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太陽光発電のコストと削減額を計算する（米国のみ）

このドキュメントでは、Solar API が太陽光パネルの設置の推奨や、米国の住所でのコストと削減額の見積もりに使用するさまざまな値を計算する方法について説明します。

米国の対象地域にある居住地の住所を入力すると、Solar API は次の推定値を表示します。

家の年間日照量
屋根に太陽光発電を設置するためのスペースはどのくらいか
太陽光発電システムの 20 年間で、住宅がどの程度の節約を見込めるのか（米ドル）
お住まいの地域の住宅の毎月の平均電気料金（ご自宅に合わせて調整可能）
家庭内の太陽光発電システムの推奨サイズ（キロワット（kW）単位）。

Solar API はデータが存在するすべての構造物について推定値を提供しますが、提示される推定値は住宅や小規模な商業用構造物に最適です。Solar API は、1 年間の電力消費量で世帯の電力消費量を超えることなく、最大限に節約できる太陽光発電設置規模を推奨しています。Solar API は、過剰発電量に関連する値は計算しません。

さまざまな理由から、推奨される設置規模は年間エネルギー消費量に制限されていますが、主な理由は、米国の家庭は現在、過剰なエネルギー生産から経済的メリットをほとんど、またはまったく受けていないためです。ネットメータリングがある米国のロケーションでは、過剰な発電から獲得したクレジットは通常、時間の経過とともに期限切れになります。

米国ロケーションの財務分析に必要な値

API レスポンスの各 SolarPanelConfig インスタンスから、そのインスタンスの財務分析を実行するには、次の 2 つの値が必要です。

panelsCount: 設置可能な太陽光パネルの数。この値は installationSize の計算で使用します。
yearlyEnergyDcKwh: 特定の panelsCount における 1 年間の太陽光エネルギー量（DC kWh）。この値は、各 installationSize の年間太陽光発電量（initialAcKwhPerYear）の計算で使用します。

さらに、計算で使用する次の変数について、ロケーション固有の値を収集する必要があります。

billCostModel(): 指定した kWh の使用に対して世帯から支払われる費用（現地通貨）を決定するためのモデル。公共料金の電気料金は、需要、時間帯、家庭での電力消費量などの要因によって、日ごと、時間ごと、時間ごとに異なります。平均費用の見積もりが必要になる場合があります。
costIncreaseFactor: Solar API は、米国のロケーションに対して 1.022（年間 2.2% の増加）を使用します。
dcToAcDerate: インバータが太陽光パネルで生成された DC 電力を家庭で使用する AC 電力に変換する効率。Solar API は、米国のロケーションでは 85% を使用します。
discountRate: Solar API は、米国のロケーションでは 1.04（年間 4%）を使用します。
efficiencyDepreciationFactor: 太陽光パネルの効率が毎年どれくらい下がっているか。Solar API は、米国のロケーションに対して 0.995（年間 0.5% 減少）を使用します。
インセンティブ: お住まいの地域の政府機関から提供される、太陽光パネルの設置に対する金銭的インセンティブを含めます。
installationCostModel(): 特定の installationSize について、太陽光発電システムを設置する費用を現地通貨で見積もる方法。通常、コストモデルでは特定の installationSize について、現地の人件費と資材費が考慮されます。
installationLifeSpan: 太陽光発電設備の予想される耐用年数。Solar API は 20 年を使用します。この値は、必要に応じてエリアに合わせて調整します。
kWhConsumptionModel(): 毎月の請求額に基づいて家庭のエネルギー消費量を決定するためのモデル。最も単純な形式では、請求額を各世帯の 1 kWh の平均コストで割って計算します。
monthlyBill: 対象世帯の毎月の平均電気料金。
monthlyKWhEnergyConsumption: 特定の場所の世帯が 1 か月に消費する平均電力量の推定値。KWh 単位で測定されます。

これらの値と API レスポンスによって提供される情報を使用して、Solar API がカバーしていないロケーションに最適な installationSize を推奨するために必要な計算を実行できます。

仕組み

以降の計算では、毎月の平均電気代が鍵となります。

Solar API は最初に、事前に選択された毎月の請求額に基づいて計算します。必要に応じて、月平均請求額をより正確に反映した別の金額を選択できます。

Solar API は、毎月の請求額と特定の場所の現在の電気料金を把握することで、各世帯で毎月消費される電力のキロワット時（kWh）を推定できます。米国における現在の電気料金と毎月の請求額から kWh を算出するために、Solar API は Clean Power Research が管理するデータベースを参照します。

Solar API は、各世帯での消費電力（kWh）、住宅の屋根の使用可能な面積、住宅の設置場所の太陽光発電のポテンシャルを使用して、考えられる 1 つ以上の太陽光発電の設置規模を評価し、最も節約できる規模を提案します。

太陽光パネルの設置サイズは、定格 kW で測定されます。kW 定格は、その構成に含まれる太陽光パネルの台数と、各パネルの定格電力（ワット単位）によって異なります。

設備の kW 定格は、設備の電力出力（kWh で測定、可変）とは異なります。設置場所の kWh 出力は、次のような要因に左右されます。

時間帯
天気情報
太陽に対するパネルの向き
近くの物体によってパネルに影がかかっている
地域の太陽光発電のポテンシャル
設置年数

Solar API では、太陽光発電設備の年間発電量を推定する際に、地域の太陽光発電のポテンシャルや設置年数などの要素が考慮されます。

屋根の使用可能な面積を決定し、サポートできる太陽光発電設備の設置規模を推定するために、Solar API は航空画像と高度な 3D モデリングを使用します。

値と計算の詳細な説明

以下のセクションでは、Solar API が米国内の特定の構造物に対する太陽光発電設備の費用、削減額、規模を計算する方法について説明します。

計算の説明では、用語を使用して計算の値を表します。用語の説明については、計算で使用される用語の定義をご覧ください。

年間家庭のエネルギー消費量

前述のように、Solar API は毎月の請求額と家庭内の電気料金に基づいて、毎月の電力消費量を決定します。世帯の月間電力消費量を決定した後、次の式を使用して年間のエネルギー消費量（KWh）を計算します。

annualKWhEnergyConsumption = monthlyKWhEnergyConsumption x 12

太陽光発電設備の設置期間全体を通じて、各世帯のエネルギー消費量は前年と同じであると想定されます。Solar API は、太陽光発電設備の寿命を 20 年と想定しています。

年間太陽光発電量

Solar API は、太陽光の強さ、太陽光の角度、ある地域が 1 年間に取得できる日光の時間数などの要素を考慮して、太陽光発電設備の年間発電量を推定します。

太陽光発電設備で生成される直流（DC）電力は、家庭で使用する前にインバータで交流（AC）に変換する必要があります。変換プロセス中に一部の電力が失われ、インバータの効率によって損失量が決まります。

この変換プロセスの効率は DC から AC へのディレートと呼ばれます。この損失を説明するために、Solar API は太陽光発電設備の年間出力に DC から AC へのディレート（0.85）を掛けます。結果は、次の式に示すように、年間の AC 電力生産量になります。

initialAcKwhPerYear = yearlyEnergyDcKwh x 0.85

設置から生じるエネルギー量は、設置期間が終わるにつれて毎年約 0.5% ずつ減少します。このことを説明するために、Solar API は初年度以降、設置の推定寿命である 20 年にわたって、設置物の年間 AC 出力に毎年 99.5%（0.995）を乗算します。次の表に、これを示します。

年	年間太陽光発電量（kWh）
1	initialAcKwhPerYear
2	initialAcKwhPerYear x 0.995
:	:
20	initialAcKwhPerYear x 0.995¹⁹

太陽光パネルの効率は一定の割合で低下するため、基本的には、a = initialAcKwhPerYear および r =efficiencyDepreciationFactor となる幾何学的系列になります。等比合計を使用して LifetimeProductionAcKwh を計算できます。

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

## 太陽光発電による電力費用屋根のサイズなどの要因によって設置面積が制限される場合、太陽光発電設備の発電量は家庭の電力消費量より少ない可能性があります。このような場合、世帯は次の式に示すように、毎年一定量の電気料金を公共料金に支払う必要があります。

annualKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear = annualUtilityEnergyRequired

この費用を考慮するため、Solar API は請求費用モデルを適用し、太陽光発電設備の存続期間を通じて家庭が必要とする電力（kWh）を推定します。次の式はこの計算を示しています。

annualUtilityBillEstimate = billCostModel(utilityEnergyRequired)

電力コストの年次増加分を考慮に入れて、米国の地域では costIncreaseFactor を年間 2.2%（0.22）に適用します。

costIncreaseFactor = 1 + 2.2% = 1.022

インフレのため、今後の費用の見積もりではその通貨の価値を割引する必要があります。このことを考慮して、米国のロケーションのモデルに 4% の割引率を適用します。

discountRate = 1 + 4% = 1.04

次の表は、太陽光発電設備の設置期間全体における各年の公共料金の算出方法を示しています。remainingLifetimeUtilityBill は、太陽光発電設備の存続期間 20 年ごとの公共料金の総額です。

年	現在の現地通貨での料金（米ドル）の年間公共料金（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
合計	remainingLifetimeUtilityBill = annualUtilityBillEstimateYear1 + annualUtilityBillEstimateYear2 + .... + annualUtilityBillEstimateYear20

太陽光発電システムを導入していない電力の費用

各世帯が太陽光発電を設置した場合に節約できる金額を計算するには、その世帯が太陽光発電を設置しなかった場合に節約できる金額も計算する必要があります。

ここでも、太陽光発電の電気料金を計算したときと同様に、電力コストの上昇とインフレーションを考慮し、costIncreaseFactor を 1.022、discountRate に 1.04 を適用する必要があります。

次の表は、太陽光発電設備の寿命を通した、太陽光発電のない各年の公共料金の算出方法を示しています。costOfElectricityWithoutSolar は、太陽光発電の電気費用に使われたのと同じ 20 年間の公共料金の総額です。

年	年間の公共料金（米ドル）
1	monthlyBill x 12
2	monthlyBill x 12 x 1.022 / 1.04
:	:
20	monthlyBill x 12 x 1.022¹⁹ / 1.04¹⁹
合計	年間請求金額の合計（costOfElectricityWithoutSolar と表すことも可能） = 204.35 x monthlyBill

太陽光発電の設置にかかる費用

Solar API では、推奨される太陽光発電構成を設置するための費用が見積もりに含まれます。Solar API は、設置費用を見積もるために、ローカライズされた設置費用モデルと設置の規模を使用します。

installationCost = InstallationCostModel (installationSize)

インセンティブ

政府機関が、太陽光発電の設置に対してインセンティブを提供している場合があります。多くの場合、インセンティブは税額控除の形をとります。Solar API は、世帯の場所に基づいて、その世帯に現在利用できるインセンティブを合計費用の見積もりから差し引きます。

太陽光発電を設置した場合の総費用

Solar API は、次の式を使用して太陽光発電構成の 20 年間の総コストを計算します。

totalCostWithSolar = installationCost + remainingLifetimeUtilityBill - incentives

割引の合計額

Solar API は、次の式を使用して世帯による節約額を計算します。

savings = costOfElectricityWithoutSolar - totalCostWithSolar

Solar API は、考えられる設置サイズごとに上記の計算を行い、家庭で最大限節約できる設置サイズを推奨します。コスト削減額の見積もりが推奨事項とともに返されます。

ビルディングインサイトのリクエストを行う

費用と削減額を計算する（米国以外）