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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を推奨し、米国の住所の費用と費用削減を見積もるため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。

米国の対象地域の住所を入力すると、Solar API に次の推定値が表示されます。

家が年間に受ける日光の量
屋根に太陽光発電システムを設置するためのスペースの量
太陽光発電システムの 20 年間の寿命で、住宅で期待できる節約額（米ドル）
お住まいの地域の住宅の平均月額電気料金（ご自宅に合わせて調整可能）
住宅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、データがある構造物について推定値を提供しますが、提供される推定値は住宅や小規模な商業施設に最適です。Solar API では、1 年間に家庭で消費する量を超えるエネルギーを生成することなく、節電を最大化する太陽光発電システムの設置サイズを推奨しています。Solar API は、余剰なエネルギー生産に関連する値を計算しません。

推奨される設置サイズは、年間のエネルギー消費量に制限されています。これは、さまざまな理由によるものですが、主に、米国の家庭では現在、余剰のエネルギー生産からほとんどまたはまったく経済的な利益を得られないことが理由です。米国のネットメーターリングが適用されている地域では、余剰のエネルギー生産で得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。

米国の拠点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ために 2 つの値が必要です。

panelsCount: 設置されているソーラーパネルの数。この値は、installationSize の計算に使用します。
yearlyEnergyDcKwh: 特定の panelsCount で、レイアウトが 1 年間に収集する日光エネルギーの量（DC kWh）。この値は、各 installationSize の年間太陽光発電量（initialAcKwhPerYear）の計算に使用します。

また、計算で使用する次の変数について、地域固有の値を収集する必要があります。

billCostModel(): 特定の kWh 数を使用した世帯が支払う費用（現地通貨）を決定するモデル。電力会社が請求する電気料金は、需要、時間帯、家庭の電力使用量などによって、日や時間によって変動することがあります。平均費用を見積もる必要がある場合があります。
costIncreaseFactor: Solar API は、米国の地域に対して 1.022（年間 2.2% の増加）を使用します。
dcToAcDerate: インバータがソーラーパネルによって生成された DC 電力を家庭で使用される AC 電力に変換する効率。Solar API は、米国の位置情報に 85% を使用します。
discountRate: Solar API では、米国の地域に対して 1.04（年率 4% の増加）が使用されます。
efficiencyDepreciationFactor: 太陽光パネルの効率が毎年どの程度低下するか。Solar API は、米国の地域に対して 0.995（年間減少率 0.5%）を使用します。
インセンティブ: 地域の政府機関がソーラーパネルの設置に対して提供している金銭的なインセンティブを記載します。
installationCostModel(): 特定の installationSize の現地通貨で太陽光発電システムの設置費用を推定するメソッド。通常、費用モデルでは、特定の installationSize の現地の人件費と材料費を考慮します。
installationLifeSpan: 太陽光発電システムの想定耐用年数。Solar API では 20 年が使用されます。この値は、地域に応じて調整してください。
kWhConsumptionModel(): 毎月の請求書に基づいて家が消費するエネルギー量を決定するモデル。最も簡単な方法は、請求額を世帯の居住地の 1 kWh あたりの平均費用で除算することです。
monthlyBill: 対象世帯の 1 か月あたりの平均電気代。
monthlyKWhEnergyConsumption: 特定の地域の世帯が 1 か月間に消費する電力の平均量（kWh 単位）。

これらの値と API レスポンスから提供される情報を使用して、Solar API の対象外の場所に最適な installationSize を推奨するために必要な計算を行うことができます。

仕組み

残りの計算の鍵となるのは、月々の電気料金の平均です。

Solar API は、最初は事前選択された月額請求額に基づいて計算を行います。必要に応じて、ご自身の平均月額請求額をより正確に反映する金額を選択できます。

Solar API は、特定の地域の月額請求額と現在の電気料金がわかれば、世帯が毎月消費する電力量（kWh）を見積もることができます。米国全域の現在の電気料金と、月額請求書から kWh を特定するために、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、世帯の消費電力量、住宅の屋根の使用可能面積、住宅の場所の太陽光発電のポテンシャルを使用して、1 つ以上の可能な太陽光発電システムの設置サイズを評価し、最も節約できるサイズを推奨します。

ソーラーパネルの設置容量は、kW の定格で測定されます。kW 定格は、構成内のソーラーパネルの数と、各パネルの定格出力（ワット単位）によって異なります。

設置の kW 定格は、設置のエネルギー出力とは異なります。エネルギー出力は kWh で測定され、変動します。設置場所の kWh 出力は、次のような要因によって異なります。

時間帯
天気
パネルの向き（太陽に対して）
近くにある物体によってパネルに投影される影
地域の太陽光発電のポテンシャル
設置年数

Solar API は、太陽光発電システムの年間発電量の推定に、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を含めます。

Solar API は、屋根の使用可能エリアを特定し、設置できる太陽光発電システムのサイズを推定するために、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

以降のセクションでは、Solar API が米国の特定の構造物に対する太陽光発電システムの費用、節約額、サイズを計算する方法について説明します。

計算の説明では、計算内の値を表す用語を使用しています。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。

年間の家庭用エネルギー消費量

前述のように、Solar API は、毎月の請求額と世帯が居住する地域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ら、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

家庭のエネルギー消費量は、太陽光発電システムのライフサイクルを通じて年ごとに同じであると仮定されます。Solar API では、太陽光発電設備の耐用年数を 20 年と想定しています。

年間の太陽光発電量

Solar API は、日光の強さ、日光の角度、地域で年間に利用可能な日照時間などの要素を考慮して、太陽光発電システムの年間発電量を推定します。

太陽光発電システムは直流（DC）電力を生成しますが、家で使用するには、インバータによって交流（AC）電力に変換する必要があります。変換プロセス中に電力が一部失われます。失われる電力の量は、インバータの効率によって決まります。

変換プロセスの効率は、DC から AC への変換率と呼ばれます。損失を考慮するため、Solar API は太陽光発電システムの年間出力に DC から AC へのデレート 0.85 を掛けます。結果は、次の式に示すように、AC 電力の年間生産量になります。

initialAcKwhPerYear = yearlyEnergyDcKwh x 0.85

設置システムが生成するエネルギー量は、設置期間全体で毎年約 0.5% 減少します。これを考慮するため、Solar API では、設置の推定 20 年間の全期間にわたって、設置の年間 AC 出力を 99.5%（0.995）に毎年乗算します。次の表に示します。

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、本質的には指数列です。ここで、a = initialAcKwhPerYear、r = efficiencyDepreciationFactor です。幾何平均を使用して 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気代

設置サイズが屋根のサイズなどの要因によって制限されている場合、太陽光発電システムで生成される電力は、家庭で消費する電力よりも少なくなる可能性があります。このような場合、次の式に示すように、世帯は毎年一定の電気料金を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、太陽光発電システムのライフサイクルで家庭が電力会社から必要とする推定電力量（kWh）に請求費用モデルを適用します。次の式は、この計算を示しています。

annualUtilityBillEstimate = billCostModel(utilityEnergyRequired)

電気料金の年次増加を反映するため、米国の拠点には年間 2.2%（0.22）のcostIncreaseFactor が適用されます。

costIncreaseFactor = 1 + 2.2% = 1.022

インフレにより、将来の費用の見積もりで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、米国の拠点のモデルには 4% の割引率が適用されます。

discountRate = 1 + 4% = 1.04

次の表に、太陽光発電システムのライフサイクルにおける各年の公共料金の計算方法を示します。[remainingLifetimeUtilityBill] は、太陽光発電システムのライフタイムである 20 年間の各年の公共料金の合計です。

年	年間の公共料金（現地通貨の金額（米ドル））（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

太陽光発電を使用しない電気代

太陽光発電を設置した場合の節約額を計算するには、設置しなかった場合の支払い額も計算する必要があります。

太陽光発電の電気代を計算したときと同様に、電気代とインフレの増加を考慮して、costIncreaseFactor 1.022 と discountRate 1.04 を計算に適用する必要があります。

次の表に、太陽光発電システムのライフサイクル全体で、太陽光発電システムなしの場合の各年の公共料金がどのように計算されるかを示します。costOfElectricityWithoutSolar は、太陽光発電による電気代に使用した同じ 20 年間の公共料金の合計です。

年	年間の公共料金の請求額（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	年間のすべての請求額の合計。costOfElectricityWithoutSolar = 204.35 x monthlyBill と表すこともできます。

太陽光発電の設置費用

Solar API は、推奨される太陽光発電システムの設置費用を、提供する見積もりに含めます。設置費用を推定するために、Solar API はローカライズされた設置費用モデルと設置サイズを使用します。

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補助金を提供する場合があります。インセンティブは多くの場合、税額控除の形で提供されます。Solar API は、住宅の所在地に基づいて、住宅で現在利用可能なインセンティブを総費用の見積もりから差し引きます。

太陽光発電システムの設置費用

Solar API は、次の式を使用して、太陽光発電システムの 20 年間の合計費用を計算します。

totalCostWithSolar = installationCost + remainingLifetimeUtilityBill - incentives

合計節約額

Solar API は、次の式を使用して世帯の節約額を計算します。

savings = costOfElectricityWithoutSolar - totalCostWithSolar

Solar API は、可能な設置サイズごとに上記の計算を行い、家計の節約を最大化する設置サイズを推奨します。推定節約額が推奨事項とともに返されます。

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費用と削減額を計算する（米国以外）