Solarkosten und -einsparungen berechnen (nur USA)

In diesem Dokument wird erläutert, wie die Solar API die verschiedenen Werte berechnet, anhand derer die Installation von Solarmodulen empfohlen und die Kosten und Kosteneinsparungen für US-Adressen geschätzt werden.

Wenn Sie die Adresse eines Haushalts in einer abgedeckten Region der USA eingeben, werden in der Solar API die folgenden Schätzungen angezeigt:

• Wie viel Sonnenlicht das Haus jährlich erhält
• Wie viel Platz das Dach für eine Solaranlage bietet
• Wie viel Geld kann der Haushalt über die 20-jährige Lebensdauer eines Solarsystems in US-Dollar sparen?
• Die durchschnittliche monatliche Stromrechnung für Haushalte in Ihrer Region, die Sie für Ihr Zuhause anpassen können
• Empfohlene Größe, gemessen in Kilowatt (kW), für ein Solarsystem auf dem Dach

Die Solar API liefert zwar Schätzungen für alle Gebäude, für die Daten vorhanden sind, sie eignen sich jedoch am besten für Wohngebäude oder kleine gewerbliche Gebäude. Die Solar API empfiehlt Größen für Solaranlagen, mit denen die Einsparungen maximiert werden, ohne dass im Jahr mehr Energie erzeugt wird, als ein Haushalt verbrauchen kann. Die Solar API berechnet keine Werte im Zusammenhang mit der überschüssigen Energieerzeugung.

Die empfohlenen Installationsgrößen sind aus mehreren Gründen auf den jährlichen Energieverbrauch beschränkt, vor allem aber, weil US-Haushalte derzeit nur wenig oder gar keinen finanziellen Nutzen aus der überschüssigen Energieerzeugung ziehen. An Standorten in den USA, an denen Nettostrommessung gilt, laufen Gutschriften aus der überschüssigen Energieerzeugung in der Regel mit der Zeit ab.

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 des installationSize.
• yearlyEnergyDcKwh:Die Menge der Sonnenenergie, die ein Layout im Laufe eines Jahres bei einer bestimmten panelsCount in Gleichstrom-kWh einfängt. Sie verwenden diesen Wert bei der Berechnung der jährlichen Solarenergieproduktion (initialAcKwhPerYear) jedes installationSize in Wechselstrom.

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

Anhand dieser Werte und der Informationen aus der API-Antwort können Sie die erforderlichen Berechnungen durchführen, um die beste installationSize für Standorte zu empfehlen, die nicht von der Solar API abgedeckt sind.

Funktionsweise

Die durchschnittliche monatliche Stromrechnung ist der Schlüssel für die restlichen Berechnungen.

Die Solar API basiert bei ihren Berechnungen zunächst auf einem vorab ausgewählten monatlichen Rechnungsbetrag. Bei Bedarf können Sie einen anderen Betrag auswählen, der Ihre durchschnittliche monatliche Rechnung genauer widerspiegelt.

Wenn der Betrag 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 bezieht die aktuellen Stromkosten in den USA und die Berechnung der kWh aus einer monatlichen Rechnung aus Datenbanken von Clean Power Research.

Anhand der kWh-Leistung, die ein Haushalt verbraucht, der nutzbaren Fläche des Daches 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 bietet.

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

Die kW-Leistung einer Anlage entspricht nicht der Energieerzeugung einer Anlage, die in kWh gemessen wird und variiert. Die kWh-Leistung einer Anlage hängt von Faktoren wie den folgenden ab:

• Tageszeit
• Das Wetter
• Die Ausrichtung des Panels zur Sonne
• Schatten, die von Objekten in der Nähe auf die Paneele 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, verwendet die Solar API Luftaufnahmen und fortschrittliche 3D-Modellierung.

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 zu den Berechnungen werden Begriffe verwendet, um Werte in den Berechnungen darzustellen. Eine Erläuterung der Begriffe finden Sie unter Definition der Begriffe, die in unseren Berechnungen verwendet werden.

Jährlicher Energieverbrauch eines Haushalts

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

annualKWhEnergyConsumption = monthlyKWhEnergyConsumption x 12

Der Energieverbrauch eines Haushalts bleibt während der Lebensdauer einer Solaranlage von Jahr zu Jahr gleich. In der Solar API wird davon ausgegangen, dass eine Solaranlage 20 Jahre lang genutzt wird.

Jährliche Solarenergieerzeugung

Die Solar API schätzt die jährliche Energieproduktion einer Solaranlage anhand von Faktoren wie der Sonneneinstrahlungsintensität, dem Sonneneinstrahlungswinkel und der Anzahl der Stunden nutzbaren Sonnenlichts in einer Region.

Solaranlagen produzieren Gleichstrom, der von einem Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt werden muss, bevor er in Ihrem Zuhause verwendet werden kann. Bei der Umwandlung geht ein Teil der elektrischen Energie verloren. Wie viel, hängt von der Effizienz des Wechselrichters ab.

Die Effizienz des Umwandlungsprozesses wird als DC-zu-AC-Derating 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 von einer Anlage erzeugte Energiemenge nimmt während der Lebensdauer der Anlage jedes Jahr um etwa 0,5 % ab. Um dies zu berücksichtigen, multipliziert die Solar API nach dem ersten Jahr die jährliche Wechselstromleistung einer Anlage jedes Jahr über die geschätzte Lebensdauer von 20 Jahren mit 99,5 % oder 0,995. Dies wird in der folgenden Tabelle veranschaulicht.

Jahr	Jährliche Solarenergieerzeugung (kWh)
1	initialAcKwhPerYear
2	initialAcKwhPerYear × 0,995
:	:
20	initialAcKwhPerYear × 0,99519

Da die Effizienz von Solarmodulen mit konstanter Geschwindigkeit abnimmt, handelt es sich im Grunde um eine geometrische Reihe, bei der a = initialAcKwhPerYear und r = efficiencyDepreciationFactor ist. Wir können eine geometrische Summe verwenden, um die LifetimeProductionAcKwh zu berechnen:

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

Stromkosten mit Solarenergie

Wenn die Größe einer Anlage durch die Dachfläche oder andere Faktoren begrenzt ist, produziert die Solaranlage möglicherweise weniger Strom, als ein Haushalt verbraucht. In diesen Fällen muss der Haushalt wahrscheinlich jedes Jahr einem Energieversorger eine bestimmte Menge an Strom bezahlen, wie in der folgenden Formel dargestellt:

annualKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear = annualUtilityEnergyRequired

Um diese Kosten zu berücksichtigen, wendet die Solar API ein Abrechnungsmodell auf die geschätzte Menge an Strom in kWh an, die der Haushalt während der 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 Währungswert in unseren Schätzungen der zukünftigen Kosten abzinsen. Aus diesem Grund wenden wir auf unser Modell für Standorte in den USA einen Rabatt von 4 % an:

discountRate = 1 + 4% = 1.04

In der folgenden Tabelle wird gezeigt, wie die Rechnung für die einzelnen Jahre während der Lebensdauer einer Solaranlage berechnet wird. Die remainingLifetimeUtilityBill ist die Summe der Rechnungen für die 20 Jahre Lebensdauer der Solaranlage.

Jahr	Jährliche Rechnung für Versorgungsunternehmen in der aktuellen Landeswährung (USD) (annualUtilityBillEstimate)
1	billCostModel (yearlyKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear) = annualUtilityBillEstimateYear1
2	billCostModel (yearlyKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear x 0.995) x 1.022 / 1.04 = annualUtilityBillEstimateYear2
:	:
20	billCostModel (yearlyKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear x 0.99519) x 1.02219 / 1.0419 = annualUtilityBillEstimateYear2
Gesamt	remainingLifetimeUtilityBill = annualUtilityBillEstimateYear1 + annualUtilityBillEstimateYear2 + …. + annualUtilityBillEstimateYear20

Stromkosten ohne Solaranlage

Um zu berechnen, wie viel ein Haushalt sparen könnte, wenn er eine Solaranlage installiert, müssen wir auch berechnen, wie viel der Haushalt bezahlen könnte, wenn er das nicht tut.

Wir müssen wieder die steigenden Stromkosten und die Inflation berücksichtigen, indem wir den Kostensteigerungsfaktor von 1,022 und den Rabattsatz von 1,04 auf die Berechnung anwenden, wie wir es bei der Berechnung der Stromkosten mit Solarenergie getan haben.

In der folgenden Tabelle wird gezeigt, wie die Rechnung für die Versorgung ohne Solaranlage jedes Jahr über die Lebensdauer einer Solaranlage berechnet wird. costOfElectricityWithoutSolar ist die Summe der Rechnungen für Versorgungsunternehmen über denselben Zeitraum von 20 Jahren, den wir für die Kosten für Strom mit Solarenergie verwendet haben.

Jahr	Jährliche Rechnung eines Versorgungsunternehmens (USD)
1	monthlyBill × 12
2	monthlyBill x 12 x 1,022 ÷ 1,04
:	:
20	monthlyBill × 12 × 1,02219 ÷ 1,0419
Gesamt	Summe aller jährlichen Rechnungen, die auch als costOfElectricityWithoutSolar = 204,35 × monthlyBill ausgedrückt werden kann

Kosten für die Installation von Solaranlagen

Die Solar API enthält die Kosten für die Installation der empfohlenen Solarkonfiguration in den bereitgestellten Schätzungen. Zur Schätzung der Kosten einer Installation verwendet die Solar API ein lokalisiertes Modell für Installationskosten und die Größe der Anlage.

installationCost = InstallationCostModel (installationSize)

Incentives

Staatliche Stellen bieten möglicherweise Anreize für die Installation von Solaranlagen. Die Anreize werden oft in Form von Steuergutschriften gewährt. Basierend auf dem Standort eines Haushalts werden in der Solar API alle derzeit für den Haushalt verfügbaren Förderprogramme von der Schätzung der Gesamtkosten abgezogen.

Die Gesamtkosten für die Solaranlage

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

totalCostWithSolar = installationCost + remainingLifetimeUtilityBill - incentives

Die Gesamtersparnis

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

savings = costOfElectricityWithoutSolar - totalCostWithSolar

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