Neste documento, explicamos como a API Solar calcula os diversos valores usados para recomendar instalações de painéis solares e estimar custos e economia de endereços nos EUA.
Se você inserir o endereço de uma residência em uma região coberta dos EUA, a API Solar mostrará as seguintes estimativas:
- Quanta luz solar a casa recebe por ano
- Quanto espaço o telhado tem para uma instalação solar
- Quanta economia, em dólares americanos, a casa pode esperar ao longo de 20 anos de vida de um sistema solar
- A conta mensal média de eletricidade para casas em sua área, que você pode ajustar 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 para a qual tenha dados, as estimativas que ela fornece 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 família pode consumir. A API Solar não calcula valores relacionados à produção de excesso de energia.
Os tamanhos de instalação recomendados são limitados ao consumo anual de energia por vários motivos, mas principalmente porque as famílias dos EUA recebem pouco ou nenhum benefício financeiro com o excesso de produção de energia. Em locais nos EUA que têm medição líquida, os créditos recebidos de produção de energia em excesso geralmente expiram ao longo do tempo.
Valores obrigatórios para análise financeira de locais nos EUA
Em cada instância SolarPanelConfig na resposta da API, você precisa de dois valores para realizar a análise financeira dela:
panelsCount:o número de painéis solares em uma instalação. Use esse valor no cálculo dainstallationSize.yearlyEnergyDcKwh:quanta energia de luz solar um layout captura ao longo de um ano, em kWh DC, considerando umpanelsCountespecífico. Você usa esse valor no cálculo da produção anual de energia solar CA (initialAcKwhPerYear) para cadainstallationSize.
Além disso, você precisa reunir 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 por usar um determinado número de kWh. O valor das cobranças de uma concessionária de energia elétrica pode variar de um dia para o outro ou de uma hora para a hora, dependendo de fatores como demanda, hora do dia e quanta eletricidade a casa consome. Pode ser necessário estimar um custo médio.
- costIncreaseFactor: a API Solar usa 1,022 (aumento de 2,2% aumento anual) para locais nos EUA.
- dcToAcDerate:a eficiência com que um inversor converte a eletricidade CC produzida pelos painéis solares na eletricidade CA usada em uma casa. A API Solar usa 85% para locais nos EUA.
- discountRate:a API Solar usa 1,04 (aumento anual de 4%) para locais nos EUA.
- efficiencyDepreciationFactor:a eficiência dos painéis solares diminui a cada ano. A API Solar usa 0,995 (diminuição anual de 0,50) para locais nos EUA.
- incentivos:inclua incentivos monetários para instalar painéis solares oferecidos por entidades governamentais na sua área.
- installationCostModel(): seu método para estimar o custo da instalação de energia solar na moeda local para um determinado
installationSize. O modelo de custo normalmente contaria os custos locais de mão de obra e material para um determinadoinstallationSize. - installationLifeSpan:a vida útil esperada 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 na conta mensal. Na forma mais simples, você dividiria a conta pelo custo médio de kWh na localização da família.
- monthlyBill:a média mensal de conta de luz de uma família sujeita.
- monthlyKWhEnergyConsumption:uma estimativa da quantidade média de eletricidade que uma casa 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 cobrança mensal pré-selecionado. Se necessário, selecione um valor diferente que reflita com mais precisão sua fatura média mensal.
Sabendo o valor de uma conta mensal e o custo atual da 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 o custo atual de eletricidade nos EUA e para determinar kWhs em uma conta mensal, a API Solar faz referência a bancos de dados mantidos pela Clean Power Research.
Usando o número de kWh que uma família consome, 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 proporciona a maior economia.
O tamanho de uma instalação de painéis solares é medido pela classificação em kW. A classificação de kW depende do número de painéis solares na configuração e da classificação de energia, medida em watts, de cada painel.
A classificação em kW de uma instalação não é igual à saída de energia de uma instalação, que é medida em kWh e é variável. A saída kWh de uma instalação depende de fatores como os seguintes:
- A hora do dia
- O clima
- Indica a orientação do painel ao sol.
- As sombras projetadas nos painéis por objetos próximos
- O potencial solar regional
- Há quanto tempo a instalação foi feita
A API Solar inclui fatores como potencial solar regional e idade da instalação na estimativa da produção anual de energia de uma instalação solar.
Para determinar a área utilizável de um telhado e estimar o tamanho da instalação solar que ela suporta, 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, as economias e os tamanhos das instalações solares em uma determinada estrutura nos EUA.
As explicações dos cálculos usam termos para representar os valores nos cálculos. Para uma explicação dos termos, consulte a Definição dos termos usados em nossos cálculos.
Consumo anual de energia doméstico
Como mencionado anteriormente, a API Solar determina o consumo mensal de eletricidade com base no valor da conta mensal e no custo da eletricidade onde uma família está localizada. Depois de determinar o consumo mensal de eletricidade de uma casa, calculamos o consumo anual de energia em KWh usando a seguinte fórmula:
annualKWhEnergyConsumption = monthlyKWhEnergyConsumption x 12
Supõe-se que o consumo de energia de uma casa permanece o mesmo ano a ano durante a vida útil de uma instalação solar. A API Solar presume que uma instalação solar dura 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 de 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 para ser usada em casa. Parte da eletricidade é perdida durante o processo de conversão, e a eficiência do inversor determina quanto é perdido.
A eficiência do processo de conversão é chamada de dedução de CC para CA. Para compensar a perda, a API Solar multiplica a saída anual da instalação solar por um degradação CC para CA de 0,85. O resultado é a produção anual de eletricidade de AC, conforme mostrado na seguinte fórmula:
initialAcKwhPerYear = yearlyEnergyDcKwh x 0.85
A quantidade de energia que uma instalação produz diminui em cerca de 0,5% por ano durante a vida útil da instalação. Para compensar, após o primeiro ano, a API Solar multiplica a saída de CA anual de uma instalação por 99,5%, ou 0,995, por ano ao longo da vida útil estimada da instalação de 20 anos. Isso está 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, ele é essencialmente uma série geométrica em que a = initialAcKwhPerYear e r =
efficiencyDepreciationFactor. Podemos usar uma soma geométrica para calcular LifetimeProductionAcKwh:
LifetimeProductionAcKwh = (dcToAcDerate * initialAcKwhPerYear * (1 - pow(efficiencyDepreciationFactor, installationLifeSpan)) / (1 - efficiencyDepreciationFactor))## Custo da eletricidade com energia solar Se o tamanho de uma instalação for limitado pelo tamanho do telhado ou por outros fatores, é possível que a instalação solar produza menos eletricidade do que uma família consome. Nesses casos, a família provavelmente vai precisar pagar uma concessionária de serviços públicos por uma quantidade de eletricidade a cada ano, como mostrado na fórmula abaixo:
annualKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear = annualUtilityEnergyRequired
Para compensar esse custo, a API Solar aplica um modelo de custo de conta à quantidade estimada de eletricidade, em kWh, que a casa vai precisar de uma concessionária de serviços públicos durante a 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 em nossas estimativas de custos futuros. Por isso, aplicamos uma taxa de desconto de 4% ao modelo para locais nos EUA:
discountRate = 1 + 4% = 1.04
A tabela a seguir mostra como a conta de consumo de cada ano é calculada ao longo da vida útil de uma instalação solar. O remainingLifetimeUtilityBill é a soma total das contas de consumo de cada um dos 20 anos de vida útil da instalação solar.
| Ano | Conta de consumo 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 = remainingLifetimeUtilityBill + remainingLifetimeUtilityBill + .... + remainingLifetimeUtilityBill. |
O custo da eletricidade sem energia solar
Para calcular quanto uma família pode economizar se instalar energia solar, também precisamos calcular quanto a família pode pagar se não instalar.
Mais uma vez, temos que 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 quando calculamos o custo da eletricidade com energia solar.
A tabela a seguir mostra como a conta de consumo 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 que usamos 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 podem ser expressas como costOfElectricityWithoutSolar = 204,35 x monthlyBill |
O custo de instalar energia 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
Entidades governamentais podem oferecer incentivos para a instalação de painéis solares. Os incentivos geralmente estão na forma de créditos fiscais. Com base na localização de uma família, a API Solar subtrai todos os incentivos disponíveis atualmente para a família da estimativa de custos totais.
O custo total com a instalação solar
A API Solar calcula o custo total de uma configuração de energia solar em 20 anos 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, em seguida, recomenda o tamanho da instalação que proporciona a economia máxima para a família. O valor da economia estimada é retornado com a recomendação.