חישוב עלויות וחיסכון של אנרגיה סולארית (ארה"ב בלבד)

במסמך הזה מוסבר איך Solar API מחשב את הערכים השונים שבהם הוא משתמש כדי להמליץ על התקנות של לוחות סולאריים ולהעריך את העלויות ואת החיסכון בעלויות עבור כתובות בארה"ב.

אם מזינים את הכתובת של בית באזור מכוסה בארה"ב, ב-Solar API יוצגו האומדנים הבאים:

• כמות אור השמש שמגיעה לבית מדי שנה
• כמה מקום יש על הגג להתקנה של אנרגיה סולארית
• כמה חיסכון, בדולר ארה"ב, צפוי בבית במהלך 20 שנות החיים של מערכת סולארית
• חשבון החשמל החודשי הממוצע של בתים באזור שלכם, שאפשר להתאים לבית שלכם
• הגודל המומלץ, שנמדד בקילוואט (kW), של מערכת סולארית בבית

ה-Solar API מספק אומדנים לכל מבנה שיש לו נתונים לגביו, אבל ההערכות שהוא מספק מתאימות במיוחד למגורים או למבנים מסחריים קטנים. ב-Solar API מומלצים גדלים של התקנות סולאריות שמאפשרים למקסם את החיסכון בלי לייצר יותר אנרגיה בשנה ממה שמשפחה יכולה לצרוך. ב-Solar API לא מחושבים ערכים שקשורים לייצור עודף של אנרגיה.

גודל ההתקנה המומלץ מוגבל לצריכת האנרגיה השנתית מכמה סיבות, אבל בעיקר כי בשלב זה משקי הבית בארה"ב לא מקבלים הטבה כספית משמעותית או בכלל מהפקת אנרגיה עודפת. במיקומים בארה"ב שבהם יש מדידת נטו, בדרך כלל התוקף של הזיכויים שנצברו מהפקת אנרגיה עודפת פג לאורך זמן.

ערכים נדרשים לניתוח פיננסי של מיקומים בארה"ב

מכל מופע של SolarPanelConfig בתשובת ה-API, צריך שני ערכים כדי לבצע את הניתוח הפיננסי של המופע:

• panelsCount: מספר הלוחות הסולאריים בהתקנה. משתמשים בערך הזה לחישוב הערך של installationSize.
• yearlyEnergyDcKwh: כמות האנרגיה מאור השמש שתמונה מסוימת קולטת במהלך שנה, בקילוואט-שעה (DC), בהתאם ל-panelsCount ספציפי. משתמשים בערך הזה כדי לחשב את הייצור השנתי של אנרגיה סולארית (initialAcKwhPerYear) לכל installationSize.

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

• billCostModel(): המודל שלכם לקביעת העלות, במטבע המקומי, שמשלמת משפחה על שימוש במספר נתון של קילוואט-שעה. סכום החיוב על חשמל יכול להשתנות מיום ליום או משעה לשעה, בהתאם לגורמים כמו הביקוש, השעה ביום וכמות החשמל שהבית צורך. יכול להיות שתצטרכו להעריך עלות ממוצעת.
• costIncreaseFactor: ב-Solar API נעשה שימוש ב-1.022 (עלייה שנתית של 2.2%) למיקומים בארה"ב.
• dcToAcDerate: היעילות שבה הממיר ממיר את החשמל במתח ישר (DC) שנוצר על ידי הפאנלים הסולאריים לחשמל במתח חילופי (AC) שמשמש ביתי. ב-Solar API נעשה שימוש ב-85% מהמיקומים בארה"ב.
• discountRate: ב-Solar API נעשה שימוש בערך 1.04 (עלייה שנתית של 4%) למיקומים בארה"ב.
• efficiencyDepreciationFactor: מידת הירידה ביעילות של הפאנלים הסולאריים בכל שנה. ב-Solar API נעשה שימוש ב-0.995 (ירידה שנתית של 0.5%) למיקומים בארה"ב.
• תמריצים: יש לכלול תמריצים כספיים להתקנת לוחות סולאריים שמעניקות ישויות ממשלתיות באזור שלכם.
• installationCostModel(): השיטה שלכם להערכת העלות של התקנת אנרגיה סולארית במטבע המקומי עבור installationSize נתון. בדרך כלל, מודל העלות כולל את עלויות העבודה והחומרים המקומיים ל-installationSize נתון.
• installationLifeSpan: משך החיים הצפוי של ההתקנה הסולארית. ב-Solar API נעשה שימוש ב-20 שנים. משנים את הערך הזה לפי הצורך לאזור שלכם.
• kWhConsumptionModel(): המודל שלכם לקביעת כמות האנרגיה שמשפחה צורכת על סמך חשבון חודשי. בצורה הפשוטה ביותר, צריך לחלק את החיוב בעלות הממוצעת של קילוואט-שעה במיקום של הבית.
• monthlyBill: חשבון החשמל החודשי הממוצע של משק בית נבדק.
• monthlyKWhEnergyConsumption: אומדן של כמות החשמל הממוצעת שצרכה משפחה במיקום נתון בחודש, שנמדדת בקוט"ש.

בעזרת הערכים האלה והמידע שמסופק בתגובה מה-API, תוכלו לבצע את החישובים הנדרשים כדי להמליץ על הערך הטוב ביותר של installationSize למיקומים שלא מכוסים על ידי Solar API.

איך זה עובד

חשבון החשמל החודשי הממוצע הוא המפתח לשאר החישובים.

בהתחלה, החישובים של Solar API מבוססים על סכום חיוב חודשי שנבחר מראש. אם צריך, אפשר לבחור סכום אחר שמשקף בצורה מדויקת יותר את החיוב החודשי הממוצע שלכם.

על סמך סכום החשבונית החודשית והעלות הנוכחית של חשמל במיקום נתון, Solar API יכול להעריך את מספר הקילוואט-שעה (kWh) של חשמל שמשפחה צורכת בכל חודש. כדי לקבל את העלות הנוכחית של חשמל ברחבי ארה"ב, וכדי לקבוע את כמות הקוט"ש מחשבון חודשי, Solar API מפנה למסדי נתונים שמנוהלים על ידי Clean Power Research.

על סמך מספר הקילוואט-שעה (kWh) שמשפחה צורכת, שטח הגג שאפשר להשתמש בו והפוטנציאל הסולארי של מיקום הבית, Solar API מעריך גודל אחד או יותר של התקנה סולארית וממליץ על הגודל שמניב את החיסכון הגבוה ביותר.

גודל ההתקנה של לוחות סולאריים נמדד לפי דירוג הקילוואט שלה. ההספק בקילוואט תלוי במספר הלוחות הסולאריים בהגדרה ובהספק, שנמדד בוואט, של כל לוח.

דירוג הקילוואט של התקנה לא זהה להספק האנרגיה של אותה התקנה, שנמדד בקילוואט-שעה ועשוי להשתנות. תפוקת ה-kWh של מתקן תלויה בגורמים כמו:

• השעה ביום
• מזג האוויר
• כיוון הפאנל לשמש
• צללים שנוצרים על הלוחות על ידי אובייקטים בקרבת מקום
• הפוטנציאל הסולארי האזורי
• משך הזמן שחלף מאז ההתקנה

כדי להעריך את הפקת האנרגיה השנתית של התקנה סולארית, Solar API כולל גורמים כמו הפוטנציאל הסולארי האזורי וגיל ההתקנה.

כדי לקבוע את השטח שאפשר להשתמש בו בגג ולחשב את גודל ההתקנה הסולארית שאפשר להתקין בו, ב-Solar API נעשה שימוש בתמונות אוויריות ובבניית מודלים 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 בחישוב. הסבר על המונחים זמין במאמר 'הגדרת המונחים שבהם אנחנו משתמשים בחישובים שלנו'.

צריכת האנרגיה השנתית של משק בית

כפי שצוין קודם, Solar API קובע את צריכת החשמל החודשית על סמך סכום החשבון החודשי ועלות החשמל במקום שבו נמצאת היחידה העיקרית. אחרי שאנחנו קובעים את צריכת החשמל החודשית של משק בית, אנחנו מחשבים את צריכת האנרגיה השנתית ב-KWh באמצעות הנוסחה הבאה:

annualKWhEnergyConsumption = monthlyKWhEnergyConsumption x 12

ההנחה היא שצריכת האנרגיה של משק בית לא משתנה משנה לשנה במהלך חיי המערכת הסולרית. ב-Solar API ההנחה היא שמשך החיים של מערכת סולארית הוא 20 שנה.

ייצור אנרגיה סולארית שנתי

‏Solar API משער את הפקת האנרגיה השנתית של התקנה סולארית על סמך גורמים כמו עוצמת אור השמש, זווית אור השמש ומספר השעות בשנה שבהן יש אור שמש שניתן לנצל ליצירת אנרגיה סולארית באזור.

מתקנים סולאריים מייצרים חשמל במתח ישר (DC), שצריך להמיר למתח חילופי (AC) באמצעות ממיר כדי שתוכלו להשתמש בו בבית. חלק מהחשמל יאבד במהלך תהליך ההמרה, והיעילות של הממיר קובעת את מידת האובדן.

היעילות של תהליך ההמרה נקראת שיעור ההמרה מ-DC ל-AC. כדי להביא בחשבון את האובדן, ב-Solar API מכפילים את התפוקה השנתית של ההתקנה הסולארית ב-0.85, שהוא הערך של הפחתת ההספק מ-DC ל-AC. התוצאה היא הייצור השנתי של חשמל AC, כפי שמופיע בנוסחה הבאה:

initialAcKwhPerYear = yearlyEnergyDcKwh x 0.85

כמות האנרגיה שהמערכת מייצרת פוחתת בכ-0.5% בכל שנה במהלך משך החיים שלה. כדי להביא זאת בחשבון, אחרי השנה הראשונה, Solar API מכפיל את הפלט השנתי של מתח AC של התקנה ב-99.5%, או ב-0.995, בכל שנה במהלך משך החיים המשוער של ההתקנה, שנמשך 20 שנה. המחשה של הנושא מופיעה בטבלה הבאה.

שנה	ייצור אנרגיה סולארית שנתי (קוט"ש)
1	initialAcKwhPerYear
2	initialAcKwhPerYear x 0.995
:	:
20	initialAcKwhPerYear x 0.99519

מכיוון שהיעילות של לוחות סולאריים פוחתת בקצב קבוע, היא למעשה סדרה גיאומטרית שבה a = initialAcKwhPerYear ו-r = efficiencyDepreciationFactor. אפשר להשתמש בסכום גיאומטרי כדי לחשב את הערך של LifetimeProductionAcKwh:

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

עלות החשמל עם אנרגיה סולארית

אם הגודל של ההתקנה מוגבל בגלל גודל הגג או גורמים אחרים, יכול להיות שההתקנה הסולארית תפיק פחות חשמל ממה שהבית צורך. במקרים כאלה, סביר להניח שהמשפחה תצטרך לשלם לחברת החשמל סכום מסוים על חשמל מדי שנה, כפי שמתואר בנוסחה הבאה:

annualKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear = annualUtilityEnergyRequired

כדי להביא בחשבון את העלות הזו, Solar API מחיל מודל עלות חיוב על כמות החשמל המשוערת, בקילוואט-שעה, שהבית יצטרך מחברת החשמל במהלך חיי ההתקנה הסולארית. הנוסחה הבאה ממחישה את החישוב הזה:

annualUtilityBillEstimate = billCostModel(utilityEnergyRequired)

כדי להביא בחשבון את העלייה השנתית בעלות החשמל, אנחנו מחילים costIncreaseFactor של 2.2%, או 0.22, בשנה במיקומים בארה"ב:

costIncreaseFactor = 1 + 2.2% = 1.022

בגלל האינפלציה, אנחנו צריכים להפחית את ערך המטבע באומדנים שלנו לגבי העלויות העתידיות. כדי להביא זאת בחשבון, אנחנו מחילים שיעור הנחה של 4% על המודל שלנו למיקומים בארה"ב:

discountRate = 1 + 4% = 1.04

בטבלה הבאה מוסבר איך מחושב חשבון החשמל בכל שנה במהלך חיי ההתקנה הסולארית. הערך remainingLifetimeUtilityBill הוא הסכום הכולל של חשבונות השירות בכל אחת מ-20 השנים של משך החיים של מערכת האנרגיה הסולארית.

שנה	חיוב שנתי על שירותי החשמל והמים בערך הנוכחי של המטבע המקומי (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
סה"כ	remainingLifetimeUtilityBill = annualUtilityBillEstimateYear1 + annualUtilityBillEstimateYear2 + …. + annualUtilityBillEstimateYear20

עלות החשמל ללא אנרגיה סולארית

כדי לחשב כמה משפחה יכולה לחסוך אם היא מתקינה מערכת סולארית, אנחנו צריכים גם לחשב כמה היא עשויה לשלם אם היא לא מתקינה אותה.

שוב צריך להביא בחשבון את עלות החשמל ההולכת וגדלה ואת האינפלציה, על ידי החלת הערך costIncreaseFactor‏ (1.022) והערך discountRate‏ (1.04) על החישוב, כמו שעשינו כשחישבנו את עלות החשמל באמצעות אנרגיה סולארית.

בטבלה הבאה מוסבר איך מחושב החיוב השנתי על שירותי החשמל בלי אנרגיה סולארית במהלך חיי ההתקנה הסולארית. הערך של costOfElectricityWithoutSolar הוא הסכום הכולל של חשבונות השירות באותה תקופה של 20 שנה שבה השתמשנו כדי לחשב את עלות החשמל עם אנרגיה סולארית.

שנה	חשבון שירותים שנתי (בדולר ארה"ב)
1	monthlyBill x 12
2	monthlyBill x 12 x 1.022 / 1.04
:	:
20	monthlyBill x 12 x 1.02219 / 1.0419
סה"כ	סך כל החיובים השנתיים, שאפשר לבטא גם כ-costOfElectricityWithoutSolar = 204.35 x monthlyBill

העלות של התקנת לוחות סולאריים

ב-Solar API, העלויות המשוערות כוללות את עלות ההתקנה של הגדרת האנרגיה הסולארית המומלצת. כדי להעריך את העלות של התקנה, Solar API משתמש במודל מקומי של עלות ההתקנה ובגודל ההתקנה.

installationCost = InstallationCostModel (installationSize)

תמריצים

ישויות ממשלתיות עשויות לספק תמריצים להתקנת אנרגיה סולארית. לרוב, התמריצים מגיעים בצורת זיכויים במס. על סמך המיקום של משק בית, Solar API מחסר מהאומדן של העלויות הכוללות את כל התמריצים שזמינים כרגע למשק הבית.

העלות הכוללת של התקנת לוחות סולאריים

ה-Solar API מחשב את העלות הכוללת של הגדרת אנרגיה סולארית ל-20 שנה באמצעות הנוסחה הבאה:

totalCostWithSolar = installationCost + remainingLifetimeUtilityBill - incentives

החיסכון הכולל

ה-Solar API מחשב את החיסכון של משק הבית באמצעות הנוסחה הבאה:

savings = costOfElectricityWithoutSolar - totalCostWithSolar

‏Solar API מבצע את החישובים שלמעלה לכל גודל התקנה אפשרי, ולאחר מכן ממליץ על גודל ההתקנה שמניב את החיסכון המקסימלי לבית. סכום החיסכון המשוער מוחזר עם ההמלצה.