Calcolare i costi e il risparmio dell'energia solare (solo Stati Uniti)

Questo documento spiega come l'API Solar calcola i vari valori che utilizza per consigliare l'installazione di pannelli solari e per stimare i costi e il risparmio sui costi per gli indirizzi negli Stati Uniti.

Se inserisci l'indirizzo di una residenza in una regione coperta degli Stati Uniti, l'API Solar mostra le seguenti stime:

• La quantità di luce solare che la casa riceve ogni anno
• Quanto spazio ha il tetto per un impianto solare
• Risparmio previsto in dollari statunitensi per la casa durante i 20 anni di vita di un impianto solare
• La bolletta media mensile dell'energia elettrica per le case della tua zona, che puoi modificare per la tua casa
• Dimensioni consigliate, misurate in kilowatt (kW), per un impianto solare sulla casa

Sebbene l'API Solar fornisca stime per qualsiasi struttura per cui dispone di dati, le stime che fornisce sono più adatte a residenze o piccole strutture commerciali. L'API Solar consiglia dimensioni di installazione solare che massimizzano il risparmio senza produrre più energia in un anno di quella che una famiglia può consumare. L'API Solar non calcola i valori relativi alla produzione di energia in eccesso.

Le dimensioni di installazione consigliate sono limitate al consumo energetico annuo per una serie di motivi, ma principalmente perché le famiglie statunitensi attualmente non ottengono alcun vantaggio finanziario dalla produzione di energia in eccesso. Nelle località degli Stati Uniti che dispongono di misurazione netta, i crediti ottenuti dalla produzione di energia in eccesso in genere scadono nel tempo.

Valori obbligatori per l'analisi finanziaria per le sedi negli Stati Uniti

Da ogni istanza SolarPanelConfig nella risposta API, sono necessari due valori per eseguire l'analisi finanziaria per quell'istanza:

• panelsCount: il numero di pannelli solari in un'installazione. Utilizzi questo valore nel calcolo del installationSize.
• yearlyEnergyDcKwh: la quantità di energia solare che un layout cattura nel corso di un anno, in kWh CC, dato un panelsCount specifico. Utilizzi questo valore nel calcolo della produzione annuale di energia solare in CA (initialAcKwhPerYear) di ogni installationSize.

Inoltre, devi raccogliere i valori specifici per località per le seguenti variabili che utilizzerai nei calcoli:

• billCostModel(): il modello per determinare il costo, in valuta locale, pagato da un nucleo familiare per l'utilizzo di un determinato numero di kWh. L'importo addebitato da una società di servizi pubblici per l'elettricità può variare di giorno in giorno o di ora in ora a seconda di fattori quali la domanda, l'ora del giorno e la quantità di elettricità consumata dalla famiglia. Potresti dover stimare un costo medio.
• costIncreaseFactor: l'API Solar utilizza 1,022 (aumento annuo del 2,2%) per le località degli Stati Uniti.
• dcToAcDerate: l'efficienza con cui un inverter converte l'elettricità CC prodotta dai pannelli solari in elettricità CA utilizzata in una casa. L'API Solar utilizza l'85% per le località negli Stati Uniti.
• discountRate: l'API Solar utilizza 1,04 (aumento annuo del 4%) per le località degli Stati Uniti.
• efficiencyDepreciationFactor: la riduzione dell'efficienza dei pannelli solari ogni anno. L'API Solar utilizza 0,995 (0,5% di riduzione annua) per le località degli Stati Uniti.
• Incentivi: includi eventuali incentivi monetari per l'installazione di pannelli solari concessi da enti governativi della tua zona.
• installationCostModel(): il tuo metodo per stimare il costo di installazione di un impianto solare in valuta locale per un determinato installationSize. Il modello di costo in genere tiene conto dei costi locali di manodopera e materiali per un determinato installationSize.
• installationLifeSpan: la durata prevista dell'impianto solare. L'API Solar utilizza 20 anni. Modifica questo valore in base alle tue esigenze.
• kWhConsumptionModel(): il modello per determinare la quantità di energia consumata da una famiglia in base a una fattura mensile. Nella sua forma più semplice, devi dividere la bolletta per il costo medio di un kWh nella località del nucleo familiare.
• monthlyBill: la bolletta media mensile dell'energia elettrica per un nucleo familiare soggetto.
• monthlyKWhEnergyConsumption: una stima della quantità media di elettricità consumata in un mese dalla famiglia in una determinata località, misurata in kWh.

Con questi valori e le informazioni fornite dalla risposta dell'API, puoi eseguire i calcoli necessari per consigliare il miglior installationSize per le località non coperte dall'API Solar.

Come funziona

La bolletta media mensile dell'energia elettrica è la chiave per il resto dei calcoli.

Inizialmente, l'API Solar basa i suoi calcoli su un importo della bolletta mensile preselezionato. Se necessario, puoi selezionare un importo diverso che rifletta in modo più accurato la tua fattura mensile media.

Conoscendo l'importo di una bolletta mensile e il costo attuale dell'elettricità in una determinata località, l'API Solar può stimare il numero di kilowattora (kWh) di elettricità consumati da una famiglia ogni mese. Per conoscere il costo attuale dell'elettricità negli Stati Uniti e per determinare i kWh da una bolletta mensile, l'API Solar fa riferimento a database gestiti da Clean Power Research.

Utilizzando il numero di kWh consumati da un nucleo familiare, la superficie utilizzabile del tetto di una casa e il potenziale solare della posizione della casa, l'API Solar valuta una o più possibili dimensioni dell'impianto solare e consiglia la dimensione che offre il massimo risparmio.

Le dimensioni di un impianto di pannelli solari sono misurate in base alla sua potenza in kW. La potenza in kW dipende dal numero di pannelli solari nella configurazione e dalla potenza in watt di ciascun pannello.

La potenza nominale di un impianto in kW non corrisponde alla produzione di energia di un impianto, che è misurata in kWh ed è variabile. La produzione di kWh di un impianto dipende da fattori quali:

• L'orario
• Il meteo
• L'orientamento del pannello rispetto al sole
• Eventuali ombre proiettate sui pannelli da oggetti vicini
• Il potenziale solare regionale
• Età dell'installazione

L'API Solar include fattori come il potenziale solare regionale e l'età dell'impianto nella sua stima della produzione annua di energia di un impianto solare.

Per determinare la superficie utilizzabile di un tetto e stimare le dimensioni dell'impianto solare che può supportare, l'API Solar utilizza immagini aeree e modelli 3D avanzati.

Spiegazione dettagliata dei valori e dei calcoli

Le sezioni seguenti spiegano come l'API Solar calcola i costi, i risparmi e le dimensioni degli impianti solari per una determinata struttura negli Stati Uniti.

Le spiegazioni dei calcoli utilizzano termini per rappresentare i valori nei calcoli. Per una spiegazione dei termini, consulta la sezione Definizione dei termini utilizzati nei nostri calcoli.

Consumo energetico annuo delle famiglie

Come accennato in precedenza, l'API Solar determina il consumo mensile di elettricità in base all'importo della bolletta mensile e al costo dell'elettricità nella località in cui si trova l'abitazione. Dopo aver determinato il consumo mensile di elettricità di una famiglia, calcoliamo il consumo energetico annuo in kWh utilizzando la seguente formula:

annualKWhEnergyConsumption = monthlyKWhEnergyConsumption x 12

Si presume che il consumo energetico di una famiglia rimanga invariato di anno in anno per tutta la durata di un impianto solare. L'API Solar presuppone che la durata di un impianto solare sia di 20 anni.

Produzione annuale di energia solare

L'API Solar stima la produzione annua di energia di un impianto solare tenendo conto di fattori come l'intensità della luce solare, l'angolo di incidenza della luce solare e il numero di ore di luce solare utilizzabile che una regione riceve ogni anno.

Gli impianti solari producono elettricità a corrente continua (CC), che deve essere convertita in elettricità a corrente alternata (CA) da un inverter prima di poterla utilizzare in casa. Una parte dell'elettricità viene persa durante il processo di conversione e l'efficienza dell'inverter determina la quantità persa.

L'efficienza del processo di conversione è definita riduzione da CC a CA. Per tenere conto della perdita, l'API Solar moltiplica la produzione annuale dell'impianto solare per un fattore di riduzione da CC a CA pari a 0,85. Il risultato è la produzione annua di elettricità CA, come mostrato nella seguente formula:

initialAcKwhPerYear = yearlyEnergyDcKwh x 0.85

La quantità di energia prodotta da un impianto diminuisce di circa lo 0,5% ogni anno per tutta la sua durata. Per tenerne conto, dopo il primo anno l'API Solar moltiplica la produzione CA annuale di un impianto per il 99,5%, ovvero 0,995, ogni anno per la durata stimata di 20 anni dell'impianto. Ciò è illustrato nella tabella seguente.

Poiché l'efficienza del pannello solare diminuisce a un tasso costante, si tratta essenzialmente di una serie geometrica in cui a = initialAcKwhPerYear e r = efficiencyDepreciationFactor. Possiamo utilizzare una somma geometrica per calcolare il LifetimeProductionAcKwh:

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

Il costo dell'elettricità con l'energia solare

Se le dimensioni di un impianto sono limitate dalle dimensioni del tetto o da altri fattori, l'impianto solare potrebbe produrre meno elettricità di quella consumata da un nucleo familiare. In questi casi, è probabile che il nucleo familiare debba pagare una bolletta per una certa quantità di elettricità ogni anno, come mostrato nella seguente formula:

annualKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear = annualUtilityEnergyRequired

Per tenere conto di questo costo, l'API Solar applica un modello di costo della bolletta all'importo stimato di elettricità, in kWh, che la famiglia dovrà acquistare da un'utenza per tutta la durata dell'impianto solare. La seguente formula illustra questo calcolo:

annualUtilityBillEstimate = billCostModel(utilityEnergyRequired)

Per tenere conto dell'aumento annuo del costo dell'elettricità, applichiamo un costIncreaseFactor del 2,2%, ovvero 0,22, all'anno per le località statunitensi:

costIncreaseFactor = 1 + 2.2% = 1.022

A causa dell'inflazione, dobbiamo scontare il valore della valuta nelle nostre stime dei costi futuri. Per tenere conto di questo, applichiamo un tasso di sconto del 4% al nostro modello per le sedi negli Stati Uniti:

discountRate = 1 + 4% = 1.04

La tabella seguente mostra come viene calcolata la bolletta annuale nel corso della durata di un impianto solare. La remainingLifetimeUtilityBill è la somma totale delle bollette per ciascuno dei 20 anni di vita dell'impianto solare.

Il costo dell'elettricità senza impianto solare

Per calcolare il potenziale risparmio di una famiglia se installa pannelli solari, dobbiamo anche calcolare quanto potrebbe pagare se non lo fa.

Dobbiamo nuovamente tenere conto dell'aumento del costo dell'elettricità e dell'inflazione applicando il costIncreaseFactor di 1,022 e il discountRate di 1,04 al calcolo, come abbiamo fatto quando abbiamo calcolato il costo dell'elettricità con l'energia solare.

La tabella seguente mostra come viene calcolata la bolletta dell'energia elettrica di ogni anno senza impianto solare per tutta la durata di un impianto solare. Il costOfElectricityWithoutSolar è la somma totale delle bollette delle utenze nello stesso periodo di 20 anni che abbiamo utilizzato per il costo dell'elettricità con l'energia solare.

Il costo dell'installazione di un impianto solare

L'API Solar include il costo dell'installazione della configurazione solare consigliata nelle stime che fornisce. Per stimare il costo di un'installazione, l'API Solar utilizza un modello di costo di installazione localizzato e le dimensioni dell'installazione.

installationCost = InstallationCostModel (installationSize)

Incentivi

Gli enti governativi potrebbero fornire incentivi per l'installazione di impianti solari. Gli incentivi sono spesso sotto forma di crediti d'imposta. In base alla posizione di una casa, l'API Solar sottrae eventuali incentivi attualmente disponibili per la casa dalla stima dei costi totali.

Il costo totale con l'impianto solare

L'API Solar calcola il costo totale di 20 anni di una configurazione solare utilizzando la seguente formula:

totalCostWithSolar = installationCost + remainingLifetimeUtilityBill - incentives

Il risparmio totale

L'API Solar calcola il risparmio per la famiglia utilizzando la seguente formula:

savings = costOfElectricityWithoutSolar - totalCostWithSolar

L'API Solar esegue i calcoli precedenti per ogni possibile dimensione dell'impianto e poi consiglia la dimensione dell'impianto che offre il massimo risparmio per la famiglia. L'importo del risparmio stimato viene restituito con il consiglio.