Este documento explica como a API Solar calcula os vários valores usados para recomendar instalações de painéis solares e estimar os custos e economias de custos para endereços dos EUA.
Se você inserir o endereço de uma residência em uma região coberta dos EUA, a API Solar vai mostrar as seguintes estimativas:
- Quanta luz solar a casa recebe anualmente
- Quanto espaço o telhado tem para uma instalação solar
- Quanta economia, em dólares americanos, a casa pode esperar ao longo dos 20 anos de vida útil de um sistema solar
- A conta de luz mensal média das casas na sua área, que pode ser ajustada para sua casa
- Um tamanho recomendado, medido em quilowatts (kW), para um sistema solar na casa
Embora a API Solar forneça estimativas para qualquer estrutura com dados, as estimativas fornecidas são mais adequadas para residências ou pequenas estruturas comerciais. A API Solar recomenda tamanhos de instalação solar que maximizam a economia sem produzir mais energia em um ano do que uma casa pode consumir. A API Solar não calcula valores relacionados ao excesso de produção de energia.
Os tamanhos de instalação recomendados são limitados ao consumo anual de energia por várias razões, mas principalmente porque as famílias dos EUA atualmente recebem pouco ou nenhum benefício financeiro com o excesso de produção de energia. Em locais dos EUA que têm medição líquida, os créditos recebidos da produção de energia em excesso geralmente expiram com o tempo.
Valores obrigatórios para a análise financeira de locais dos EUA
Em cada instância SolarPanelConfig na resposta da API, você precisa de dois valores
para realizar a análise financeira dessa instância:
panelsCount:o número de painéis solares em uma instalação. Use esse valor no cálculo doinstallationSize.yearlyEnergyDcKwh:quanta energia solar um layout captura ao longo de um ano, em kWh CC, com umapanelsCountespecífica. Use esse valor no cálculo da produção anual de energia solar em CA (initialAcKwhPerYear) de cadainstallationSize.
Além disso, você precisa coletar valores específicos do local para as seguintes variáveis que serão usadas nos cálculos:
- billCostModel():seu modelo para determinar o custo, na moeda local, pago por uma família para usar um determinado número de kWh. O valor das cobranças de energia elétrica pode variar de dia para dia ou de hora para hora, dependendo de fatores como demanda, horário do dia e quantidade de energia elétrica consumida. Talvez seja necessário estimar um custo médio.
- costIncreaseFactor:a API Solar usa 1,022 (aumento anual de 2,2%) para locais nos EUA.
- dcToAcDerate:a eficiência em que um inversor converte a eletricidade CC produzida pelos painéis solares em eletricidade CA usada em uma residência. A API Solar usa 85% para locais dos EUA.
- discountRate:a API Solar usa 1,04 (aumento anual de 4%) para locais dos EUA.
- efficiencyDepreciationFactor:a redução da eficiência dos painéis solar a cada ano. A API Solar usa 0,995 (0,5% de redução anual) para locais nos EUA.
- Incentivos:inclua incentivos monetários para instalar painéis solares dados por entidades governamentais na sua região.
- installationCostModel():seu método para estimar o custo da
instalação de energia solar na moeda local de um determinado
installationSize. O modelo de custo normalmente considera os custos de mão de obra e materiais locais para um determinadoinstallationSize. - installationLifeSpan:a expectativa de vida útil da instalação solar. A API Solar usa 20 anos. Ajuste esse valor conforme necessário para sua área.
- kWhConsumptionModel():seu modelo para determinar a quantidade de energia que uma família consome com base em uma conta mensal. Na forma mais simples, você dividiria a conta pelo custo médio de um kWh no local da residência.
- monthlyBill:a conta de luz mensal média de um domicílio alvo.
- monthlyKWhEnergyConsumption:estimativa da quantidade média de eletricidade que uma família em um determinado local consome em um mês, medida em KWh.
Com esses valores e as informações fornecidas pela resposta da API, é possível
realizar os cálculos necessários para recomendar o melhor installationSize para
locais não cobertos pela API Solar.
Como funciona
A conta de luz mensal média é a chave para o restante dos cálculos.
A API Solar inicialmente baseia os cálculos em um valor de conta mensal pré-selecionado. Se necessário, selecione um valor diferente que reflita melhor sua fatura mensal média.
Sabendo o valor de uma conta mensal e o custo atual de eletricidade em um determinado local, a API Solar pode estimar o número de quilowatt-hora (kWh) de eletricidade que uma família consome a cada mês. Para saber o custo atual da eletricidade nos EUA e determinar os kWhs de uma conta mensal, a API Solar faz referência a bancos de dados mantidos pela Clean Power Research.
Usando o número de kWh consumidos por uma residência, a área utilizável do telhado de uma casa e o potencial solar do local da casa, a API Solar avalia um ou mais tamanhos possíveis de instalação solar e recomenda o tamanho que oferece a maior economia.
O tamanho de uma instalação de painéis solares é medido pela classificação em kW. A classificação em kW depende do número de painéis solares na configuração e da classificação de potência, medida em watts, de cada painel.
A classificação em kW de uma instalação não é a mesma que a saída de energia de uma instalação, que é medida em kWh e é variável. A saída em kWh de uma instalação depende de fatores como:
- A hora do dia
- O clima
- A orientação do painel em relação ao sol
- Qualquer sombra projetada nos painéis por objetos próximos
- O potencial solar regional
- A idade da instalação
A API Solar inclui fatores como o potencial solar regional e a idade da instalação na estimativa da produção anual de energia de uma instalação solar.
Para determinar a área útil de um telhado e estimar o tamanho da instalação solar que ele pode suportar, a API Solar usa imagens aéreas e modelagem 3D avançada.
Explicação detalhada dos valores e cálculos
As seções a seguir explicam como a API Solar calcula os custos, economias e tamanhos de instalações solares para uma determinada estrutura nos EUA.
As explicações dos cálculos usam termos para representar valores nos cálculos. Para uma explicação dos termos, consulte a definição dos termos usados nos nossos cálculos.
Consumo anual de energia de famílias
Como mencionado anteriormente, a API Solar determina o consumo mensal de eletricidade com base no valor da conta mensal e no custo da eletricidade no local do residencial. Depois de determinar o consumo mensal de eletricidade de uma residência, calculamos o consumo anual de energia em KWh usando a seguinte fórmula:
annualKWhEnergyConsumption = monthlyKWhEnergyConsumption x 12
O consumo de energia de uma família é presumido como o mesmo ano após ano ao longo da vida útil de uma instalação solar. A API Solar pressupõe que a vida útil de uma instalação solar seja de 20 anos.
Produção anual de energia solar
A API Solar estima a produção anual de energia de uma instalação solar considerando fatores como a intensidade da luz solar, o ângulo da luz solar e o número de horas de luz solar utilizável que uma região recebe anualmente.
As instalações solares produzem eletricidade de corrente contínua (CC), que precisa ser convertida em eletricidade de corrente alternada (CA) por um inversor antes de ser usada na casa. Parte da eletricidade é perdida durante o processo de conversão, e a eficiência do inversor determina a quantidade perdida.
A eficiência do processo de conversão é chamada de taxa de CC para CA. Para considerar a perda, a API Solar multiplica a saída anual da instalação solar por uma taxa de CC para CA de 0,85. O resultado é a produção anual de eletricidade CA, conforme mostrado na fórmula abaixo:
initialAcKwhPerYear = yearlyEnergyDcKwh x 0.85
A quantidade de energia que uma instalação produz diminui cerca de 0,5% a cada ano durante a vida útil da instalação. Para isso, após o primeiro ano, a API Solar multiplica a saída anual de CA de uma instalação por 99,5% ou 0,995, a cada ano, durante o período estimado de 20 anos de vida útil da instalação. Isso é ilustrado na tabela a seguir.
| Ano | Produção anual de energia solar (kWh) |
|---|---|
| 1 | initialAcKwhPerYear |
| 2 | initialAcKwhPerYear x 0,995 |
| : | : |
| 20 | initialAcKwhPerYear x 0.99519 |
Como a eficiência do painel solar diminui a uma taxa constante, ela é essencialmente
uma série geométrica em que a = initialAcKwhPerYear e r =
efficiencyDepreciationFactor. Podemos usar uma soma geométrica para calcular o
LifetimeProductionAcKwh:
LifetimeProductionAcKwh = (dcToAcDerate * initialAcKwhPerYear * (1 - pow(efficiencyDepreciationFactor, installationLifeSpan)) / (1 - efficiencyDepreciationFactor))
O custo da eletricidade com energia solar
Se o tamanho de uma instalação for limitado pelo tamanho do telhado ou por outros fatores, a instalação solar poderá produzir menos eletricidade do que uma residência consome. Nesses casos, a família provavelmente terá que pagar uma concessionária por uma certa quantidade de eletricidade a cada ano, conforme mostrado na fórmula abaixo:
annualKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear = annualUtilityEnergyRequired
Para considerar esse custo, a API Solar aplica um modelo de custo da conta à quantidade estimada de eletricidade, em kWh, que a família vai precisar de uma concessionária ao longo da vida útil da instalação solar. A fórmula a seguir ilustra esse cálculo:
annualUtilityBillEstimate = billCostModel(utilityEnergyRequired)
Para considerar o aumento anual no custo da eletricidade, aplicamos um costIncreaseFactor de 2,2% ou 0, 22% por ano para locais nos EUA:
costIncreaseFactor = 1 + 2.2% = 1.022
Devido à inflação, precisamos descontar o valor da moeda nas nossas estimativas de custos futuros. Para considerar isso, aplicamos uma taxa de desconto de 4% ao nosso modelo para locais nos EUA:
discountRate = 1 + 4% = 1.04
A tabela a seguir mostra como a conta de serviços públicos de cada ano é calculada ao longo da vida útil de uma instalação solar. A remainingLifetimeUtilityBill é a soma total das contas de serviços públicos de cada um dos 20 anos de vida útil da instalação solar.
| Ano | Conta de serviços públicos anual no valor atual da moeda local (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 |
| Total | remainingLifetimeUtilityBill = annualUtilityBillEstimateYear1 + annualUtilityBillEstimateYear2 + …. + annualUtilityBillEstimateYear20 |
O custo da eletricidade sem energia solar
Para calcular quanto uma família pode economizar se instalar energia solar, também precisamos calcular quanto ela pode pagar se não fizer isso.
Novamente, precisamos considerar o aumento do custo da eletricidade e da inflação, aplicando o costIncreaseFactor de 1,022 e o discountRate de 1,04 ao cálculo, como fizemos ao calcular o custo da eletricidade com energia solar.
A tabela a seguir mostra como a conta de serviços públicos de cada ano sem energia solar é calculada ao longo da vida útil de uma instalação solar. O costOfElectricityWithoutSolar é a soma total das contas de serviços públicos no mesmo período de 20 anos usado para o custo da eletricidade com energia solar.
| Ano | Conta de consumo anual (USD) |
|---|---|
| 1 | monthlyBill x 12 |
| 2 | monthlyBill x 12 x 1,022 / 1,04 |
| : | : |
| 20 | monthlyBill x 12 x 1,02219 / 1,0419 |
| Total | Soma de todas as contas anuais, que também pode ser expressa como costOfElectricityWithoutSolar = 204,35 x monthlyBill |
O custo da instalação solar
A API Solar inclui o custo de instalação da configuração solar recomendada nas estimativas fornecidas. Para estimar o custo de uma instalação, a API Solar usa um modelo de custo de instalação localizado e o tamanho da instalação.
installationCost = InstallationCostModel (installationSize)
Incentivos
As entidades governamentais podem oferecer incentivos para a instalação de energia solar. Os incentivos geralmente são na forma de créditos fiscais. Com base na localização de uma família, a API Solar subtrai todos os incentivos que estão disponíveis para a família da estimativa dos custos totais.
O custo total da instalação solar
A API Solar calcula o custo total de 20 anos de uma configuração solar usando a seguinte fórmula:
totalCostWithSolar = installationCost + remainingLifetimeUtilityBill - incentives
A economia total
A API Solar calcula a economia para a família usando a seguinte fórmula:
savings = costOfElectricityWithoutSolar - totalCostWithSolar
A API Solar executa os cálculos acima para cada tamanho de instalação possível e recomenda o tamanho que oferece a maior economia para a família. O valor da economia estimada é retornado com a recomendação.