Solarkosten und -einsparungen für Standorte außerhalb der USA berechnen

Entwickler im Europäischen Wirtschaftsraum (EWR)

In diesem Abschnitt wird beschrieben, wie Sie die Berechnungen durchführen, mit denen Sie die beste Solarkonfiguration für Haushalte außerhalb der USA ermitteln können. Um die Empfehlungen zu berechnen, müssen Sie die Kosten für die Installation von Solarmodulen und die Einsparungen, die sie bieten, anhand der Daten aus einer Solar API-Antwort modellieren.

Für US-Standorte gibt die Solar API für jede Stromrechnungsgröße am Eingabestandort eine Instanz des FinancialAnalysis-Objekts zurück. Anhand der Informationen in diesen Instanzen können Sie die Rechnung, den Energieverbrauch und letztendlich die Einsparungen für jede Größe der Solaranlage ermitteln.

Bei Standorten außerhalb der USA enthält die API-Antwort keine FinancialAnalysis-Instanzen. Sie müssen die Kosten und Einsparungen für jede Solarkonfiguration selbst berechnen, bevor Sie die beste empfehlen können. Für die Berechnungen müssen Sie standortspezifische Daten erfassen und die Anleitung in diesem Dokument befolgen.

Sie können Ihre Berechnungen an den Berechnungen orientieren, die die Solar API für US-Standorte verwendet. Eine Erläuterung dieser Berechnungen finden Sie unter Kosteneinsparungen berechnen (USA).

Konfigurationen von Solarmodulen

Für Standorte außerhalb der USA werden die Informationen zu den einzelnen Solarmodulkonfigurationen, die Sie für die Finanzanalyse benötigen, im Feld SolarPanelConfig bereitgestellt. Die Anzahl der zurückgegebenen SolarPanelConfig-Instanzen hängt von der Dachgröße des Eingabestandorts ab. Für Ihre Berechnungen benötigen Sie die Werte aus den folgenden beiden Feldern:

  • panelsCount: Die Anzahl der Module, die in dieser Konfiguration verwendet werden.
  • yearlyEnergyDcKwh: Die Menge an Solarenergie in kWh Gleichstrom, die diese Konfiguration im Laufe eines Jahres erzeugt, basierend auf der Größe der Solarmodule, die durch die folgenden Felder im SolarPotential-Objekt definiert ist:

Das folgende Beispiel zeigt eine Instanz des SolarPanelConfig-Objekts im Feld solarPanelConfigs in einer Antwort auf eine Anfrage:

  "solarPanelConfigs": [
      {
        "panelsCount": 4,
        "yearlyEnergyDcKwh": 1709.2424,
        "roofSegmentSummaries": [
          {
            "pitchDegrees": 16.253168,
            "azimuthDegrees": 169.41516,
            "panelsCount": 4,
            "yearlyEnergyDcKwh": 1709.2424
          }
        ]
      }
  ]

Bei Solaranlagen bezieht sich installationSize auf die Leistung in kW und nicht auf die Fläche oder die Anzahl der Module. Die Definition lautet:

installationSize = panelsCount * panelCapacityWatts/1000 kW

Schätzungen der Energieerzeugung für verschiedene Solarmodul-Nennleistungen anpassen

Zur Berechnung des Werts yearlyEnergyDcKwh verwendet die Solar API die Nennleistung im Feld panelCapacityWatts, die derzeit 400 W beträgt.

Wenn Sie für Ihre Berechnungen eine andere Nennleistung der Module verwenden müssen und die Abmessungen der Module in etwa den Werten in den Feldern panelHeightMeters und panelWidthMeters entsprechen, können Sie Ihre Berechnungen anpassen, indem Sie den von der API im Feld yearlyEnergyDcKwh zurückgegebenen Wert mit dem Verhältnis Ihrer Nennleistung zum Wert in panelCapacityWatts multiplizieren.

Wenn die Nennleistung Ihrer Solarmodule beispielsweise 500 W beträgt und panelCapacityWatts 400 W ist, multiplizieren Sie den Wert von yearlyEnergyDcKwh, den die API mit panelCapacityWatts berechnet hat, mit dem Faktor 500/400 oder 1,25. Wenn die Nennleistung deines Panels 200 W beträgt, multipliziere yearlyEnergyDcKwh mit 200/400 oder 0, 5.

Überschüssige Energieproduktion

Die Berücksichtigung von überschüssiger Energie, die von einer Solaranlage erzeugt werden könnte, ist nicht Teil der Berechnungen der Solar API. Wenn die Solar API mehrere mögliche SolarPanelConfig-Instanzen für einen bestimmten Haushalt zurückgibt, werden Ergebnisse oder Konfigurationen, die mehr Strom erzeugen als der angenommene durchschnittliche US-Haushaltsverbrauch in der FinancialAnalysis, nicht berücksichtigt.

Es kann jedoch Gründe geben, warum Sie Anlagen, die überschüssigen Strom erzeugen, in Ihre Empfehlungen aufnehmen möchten. Beispielsweise können Sie den allmählichen Rückgang der Moduleffizienz (efficiencyDepreciationFactor) ausgleichen, indem Sie in der ersten Hälfte der Lebensdauer einer Anlage eine Überproduktion zulassen. Weitere Informationen finden Sie unter Erforderliche Werte für die Finanzanalyse.

Wenn Sie Solaranlagen, die überschüssigen Strom erzeugen, in Ihre Berechnungen einbeziehen, sollten Sie sich bewusst sein, dass die hier erläuterten Berechnungen dieses Szenario nicht abdecken.

Erforderliche Werte für die Finanzanalyse für Standorte außerhalb der USA

Aus jeder 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: Gibt an, wie viel Solarenergie ein Layout im Laufe eines Jahres in kWh Gleichstrom erzeugt, basierend auf einem bestimmten panelsCount. Sie verwenden diesen Wert in Ihrer Berechnung der Solarenergie, die als Wechselstrom in einem Haushalt (initialAcKwhPerYear) jedes installationSize genutzt werden kann, wobei Energieverluste bei der Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom berücksichtigt werden.

Außerdem müssen Sie standortspezifische Werte für die folgenden Variablen erfassen, die Sie in den Berechnungen verwenden:

  • billCostModel(): Ihr Modell zur Bestimmung der Kosten in Landeswährung, 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 Nachfrage, Tageszeit und Stromverbrauch des Haushalts. Möglicherweise müssen Sie die durchschnittlichen Kosten schätzen.
  • costIncreaseFactor: Der Faktor, um den die Stromkosten jährlich steigen. Die Solar API verwendet für US-Standorte den Wert 1,022 (2,2 % jährlicher Anstieg). Passen Sie diesen Wert nach Bedarf für Ihre Region an.
  • dcToAcDerate: Die Effizienz, mit der ein Wechselrichter den von den Solarmodulen erzeugten Gleichstrom in den im Haushalt verwendeten Wechselstrom umwandelt. Die Solar API verwendet für US-Standorte 85 %. Passen Sie diesen Wert nach Bedarf für Ihre Region an.
  • discountRate: Die Solar API verwendet für US-Standorte 1,04 (4 % jährliche Erhöhung). Passen Sie diesen Wert nach Bedarf für Ihre Region an.
  • efficiencyDepreciationFactor: Gibt an, wie stark die Effizienz der Solarmodule jedes Jahr abnimmt. Die Solar API verwendet für US-Standorte 0,995 (0,5 % jährliche Abnahme). Passen Sie diesen Wert nach Bedarf für Ihre Region an.
  • incentives: Hier können Sie alle finanziellen Anreize für die Installation von Solarmodulen angeben, die von staatlichen Stellen in Ihrer Region angeboten werden.
  • installationCostModel(): Ihre Methode zum Schätzen der Kosten für die Installation von Solaranlagen in der Landeswährung für eine bestimmte installationSize. Das Kostenmodell würde in der Regel die lokalen Arbeits- und Materialkosten für eine bestimmte installationSize berücksichtigen.
  • installationLifeSpan: Die erwartete Lebensdauer der Solaranlage. Die Solar API verwendet 20 Jahre. Passen Sie diesen Wert nach Bedarf für Ihre Region an.
  • kWhConsumptionModel(): Ihr Modell, um anhand einer monatlichen Rechnung zu ermitteln, wie viel Energie ein Haushalt verbraucht. In der einfachsten Form würden Sie die Rechnung durch die durchschnittlichen Kosten einer kWh am Standort des Haushalts teilen.
  • monthlyBill: Die durchschnittliche monatliche Stromrechnung für einen Haushalt.
  • monthlyKWhEnergyConsumption: Eine Schätzung des durchschnittlichen Stromverbrauchs des Haushalts an einem bestimmten Standort in einem Monat, gemessen in kWh.

Mit diesen Werten und den Informationen aus der API-Antwort können Sie die erforderlichen Berechnungen durchführen, um die beste installationSize für Orte zu empfehlen, die nicht von der Solar API abgedeckt werden.

Berechnungsschritte

Die folgenden Schritte basieren auf der Methodik der Solar API. Möglicherweise müssen Sie Ihre Methodik an die für Ihren Standort verfügbaren Informationen anpassen.

  1. Berechne den jährlichen Energieverbrauch des Haushalts am eingegebenen Standort:

    1. Die monatliche Rechnung für den Haushalt schätzen oder anfordern.
    2. Berechnen Sie den monthlyKWhEnergyConsumption aus der monatlichen Rechnung. Wenn Sie den monthlyKWhEnergyConsumption kennen, können Sie diesen Schritt überspringen. Beispiel:

    monthlyKWhEnergyConsumption = kWhConsumptionModel(monthlyBill)

    1. Berechnen Sie annualKWhEnergyConsumption, indem Sie monthlyKWhEnergyConsumption mit 12 multiplizieren:

    annualKWhEnergyConsumption = monthlyKWhEnergyConsumption x 12

  2. API-Antwort für den Zielhaushalt abrufen:

    https://solar.googleapis.com/v1/buildingInsights:findClosest?location.latitude=lat-number&location.longitude=long-number&key=yourAPIKey

    Die Antwort enthält die nutzbare Sonneneinstrahlung, die nutzbare Dachfläche und eine oder mehrere mögliche Solarmodulkonfigurationen.

  3. Berechnen Sie die jährliche AC-Produktion von Solarenergie für jede von der API vorgeschlagene installationSize. Multiplizieren Sie dazu den von der API in jeder SolarPanelConfig-Instanz bereitgestellten yearlyEnergyDcKwh-Wert mit Ihrem lokalen dcToAcDerate-Wert:

    initialAcKwhPerYear = yearlyEnergyDcKwh x dcToAcDerate

  4. Optional können Sie alle SolarPanelConfig-Instanzen entfernen, die mehr Strom erzeugen, als der Haushalt pro Jahr verbraucht (initialAcKwhPerYear > annualKWhEnergyConsumption).

  5. Berechnen Sie die Solarenergieproduktion über die gesamte Lebensdauer (LifetimeProductionAcKwh) für jede zurückgegebene installationSize:

    1. Berechnen Sie für jedes Jahr der Lebensdauer der Solaranlage die Strommenge, die die Anlage jährlich erzeugt. Wenden Sie dabei den efficiencyDepreciationFactor exponentiell auf jedes Jahr nach dem ersten an.
    2. Addieren Sie die Summen für alle Jahre.

    In der folgenden Tabelle sehen Sie ein Beispiel für die Berechnung der Energieerzeugung über die Lebensdauer, wobei eine installationLifeSpan von 20 Jahren angenommen wird. Jede Zeile steht für ein Produktionsjahr. Nach dem ersten Jahr wird der Effizienzrückgang exponentiell angewendet. Die Summe aller Zeilen ist die Energieerzeugung der Solaranlage über die gesamte Lebensdauer.

    Jahr Jährliche Solarenergieerzeugung (kWh)
    1 initialAcKwhPerYear
    2 + initialAcKwhPerYear x efficiencyDepreciationFactor
    : :
    20 + initialAcKwhPerYear x efficiencyDepreciationFactor19
    Gesamt LifetimeProductionAcKwh

Da die Effizienz des Solarmoduls mit einer konstanten Rate abnimmt, handelt es sich im Wesentlichen 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))

Der folgende Python-Code berechnet die obige geometrische Summe:

def LifetimeProductionAcKwh(
    dcToAcDerate,
    yearlyEnergyDcKwh,
    efficiencyDepreciationFactor,
    installationLifeSpan):
  return (
    dcToAcDerate *
    yearlyEnergyDcKwh *
    (1 - pow(
      efficiencyDepreciationFactor,
      installationLifeSpan)) /
    (1 - efficiencyDepreciationFactor))

  1. Berechnen Sie für jeden zurückgegebenen installationSize die Lebensdauerkosten des Energieverbrauchs, wenn der installationSize installiert ist:

    1. Berechnen Sie für jedes Jahr der Lebensdauer der Solaranlage die Kosten für den Strom, den der Haushalt jährlich kaufen muss, um den Energieverbrauch zu decken, der nicht durch Solarstrom gedeckt wird. Verwenden Sie die Werte für annualKWhEnergyConsumption und initialAcKwhPerYear, die Sie zuvor berechnet haben. Wenden Sie für jedes Jahr nach dem ersten Jahr den efficiencyDepreciationFactor, den costIncreaseFactor und die discountRate auf die Werte an.
    2. Addieren Sie die Summen für alle Jahre.

    In der folgenden Tabelle sehen Sie ein Beispiel für die Berechnung der Stromkosten über die Lebensdauer. Jede Zeile steht für die Stromkosten für ein Jahr der Lebensdauer der Solaranlage. Nach dem ersten Jahr werden sowohl die gestiegenen Stromkosten als auch der Abzinsungssatz exponentiell angewendet. Die Summe aller Zeilen ergibt die Gesamtkosten für Strom mit der Solaranlage.

    Jahr Jährliche Stromrechnung in der aktuellen Landeswährung (USD) (annualUtilityBillEstimate)
    1 annualUtilityBillEstimateYear1 = billCostModel (yearlyKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear)
    2 annualUtilityBillEstimateYear2 = billCostModel (yearlyKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear x efficiencyDepreciationFactor) x costIncreaseFactor / discountRate
    : :
    20 annualUtilityBillEstimateYear20 = billCostModel (yearlyKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear x efficiencyDepreciationFactor19) x costIncreaseFactor19 / discountRate19
    Gesamt remainingLifetimeUtilityBill

Der folgende Python-Code gibt ein Array von annualUtilityBillEstimate für jedes Jahr der installationLifeSpan zurück:

def annualUtilityBillEstimate(
    yearlyKWhEnergyConsumption,
    initialAcKwhPerYear,
    efficiencyDepreciationFactor,
    year,
    costIncreaseFactor,
    discountRate):
  return (
    billCostModel(
      yearlyKWhEnergyConsumption -
      annualProduction(
        initialAcKwhPerYear,
        efficiencyDepreciationFactor,
        year)) *
    pow(costIncreaseFactor, year) /
    pow(discountRate, year))

def lifetimeUtilityBill(
    yearlyKWhEnergyConsumption,
    initialAcKwhPerYear,
    efficiencyDepreciationFactor,
    installationLifeSpan,
    costIncreaseFactor,
    discountRate):
  bill = [0] * installationLifeSpan
  for year in range(installationLifeSpan):
    bill[year] = annualUtilityBillEstimate(
      yearlyKWhEnergyConsumption,
      initialAcKwhPerYear,
      efficiencyDepreciationFactor,
      year,
      costIncreaseFactor,
      discountRate)
  return bill

  1. Lebenszeitkosten für Strom ohne Solaranlage berechnen:

    1. Berechnen Sie für jedes Jahr der Lebensdauer der Solaranlage die Kosten für den Strom, den der Haushalt jährlich kaufen muss, wenn keine Solaranlage installiert ist. Verwenden Sie den Wert für monthlyBill. Wenden Sie für jedes Jahr nach dem ersten Jahr die Werte costIncreaseFactor und discountRate auf monthlyBill an.
    2. Addieren Sie die Summen für alle Jahre.

    In der folgenden Tabelle sehen Sie ein Beispiel für die Berechnung der Stromkosten über die Lebensdauer ohne Solaranlage. Jede Zeile steht für die Stromkosten für ein Jahr über dieselbe Anzahl von Jahren wie die Lebensdauer einer Solaranlage. Nach dem ersten Jahr werden sowohl die gestiegenen Stromkosten als auch der Abzinsungssatz exponentiell angewendet. Die Summe aller Zeilen ergibt schließlich die Stromkosten über die gesamte Lebensdauer ohne Solaranlage.

    Jahr Jährliche Stromrechnung in der aktuellen Landeswährung
    1 annualBill = monthlyBill x 12
    2 annualBill = monthlyBill x 12 x costIncreaseFactor / discountRate
    : :
    20 annualBill = monthlyBill x 12 x costIncreaseFactor19 / discountRate19
    Gesamt costOfElectricityWithoutSolar

Der folgende Code führt die obige Berechnung aus:

lifetimeBill = (
    monthlyBill * 12 *
    (1 - pow(costIncreaseFactor / discountRate, installationLifeSpan)) /
    (1 - costIncreaseFactor / discountRate))

  1. Berechnen Sie für jede Anlagengröße die Installationskosten:

    installationCost = localInstallationCostModel(installationSize)

  2. Addiere alle finanziellen Anreize, die für den Standort des Haushalts verfügbar sind.

  3. Berechne für jede Installationsgröße die Gesamtkosten für die Installation von Solaranlagen:

    totalCostWithSolar = installationCost + remainingLifetimeUtilityBill - incentives

  4. Berechnen Sie für jede Installationsgröße die Gesamteinsparungen, die mit der Installation von Solaranlagen verbunden sind:

    savings = costOfElectricityWithoutSolar - totalCostWithSolar

  5. Wähle die Installationsgröße aus, die die größten Einsparungen bietet.

Wenn die Berechnungen abgeschlossen sind

Anhand der von Ihnen bereitgestellten Informationen, der von der Solar API zurückgegebenen Informationen und der oben genannten Berechnungen sollten Sie in der Lage sein, Größen für Solaranlagen zu empfehlen, die Haushalten in Ihrer Region maximale Kosteneinsparungen ermöglichen.

In den Empfehlungen, die Sie Ihrem Endnutzer geben, können Sie auch die folgenden Informationen einbeziehen, die von der API im SolarPotential-Objekt des Felds solarPotential zurückgegeben werden:

  • Wie viel nutzbares Sonnenlicht ein Haus pro Jahr erhält. Dies wird im Feld maxSunshineHoursPerYear des SolarPotential-Objekts zurückgegeben.
  • Wie viele Quadratmeter eines Dachs für eine Solaranlage genutzt werden können. Dies wird im Feld wholeRoofStats des SolarPotential-Objekts zurückgegeben.
  • Die durchschnittliche monatliche Stromrechnung für den Haushalt.
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