 20 ans. Ajustez cette valeur en fonction de votre région.
• kWhConsumptionModel() : votre modèle pour déterminer la quantité d'énergie consommée par un foyer en fonction d'une facture mensuelle. Dans sa forme la plus simple, vous divisez la facture par le coût moyen d'un kWh dans la région du foyer.
• monthlyBill : facture d'électricité mensuelle moyenne pour un foyer donné.
• monthlyKWhEnergyConsumption : estimation de la quantité moyenne d'électricité consommée par le foyer à un emplacement donné au cours d'un mois, mesurée en kWh.

Grâce à ces valeurs et aux informations fournies par la réponse de l'API, vous pouvez effectuer les calculs nécessaires pour recommander le meilleur installationSize pour les emplacements non couverts par l'API Solar.

Fonctionnement

La facture électrique mensuelle moyenne est essentielle pour le reste des calculs.

L'API Solar base initialement ses calculs sur un montant de facture mensuel présélectionné. Si nécessaire, vous pouvez sélectionner un montant différent qui reflète plus précisément votre facture mensuelle moyenne.

En connaissant le montant d'une facture mensuelle et le coût actuel de l'électricité dans un lieu donné, l'API Solar peut estimer le nombre de kilowattheures (kWh) d'électricité qu'un foyer consomme chaque mois. Pour connaître le coût actuel de l'électricité aux États-Unis et déterminer le nombre de kWh à partir d'une facture mensuelle, l'API Solar fait référence aux bases de données gérées par Clean Power Research.

À l'aide du nombre de kWh consommés par un foyer, de la surface utilisable du toit d'une maison et du potentiel solaire de l'emplacement de la maison, l'API Solar évalue une ou plusieurs tailles d'installation solaire possibles et recommande la taille qui offre le plus d'économies.

La taille d'une installation de panneaux solaires est mesurée par sa puissance en kW. La puissance en kW dépend du nombre de panneaux solaires dans la configuration et de la puissance (en watts) de chaque panneau.

La puissance nominale d'une installation en kW n'est pas la même que la production d'énergie d'une installation, qui est mesurée en kWh et est variable. La production en kWh d'une installation dépend de facteurs tels que :

• L'heure de la journée
• La météo
• Orientation du panneau par rapport au soleil
• Toutes les ombres projetées sur les panneaux par des objets à proximité
• Potentiel solaire régional
• l'ancienneté de l'installation ;

L'API Solar inclut des facteurs tels que le potentiel solaire régional et l'âge de l'installation dans son estimation de la production annuelle d'énergie d'une installation solaire.

Pour déterminer la surface utilisable d'un toit et estimer la taille de l'installation solaire qu'il peut supporter, l'API Solar utilise l'imagerie aérienne et la modélisation 3D avancée.

Explication détaillée des valeurs et des calculs

Les sections suivantes expliquent comment l'API Solar calcule les coûts, les économies et la taille des installations solaires pour une structure donnée aux États-Unis.

Les explications des calculs utilisent des termes pour représenter les valeurs dans les calculs. Pour obtenir une explication des termes, consultez la section "Définition des termes utilisés dans nos calculs".

Consommation énergétique annuelle des foyers

Comme mentionné précédemment, l'API Solar détermine la consommation mensuelle d'électricité en fonction du montant de la facture mensuelle et du coût de l'électricité dans la région où se trouve le foyer. Après avoir déterminé la consommation mensuelle d'électricité d'un foyer, nous calculons la consommation annuelle d'énergie en kWh à l'aide de la formule suivante :

annualKWhEnergyConsumption = monthlyKWhEnergyConsumption x 12

La consommation d'énergie d'un foyer est supposée rester la même d'une année sur l'autre pendant la durée de vie d'une installation solaire. L'API Solar suppose que la durée de vie d'une installation solaire est de 20 ans.

Production annuelle d'énergie solaire

L'API Solar estime la production annuelle d'énergie d'une installation solaire en tenant compte de facteurs tels que l'intensité de la lumière du soleil, l'angle de la lumière du soleil et le nombre d'heures d'ensoleillement utilisable qu'une région reçoit chaque année.

Les installations solaires produisent du courant continu, qui doit être converti en courant alternatif par un onduleur avant de pouvoir être utilisé dans votre maison. Une partie de l'électricité est perdue lors du processus de conversion. L'efficacité de l'onduleur détermine la quantité perdue.

L'efficacité du processus de conversion est appelée réduction de la puissance DC vers AC. Pour tenir compte de cette perte, l'API Solar multiplie la production annuelle de l'installation solaire par un facteur de réduction de 0,85 (DC vers AC). Le résultat correspond à la production annuelle d'électricité CA, comme indiqué dans la formule suivante :

initialAcKwhPerYear = yearlyEnergyDcKwh x 0.85

La quantité d'énergie produite par une installation diminue d'environ 0,5 % chaque année pendant sa durée de vie. Pour en tenir compte, après la première année, l'API Solar multiplie la production annuelle en courant alternatif d'une installation par 99,5 %, soit 0,995, chaque année pendant la durée de vie estimée de 20 ans de l'installation. Cela est illustré dans le tableau suivant.

Comme l'efficacité des panneaux solaires diminue à un taux constant, il s'agit essentiellement d'une série géométrique où a = initialAcKwhPerYear et r = efficiencyDepreciationFactor. Nous pouvons utiliser une somme géométrique pour calculer LifetimeProductionAcKwh :

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

Le coût de l'électricité avec l'énergie solaire

Si la taille d'une installation est limitée par la taille du toit ou d'autres facteurs, l'installation solaire peut produire moins d'électricité qu'un foyer n'en consomme. Dans ce cas, le foyer devra probablement payer une facture d'électricité d'un certain montant chaque année, comme indiqué dans la formule suivante :

annualKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear = annualUtilityEnergyRequired

Pour tenir compte de ce coût, l'API Solar applique un modèle de coût de facture au montant estimé d'électricité, en kWh, dont le foyer aura besoin d'un fournisseur d'énergie pendant la durée de vie de l'installation solaire. La formule suivante illustre ce calcul :

annualUtilityBillEstimate = billCostModel(utilityEnergyRequired)

Pour tenir compte de l'augmentation annuelle du coût de l'électricité, nous appliquons un costIncreaseFactor de 2,2 %, soit 0,22, par an pour les États-Unis :

costIncreaseFactor = 1 + 2.2% = 1.022

En raison de l'inflation, nous devons actualiser la valeur de la devise dans nos estimations des coûts futurs. Pour en tenir compte, nous appliquons un taux de remise de 4 % à notre modèle pour les établissements situés aux États-Unis :

discountRate = 1 + 4% = 1.04

Le tableau suivant montre comment la facture d'électricité de chaque année est calculée pendant la durée de vie d'une installation solaire. remainingLifetimeUtilityBill correspond à la somme totale des factures d'électricité pour chacune des 20 années de durée de vie de l'installation solaire.

Coût de l'électricité sans énergie solaire

Pour calculer les économies qu'un foyer pourrait réaliser en installant des panneaux solaires, nous devons également calculer ce qu'il pourrait payer s'il ne le fait pas.

Nous devons à nouveau tenir compte de l'augmentation du coût de l'électricité et de l'inflation en appliquant le costIncreaseFactor de 1,022 et le discountRate de 1,04 au calcul, comme nous l'avons fait pour calculer le coût de l'électricité avec l'énergie solaire.

Le tableau suivant montre comment la facture d'électricité annuelle sans énergie solaire est calculée sur la durée de vie d'une installation solaire. costOfElectricityWithoutSolar correspond à la somme totale des factures d'électricité sur la même période de 20 ans que celle utilisée pour le coût de l'électricité avec l'énergie solaire.

Coût de l'installation solaire

L'API Solar inclut le coût d'installation de la configuration solaire recommandée dans les estimations qu'elle fournit. Pour estimer le coût d'une installation, l'API Solar utilise un modèle de coût d'installation localisé et la taille de l'installation.

installationCost = InstallationCostModel (installationSize)

Avantages

Les entités gouvernementales peuvent proposer des incitations à l'installation de panneaux solaires. Ces incitations prennent souvent la forme d'avoirs fiscaux. En fonction de la localisation d'un foyer, l'API Solar soustrait les incitations actuellement disponibles pour le foyer de l'estimation des coûts totaux.

Coût total avec installation solaire

L'API Solar calcule le coût total sur 20 ans d'une configuration solaire à l'aide de la formule suivante :

totalCostWithSolar = installationCost + remainingLifetimeUtilityBill - incentives

Économies totales

L'API Solar calcule les économies réalisées par le foyer à l'aide de la formule suivante :

savings = costOfElectricityWithoutSolar - totalCostWithSolar

L'API Solar effectue les calculs ci-dessus pour chaque taille d'installation possible, puis recommande la taille d'installation qui offre les économies maximales pour le foyer. Le montant des économies estimées est renvoyé avec la recommandation.