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 התקנת לוחות סולאריים ולהעריך את העלויות והחיסכון בעלויות בכתובות בארה"ב.

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

• כמות אור השמש שהבית מקבל מדי שנה
• כמה מקום יש על הגג להתקנת מערכת סולארית
• כמה חיסכון, בדולר ארה"ב, אפשר לצפות מהבית במהלך 20 שנות השימוש במערכת סולארית
• חשבון החשמל החודשי הממוצע של בתים 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 לגביו, אבל ההערכות שהוא מספק מתאימות בעיקר למבני מגורים או למבנים מסחריים קטנים. ‫Solar API ממליץ על גדלים של התקנות סולאריות שימקסמו את החיסכון בלי לייצר יותר אנרגיה בשנה 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, תוקף הקרדיטים שנצברו מייצור עודף של אנרגיה פג בדרך כלל 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 DC, בהינתן panelsCount ספציפי. משתמשים בערך הזה בחישוב של ייצור האנרגיה הסולארית השנתית בזרם חילופין (AC) (initialAcKwhPerYear) של כל installationSize.

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

• ‫billCostModel(): המודל שלכם לקביעת העלות במטבע המקומי שמשק בית משלם על שימוש במספר מסוים של קוט"ש. התעריף שחברת תשתיות גובה עבור חשמל יכול להשתנות מיום ליום או משעה לשעה, בהתאם לגורמים כמו ביקוש, השעה ביום וכמות החשמל שהמשתמשים מאותו בית צורכים. 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 מקומי עבור installationSize מסוים. מודל העלויות בדרך כלל יכלול עלויות מקומיות של עבודה וחומרים עבור installationSize מסוים.
• ‫installationLifeSpan: משך החיים הצפוי של התקנת מערכת סולארית. ב-Solar API משתמשים בנתונים של 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 (קילוואט-שעה) במיקום של משק הבית.
• ‫monthlyBill: חשבון החשמל החודשי הממוצע של משק בית מסוים.
• ‫monthlyKWhEnergyConsumption: אומדן של כמות החשמל הממוצעת שמשק בית במיקום נתון צורך בחודש, שנמדדת בקוט"ש.

בעזרת הערכים האלה והמידע שמופיע בתגובת ה-API, אפשר לבצע את החישובים הנדרשים 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 קילוואט השעות (kWh) של חשמל שמשק בית צורך בכל חודש, על סמך סכום החשבון החודשי ועלות החשמל הנוכחית במיקום נתון. כדי לקבל את העלות הנוכחית של החשמל בארה"ב, וכדי לקבוע את צריכת החשמל בקוט"ש מתוך חשבון חודשי, Solar API מתייחס למסדי נתונים שמתוחזקים על ידי Clean Power Research.

ה-Solar API משתמש במספר קוט"ש שמשק בית צורך, בשטח שמיש של גג הבית ובפוטנציאל ליצירת אנרגיה סולארית של מיקום הבית, כדי להעריך גדלים אפשריים של התקנות מערכת סולארית ולהמליץ על הגודל שיספק את החיסכון הגדול ביותר.

גודל ההתקנה של לוחות סולאריים נמדד לפי דירוג הקילוואט שלה. דירוג הקיבולת (בקילוואט) תלוי במספר הלוחות הסולאריים בהגדרה ובדירוג ההספק (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
• את מזג האוויר
• הכיוון של הפאנל ביחס לשמש
• צללים שנוצרים על הפאנלים על ידי אובייקטים קרובים
• הפוטנציאל ליצירת אנרגיה סולארית אזורי
• הגיל של ההתקנה

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

כדי לקבוע את השטח שניתן לשימוש בגג ולחשב את גודל התקנת מערכת סולארית שאפשר להתקין עליו, Solar API משתמש בצילומי אוויר 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 הבית. 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 התקנת מערכת סולארית. ב-Solar API מניחים שמשך החיים של התקנת מערכת סולארית הוא 20 שנה.

ייצור אנרגיה סולארית שנתית

ה-Solar API מעריך את ייצור האנרגיה השנתי של התקנת 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 לפני שאפשר להשתמש בו בבית. חלק מהחשמל אובד במהלך תהליך ההמרה, והיעילות של הממיר קובעת כמה חשמל אובד.

היעילות של תהליך ההמרה נקראת DC to AC derate. כדי לקחת בחשבון את האובדן, Solar API מכפיל את התפוקה השנתית של התקנת מערכת סולארית ב-0.85, שהוא ערך ההפחתה של DC ל-AC. התוצאה היא ייצור שנתי של חשמל AC, כמו 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). המחשה לכך מופיעה בטבלה הבאה.

יעילות הלוח 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 גודל המערכת 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 תשתיות 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 חשבון על כמות החשמל המשוערת, בקילוואט-שעה, שנדרשת למשק בית מחברת תשתיות במהלך חיי התקנת מערכת סולארית. 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 אפשר לראות איך חשבון על תשתיות מחושב בכל שנה במהלך חיי התקנת מערכת סולארית. הערך remainingLifetimeUtilityBill הוא הסכום הכולל של חשבונות החשמל לכל אחת מ-20 השנים של חיי מערכת סולארית.

עלות החשמל בלי התקנה של לוחות סולאריים

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

שוב צריך להביא בחשבון את העלייה בעלות החשמל ואת האינפלציה. לשם כך, צריך להחיל על החישוב את costIncreaseFactor של 1.022 ואת discountRate של 1.04, כמו שעשינו כשחישבנו את עלות החשמל עם אנרגיה סולארית.

בטבלה הבאה אפשר לראות איך חשבון על תשתיות השנתי בלי אנרגיה סולארית מחושב לאורך חיי התקנת מערכת סולארית. הערך של costOfElectricityWithoutSolar הוא הסכום הכולל של חשבונות החשמל במהלך אותה תקופה של 20 שנה שבה השתמשנו לחישוב עלות החשמל עם אנרגיה סולארית.

העלות של התקנת לוחות סולאריים

ה-Solar API כולל את עלות ההתקנה של התצורה הסולארית המומלצת באומדנים שהוא מספק. כדי להעריך 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 הבית, Solar API מחסיר מהאומדן של העלויות הכוללות את כל התמריצים שזמינים כרגע למשק הבית.

העלות הכוללת עם התקנת מערכת סולארית

‫Solar API מחשב את העלות הכוללת ל-20 שנה של הגדרת לוחות סולאריים 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.