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Calcule o custo e a economia de energia solar em locais fora dos EUA

Desenvolvedores do Espaço Econômico Europeu (EEE)

Nesta seção, descrevemos como fazer os cálculos para determinar a melhor configuração solar para residências em locais fora dos EUA. Para calcular as recomendações, é necessário modelar os custos de instalação de painéis solares e a economia que eles proporcionam usando os dados de uma resposta da API Solar.

Para locais nos EUA, a API Solar retorna uma instância do objeto FinancialAnalysis para cada valor de conta de luz no local de entrada. Use as informações nessas instâncias para determinar a conta, o consumo de energia e, por fim, a economia associada a cada tamanho de instalação solar.

Para locais fora dos EUA, a resposta da API não inclui as instâncias de FinancialAnalysis. Portanto, você precisa calcular o custo e a economia de cada configuração solar antes de recomendar a melhor. Para realizar os cálculos, é necessário coletar dados específicos do local e seguir as orientações neste documento.

É possível modelar seus cálculos com base nos cálculos que a API Solar usa para locais nos EUA. Para uma explicação desses cálculos, consulte Calcular a economia de custos (EUA).

Configurações de painéis solares

Para locais fora dos EUA, as informações sobre cada configuração de painel solar necessárias para a análise financeira são fornecidas no campo SolarPanelConfig. O número de instâncias de SolarPanelConfig retornadas depende do tamanho do telhado do local de entrada. Para os cálculos, você precisa dos valores dos dois campos a seguir:

panelsCount: o número de painéis usados nessa configuração.
yearlyEnergyDcKwh: a quantidade de energia solar, em kWh de eletricidade CC, que essa configuração produz ao longo de um ano, considerando o tamanho do painel definido pelos seguintes campos no objeto SolarPotential:
- panelHeightMeters: a altura do painel em metros.
- panelWidthMeters: a largura do painel em metros.
- panelCapacityWatts: a potência do painel em watts.

O exemplo a seguir mostra uma instância do objeto SolarPanelConfig no campo solarPanelConfigs em uma resposta de solicitação:

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

Para instalações solares, installationSize se refere à saída de kW, não à área ou à contagem de painéis, e é definido como:

installationSize = panelsCount * panelCapacityWatts/1000 kW

Ajustar as estimativas de produção de energia para diferentes classificações de painéis

Para calcular o valor de yearlyEnergyDcKwh, a API Solar usa a potência no campo panelCapacityWatts, que atualmente é de 400 W.

Se você precisar usar uma potência diferente nos cálculos e as dimensões dos painéis forem aproximadamente comparáveis aos valores nos campos panelHeightMeters e panelWidthMeters, ajuste os cálculos multiplicando o valor retornado pela API no campo yearlyEnergyDcKwh pela proporção entre a potência e o valor em panelCapacityWatts.

Por exemplo, se a potência dos painéis for de 500 W e panelCapacityWatts for de 400 W, multiplique o valor de yearlyEnergyDcKwh, que a API calculou usando panelCapacityWatts, por um fator de 500/400 ou 1, 25. Se a potência do painel for de 200 W, multiplique yearlyEnergyDcKwh por 200/400 ou 0, 5.

Produção de energia em excesso

A contabilização do excesso de energia que pode ser produzido por uma instalação solar está fora do escopo dos cálculos da API Solar. Na verdade, se a API Solar retornar várias instâncias possíveis de SolarPanelConfig para uma determinada família, ela não vai considerar resultados ou configurações que produzam mais energia do que o consumo médio presumido de uma família nos EUA no FinancialAnalysis.

No entanto, talvez você tenha motivos para incluir instalações que produzem excesso de eletricidade nas suas recomendações. Por exemplo, talvez você queira compensar o declínio gradual na eficiência do painel (o efficiencyDepreciationFactor) permitindo o excesso de produção na primeira parte da vida útil de uma instalação. Para mais informações, consulte Valores necessários para análise financeira.

Seja qual for o motivo, se você incluir instalações solares que produzem excesso de eletricidade nos seus cálculos, saiba que os cálculos explicados aqui não cobrem esse cenário.

Valores necessários para análise financeira em locais fora dos EUA

De 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 de installationSize.
yearlyEnergyDcKwh: quanta energia solar um layout captura ao longo de um ano, em kWh de eletricidade CC, considerando um panelsCount específico. Use esse valor no cálculo da energia solar que pode ser usada como eletricidade CA em uma residência (initialAcKwhPerYear) de cada installationSize, considerando qualquer perda de energia durante a conversão de CC para CA.

Além disso, é necessário 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 pelo uso de um determinado número de kWh. O valor que uma concessionária cobra pela eletricidade pode variar de um dia para o outro ou de uma hora para outra, dependendo de fatores como demanda, hora do dia e quantidade de eletricidade que a família consome. Talvez seja necessário estimar um custo médio.
costIncreaseFactor: o fator pelo qual o custo da eletricidade aumenta anualmente. A API Solar usa 1,022 (aumento anual de 2,2&percnt;) para locais nos EUA. Ajuste esse valor conforme necessário para sua área.
dcToAcDerate: a eficiência com que um inversor converte a eletricidade CC produzida pelos painéis solares em eletricidade CA usada em uma casa. A API Solar usa 85% para locais nos EUA. Ajuste esse valor conforme necessário para sua área.
discountRate: a API Solar usa 1,04 (aumento anual de 4&percnt;) para locais nos EUA. Ajuste esse valor conforme necessário para sua área.
efficiencyDepreciationFactor: quanto a eficiência dos painéis solares diminui a cada ano. A API Solar usa 0,995 (diminuição anual de 0,5&percnt;) para locais nos EUA. Ajuste esse valor conforme necessário para sua área.
incentives: inclua todos os incentivos monetários para instalar painéis solares oferecidos por entidades governamentais na sua área.
installationCostModel(): seu método para estimar o custo de instalação de energia solar na moeda local para um determinado installationSize. O modelo de custo normalmente considera os custos de mão de obra e materiais locais para um determinado installationSize.
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 quanta energia uma família consome com base em uma conta mensal. Na forma mais simples, você divide a conta pelo custo médio de um kWh no local da residência.
monthlyBill: a conta de luz média mensal de uma residência.
monthlyKWhEnergyConsumption: uma estimativa da quantidade média de eletricidade que a 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 fazer os cálculos necessários para recomendar o melhor installationSize para locais não cobertos pela API Solar.

Etapas de cálculo

As etapas a seguir são baseadas na metodologia da API Solar. Talvez seja necessário ajustar sua metodologia com base nas informações disponíveis para seu local.

Calcule o consumo anual de energia da residência no local informado:
1. Estimar ou solicitar a conta mensal da família.
2. Calcule o monthlyKWhEnergyConsumption com base na conta mensal. Se você souber o monthlyKWhEnergyConsumption, pule esta etapa. Por exemplo:
monthlyKWhEnergyConsumption = kWhConsumptionModel(monthlyBill)
1. Calcule annualKWhEnergyConsumption multiplicando monthlyKWhEnergyConsumption por 12:
annualKWhEnergyConsumption = monthlyKWhEnergyConsumption x 12
Receba a resposta da API para a família de destino:
```
https://solar.googleapis.com/v1/buildingInsights:findClosest?location.latitude=lat-number&location.longitude=long-number&key=yourAPIKey
```
A resposta inclui a luz solar utilizável, o espaço utilizável no telhado e uma ou mais possíveis configurações de painéis solares.
Calcule a produção anual de energia solar CA de cada installationSize que a API propõe multiplicando o valor de yearlyEnergyDcKwh fornecido pela API em cada instância de SolarPanelConfig pelo seu dcToAcDerate local:

initialAcKwhPerYear = yearlyEnergyDcKwh x dcToAcDerate
Como opção, remova da consideração qualquer instância de SolarPanelConfig que produza mais eletricidade do que a família consome anualmente (initialAcKwhPerYear > annualKWhEnergyConsumption).

Calcule a produção de energia solar durante a vida útil (LifetimeProductionAcKwh) de cada installationSize retornado:

Para cada ano de vida útil da instalação solar, calcule a quantidade de eletricidade que ela vai produzir anualmente, aplicando o efficiencyDepreciationFactor de forma exponencial a cada ano após o primeiro.
Some os totais de todos os anos.

A tabela a seguir mostra um exemplo de como calcular a produção de energia ao longo da vida útil, considerando um installationLifeSpan de 20 anos. Cada linha representa um ano de produção. Após o primeiro ano, a queda de eficiência é aplicada exponencialmente. Por fim, a soma de todas as linhas é a produção de energia ao longo da vida útil da instalação solar.

Ano	Produção anual de energia solar (kWh)
1	initialAcKwhPerYear
2	+ initialAcKwhPerYear x efficiencyDepreciationFactor
:	:
20	+ initialAcKwhPerYear x efficiencyDepreciationFactor¹⁹
Total	LifetimeProductionAcKwh

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 código Python a seguir calcula a soma geométrica acima:

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

Para cada installationSize retornado, calcule o custo de consumo de energia durante a vida útil se o installationSize estiver instalado:

Para cada ano de vida útil da instalação solar, calcule o custo da eletricidade que a família precisará comprar anualmente para cobrir o consumo de energia não atendido pela energia solar. Use os valores de annualKWhEnergyConsumption e initialAcKwhPerYear que você calculou anteriormente. Para cada ano após o primeiro, aplique os valores efficiencyDepreciationFactor, costIncreaseFactor e discountRate.
Some os totais de todos os anos.

A tabela a seguir mostra um exemplo de como calcular o custo de eletricidade durante a vida útil. Cada linha representa o custo da eletricidade para um ano na vida útil da instalação solar. Após o primeiro ano, o aumento do custo da eletricidade e a taxa de desconto são aplicados exponencialmente. Por fim, a soma de todas as linhas é o custo total da eletricidade com a instalação solar.

Ano	Conta de consumo anual no valor da moeda local atual (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
Total	remainingLifetimeUtilityBill

O código Python a seguir retorna uma matriz de annualUtilityBillEstimate para cada ano do installationLifeSpan:

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

Calcule o custo total da eletricidade se uma instalação solar não for feita:

Para cada ano de vida útil da instalação solar, calcule o custo da eletricidade que a família precisará comprar anualmente se não houver instalação solar. Use o valor de monthlyBill. Para cada ano após o primeiro, aplique os valores de costIncreaseFactor e discountRate a monthlyBill.
Some os totais de todos os anos.

A tabela a seguir mostra um exemplo de como calcular o custo de eletricidade ao longo da vida útil sem energia solar. Cada linha representa o custo da eletricidade por um ano durante o mesmo número de anos que a vida útil de uma instalação solar. Após o primeiro ano, o aumento do custo da eletricidade e a taxa de desconto são aplicados exponencialmente. Por fim, a soma de todas as linhas é o custo total da eletricidade sem a instalação solar.

Ano	Conta de consumo anual no valor da moeda local atual
1	annualBill = monthlyBill x 12
2	annualBill = monthlyBill x 12 x costIncreaseFactor / discountRate
:	:
20	annualBill = monthlyBill x 12 x costIncreaseFactor19 / discountRate19
Total	costOfElectricityWithoutSolar

O código abaixo realiza o cálculo acima:

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

Para cada tamanho de instalação, calcule o custo de instalação:

installationCost = localInstallationCostModel(installationSize)
Some todos os incentivos financeiros disponíveis para o local da casa.
Para cada tamanho de instalação, calcule os custos totais associados à instalação de energia solar:

totalCostWithSolar = installationCost + remainingLifetimeUtilityBill - incentives
Para cada tamanho de instalação, calcule a economia total associada à instalação de energia solar:

savings = costOfElectricityWithoutSolar - totalCostWithSolar
Selecione o tamanho da instalação que oferece mais economia.

Quando os cálculos forem concluídos

Usando as informações que você fornecer, as informações retornadas pela API Solar e os cálculos acima, você poderá recomendar tamanhos de instalação solar que proporcionem a máxima economia de custos para as famílias na sua área.

Nas recomendações que você fornece ao usuário final, também é possível incluir as seguintes informações retornadas pela API no objeto SolarPotential do campo solarPotential:

A quantidade de luz solar utilizável que uma casa recebe anualmente, que é retornada no campo maxSunshineHoursPerYear do objeto SolarPotential.
Quantos pés quadrados de um telhado podem ser usados para uma instalação solar, que é retornado no campo wholeRoofStats do objeto SolarPotential.
A conta de energia média mensal da família.

Calcular custos e economia (somente nos EUA)

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