In diesem Dokument wird erläutert, wie die Solar API die verschiedenen Werte berechnet, die sie verwendet, um Solaranlagen zu empfehlen und die Kosten und Kosteneinsparungen für Adressen in den USA zu schätzen.
Wenn Sie die Adresse eines Wohnsitzes in einer abgedeckten Region der USA eingeben, werden Ihnen in der Solar API die folgenden Schätzungen angezeigt:
- Wie viel Sonnenlicht das Haus jährlich erhält
- Wie viel Platz das Dach für eine Solaranlage bietet
- Wie viel Geld der Haushalt über die 20-jährige Lebensdauer einer Solaranlage sparen kann (in US-Dollar)
- Die durchschnittliche monatliche Stromrechnung für Haushalte in Ihrer Region, die Sie für Ihr Zuhause anpassen können
- Eine empfohlene Größe für eine Solaranlage auf dem Haus, gemessen in Kilowatt (kW)
Die Solar API bietet Schätzungen für alle Gebäude, für die Daten verfügbar sind. Die Schätzungen sind jedoch am besten für Wohnhäuser oder kleine Gewerbegebäude geeignet. Die Solar API empfiehlt Solaranlagen, mit denen sich die Einsparungen maximieren lassen, ohne dass mehr Energie erzeugt wird, als ein Haushalt in einem Jahr verbrauchen kann. Die Solar API berechnet keine Werte im Zusammenhang mit der Überschussenergieerzeugung.
Die empfohlenen Anlagengrößen sind aus mehreren Gründen auf den jährlichen Energieverbrauch begrenzt. Der Hauptgrund ist jedoch, dass US-Haushalte derzeit nur wenig oder gar keinen finanziellen Nutzen aus der Überschussenergieerzeugung ziehen. In den USA, wo es eine Netto-Messung gibt, verfallen Gutschriften aus der Überschussenergieerzeugung in der Regel mit der Zeit.
Erforderliche Werte für die Finanzanalyse für Standorte in den USA
Für jede SolarPanelConfig-Instanz in der API-Antwort benötigen Sie zwei Werte, um die Finanzanalyse für diese Instanz durchzuführen:
panelsCount:Die Anzahl der Solarmodule in einer Anlage. Sie verwenden diesen Wert bei der Berechnung derinstallationSize.yearlyEnergyDcKwh:Wie viel Sonnenenergie ein Layout im Laufe eines Jahres in Gleichstrom-kWh erfasst, bei einer bestimmtenpanelsCount. Sie verwenden diesen Wert bei der Berechnung der jährlichen Wechselstromproduktion aus Solarenergie (initialAcKwhPerYear) für jedeinstallationSize.
Außerdem müssen Sie standortspezifische Werte für die folgenden Variablen erfassen, die Sie in den Berechnungen verwenden:
- billCostModel(): Ihr Modell zur Bestimmung der Kosten in lokaler Währung, die ein Haushalt für die Nutzung einer bestimmten Anzahl von kWh zahlt. Wie viel ein Energieversorger für Strom berechnet, kann je nach Faktoren wie Nachfrage, Tageszeit und Stromverbrauch des Haushalts von Tag zu Tag oder von Stunde zu Stunde variieren. Möglicherweise müssen Sie einen Durchschnittspreis schätzen.
- costIncreaseFactor: Die Solar API verwendet für Standorte in den USA 1,022 (2,2 % jährliche Steigerung).
- dcToAcDerate: Der Wirkungsgrad, mit dem ein Wechselrichter den von den Solarmodulen erzeugten Gleichstrom in den Wechselstrom umwandelt, der in einem Haushalt verwendet wird. Die Solar API verwendet für Standorte in den USA 85 %.
- discountRate: Die Solar API verwendet für Standorte in den USA 1,04 (4 % jährliche Steigerung).
- efficiencyDepreciationFactor: Wie stark die Effizienz der Solarmodule jedes Jahr sinkt. Die Solar API verwendet für Standorte in den USA 0,995 (0,5 % jährliche Senkung).
- Anreize: Geben Sie alle finanziellen Anreize für die Installation von Solarmodulen an, die von staatlichen Stellen in Ihrer Region gewährt werden.
- installationCostModel(): Ihre Methode zur Schätzung der Kosten für die Installation einer Solaranlage in lokaler Währung für eine bestimmte
installationSize. Das Kostenmodell berücksichtigt in der Regel die lokalen Arbeits- und Materialkosten für eine bestimmteinstallationSize. - installationLifeSpan:Die erwartete Lebensdauer der Solaranlage. Die Solar API verwendet 20 Jahre. Passen Sie diesen Wert nach Bedarf für Ihre Region an.
- kWhConsumptionModel(): Ihr Modell zur Bestimmung des Energieverbrauchs eines Haushalts auf Grundlage einer monatlichen Rechnung. In der einfachsten Form teilen Sie die Rechnung durch die durchschnittlichen Kosten für eine kWh am Standort des Haushalts.
- monthlyBill: Die durchschnittliche monatliche Stromrechnung für einen bestimmten Haushalt.
- monthlyKWhEnergyConsumption: Eine Schätzung der durchschnittlichen Strommenge, die der Haushalt an einem bestimmten Standort in einem Monat verbraucht, gemessen in kWh.
Mit diesen Werten und den Informationen aus der API-Antwort können Sie die Berechnungen durchführen, die erforderlich sind, um die beste installationSize für Standorte zu empfehlen, die nicht von der Solar API abgedeckt werden.
Funktionsweise
Die durchschnittliche monatliche Stromrechnung ist der Schlüssel zu den übrigen Berechnungen.
Die Solar API basiert ihre Berechnungen zunächst auf einem vorab ausgewählten monatlichen Rechnungsbetrag. Bei Bedarf können Sie einen anderen Betrag auswählen, der Ihre durchschnittliche monatliche Rechnung genauer widerspiegelt.
Anhand des Betrags einer monatlichen Rechnung und der aktuellen Stromkosten an einem bestimmten Standort kann die Solar API die Anzahl der Kilowattstunden (kWh) Strom schätzen, die ein Haushalt pro Monat verbraucht. Für die aktuellen Stromkosten in den USA und zur Bestimmung der kWh aus einer monatlichen Rechnung greift die Solar API auf Datenbanken von Clean Power Research zurück.
Anhand der Anzahl der kWh, die ein Haushalt verbraucht, der nutzbaren Fläche des Hausdachs und des Solarpotenzials des Standorts des Hauses bewertet die Solar API eine oder mehrere mögliche Größen von Solaranlagen und empfiehlt die Größe, mit der sich die größten Einsparungen erzielen lassen.
Die Größe einer Solaranlage wird anhand ihrer kW-Leistung gemessen. Die kW-Leistung hängt von der Anzahl der Solarmodule in der Konfiguration und der Leistung jedes Moduls ab, gemessen in Watt.
Die kW-Leistung einer Anlage ist nicht dasselbe wie die Energieausgabe einer Anlage, die in kWh gemessen wird und variabel ist. Die kWh-Ausgabe einer Anlage hängt von Faktoren wie den folgenden ab:
- Tageszeit
- Wetter
- Ausrichtung des Moduls zur Sonne
- Schatten, die von nahe gelegenen Objekten auf die Module geworfen werden
- Regionales Solarpotenzial
- Alter der Anlage
Die Solar API berücksichtigt bei der Schätzung der jährlichen Energieerzeugung einer Solaranlage Faktoren wie das regionale Solarpotenzial und das Alter der Anlage.
Um die nutzbare Fläche eines Daches zu bestimmen und die Größe der Solaranlage zu schätzen, die es tragen kann, verwendet die Solar API Luftaufnahmen und eine komplexe 3D-Modellierung.
Detaillierte Erläuterung der Werte und Berechnungen
In den folgenden Abschnitten wird erläutert, wie die Solar API die Kosten, Einsparungen und Größen von Solaranlagen für ein bestimmtes Gebäude in den USA berechnet.
In den Erklärungen der Berechnungen werden Begriffe verwendet, um Werte in den Berechnungen darzustellen. Eine Erläuterung der Begriffe finden Sie unter Definition der in unseren Berechnungen verwendeten Begriffe.
Jährlicher Energieverbrauch des Haushalts
Wie bereits erwähnt, bestimmt die Solar API den monatlichen Stromverbrauch anhand des monatlichen Rechnungsbetrags und der Stromkosten am Standort des Haushalts. Nachdem wir den monatlichen Stromverbrauch eines Haushalts ermittelt haben, berechnen wir den jährlichen Energieverbrauch in kWh mit der folgenden Formel:
annualKWhEnergyConsumption = monthlyKWhEnergyConsumption x 12
Es wird davon ausgegangen, dass der Energieverbrauch eines Haushalts über die Lebensdauer einer Solaranlage hinweg Jahr für Jahr gleich bleibt. Die Solar API geht von einer Lebensdauer von 20 Jahren für eine Solaranlage aus.
Jährliche Solarstromerzeugung
Die Solar API schätzt die jährliche Energieerzeugung einer Solaranlage anhand von Faktoren wie der Intensität des Sonnenlichts, dem Winkel des Sonnenlichts und der Anzahl der Stunden mit nutzbarem Sonnenlicht, die eine Region jährlich erhält.
Solaranlagen erzeugen Gleichstrom, der von einem Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt werden muss, bevor Sie ihn in Ihrem Zuhause verwenden können. Bei der Umwandlung geht etwas Strom verloren. Wie viel verloren geht, hängt vom Wirkungsgrad des Wechselrichters ab.
Der Wirkungsgrad des Umwandlungsprozesses wird als DC to AC derate bezeichnet. Um den Verlust zu berücksichtigen, multipliziert die Solar API die jährliche Leistung der Solaranlage mit einem DC to AC derate von 0,85. Das Ergebnis ist die jährliche Produktion von Wechselstrom, wie in der folgenden Formel dargestellt:
initialAcKwhPerYear = yearlyEnergyDcKwh x 0.85
Die Energiemenge, die eine Anlage erzeugt, sinkt über die Lebensdauer der Anlage hinweg jedes Jahr um etwa 0,5 %. Um dies zu berücksichtigen, multipliziert die Solar API nach dem ersten Jahr die jährliche Wechselstromausgabe einer Anlage jedes Jahr über die geschätzte Lebensdauer von 20 Jahren mit 99,5 % oder 0,995. Dies wird in der folgenden Tabelle veranschaulicht.
| Jahr | Jährliche Solarstromerzeugung (kWh) |
|---|---|
| 1 | initialAcKwhPerYear |
| 2 | initialAcKwhPerYear × 0,995 |
| : | : |
| 20 | initialAcKwhPerYear × 0,99519 |
Da die Effizienz der Solarmodule mit einer konstanten Rate abnimmt, handelt es sich im Wesentlichen um eine geometrische Reihe, wobei a = initialAcKwhPerYear und r = efficiencyDepreciationFactor. Mit einer geometrischen Summe können wir LifetimeProductionAcKwh berechnen:
LifetimeProductionAcKwh = (dcToAcDerate * initialAcKwhPerYear * (1 - pow(efficiencyDepreciationFactor, installationLifeSpan)) / (1 - efficiencyDepreciationFactor))Stromkosten mit Solaranlage
Wenn die Größe einer Anlage durch die Dachgröße oder andere Faktoren begrenzt ist, erzeugt die Solaranlage möglicherweise weniger Strom, als ein Haushalt verbraucht. In diesen Fällen muss der Haushalt wahrscheinlich jedes Jahr einen bestimmten Betrag an Strom von einem Energieversorger beziehen, wie in der folgenden Formel dargestellt:
annualKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear = annualUtilityEnergyRequired
Um diese Kosten zu berücksichtigen, wendet die Solar API ein Modell für die Rechnungsbeträge auf die geschätzte Strommenge in kWh an, die der Haushalt über die Lebensdauer der Solaranlage hinweg von einem Energieversorger beziehen muss. Die folgende Formel veranschaulicht diese Berechnung:
annualUtilityBillEstimate = billCostModel(utilityEnergyRequired)
Um die jährliche Steigerung der Stromkosten zu berücksichtigen, wenden wir für Standorte in den USA einen costIncreaseFactor von 2,2 % oder 0, 22 pro Jahr an:
costIncreaseFactor = 1 + 2.2% = 1.022
Aufgrund der Inflation müssen wir den Wert der Währung in unseren Schätzungen der zukünftigen Kosten abdiskontieren. Um dies zu berücksichtigen, wenden wir auf unser Modell für Standorte in den USA einen Abzinsungssatz von 4 % an:
discountRate = 1 + 4% = 1.04
In der folgenden Tabelle wird dargestellt, wie die Stromrechnung für jedes Jahr über die Lebensdauer einer Solaranlage hinweg berechnet wird. Die remainingLifetimeUtilityBill ist die Summe der Stromrechnungen für jedes der 20 Jahre der Lebensdauer der Solaranlage.
| Jahr | Jährliche Stromrechnung in aktueller lokaler Währung (USD) (annualUtilityBillEstimate) |
|---|---|
| 1 | billCostModel (yearlyKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear) = annualUtilityBillEstimateYear1 |
| 2 | billCostModel (yearlyKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear × 0,995) × 1,022 / 1,04 = annualUtilityBillEstimateYear2 |
| : | : |
| 20 | billCostModel (yearlyKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear × 0,99519) × 1,02219 / 1,0419 = annualUtilityBillEstimateYear2 |
| Gesamt | remainingLifetimeUtilityBill = annualUtilityBillEstimateYear1 + annualUtilityBillEstimateYear2 + …. + annualUtilityBillEstimateYear20 |
Stromkosten ohne Solaranlage
Um zu berechnen, wie viel ein Haushalt durch die Installation einer Solaranlage sparen kann, müssen wir auch berechnen, wie viel der Haushalt ohne Solaranlage zahlen müsste.
Auch hier müssen wir die steigenden Stromkosten und die Inflation berücksichtigen, indem wir den costIncreaseFactor von 1,022 und den discountRate von 1,04 auf die Berechnung anwenden, wie wir es bei der Berechnung der Stromkosten mit Solaranlage getan haben.
In der folgenden Tabelle wird dargestellt, wie die Stromrechnung ohne Solaranlage für jedes Jahr über die Lebensdauer einer Solaranlage hinweg berechnet wird. Die costOfElectricityWithoutSolar ist die Summe der Stromrechnungen für denselben Zeitraum von 20 Jahren, den wir für die Stromkosten mit Solaranlage verwendet haben.
| Jahr | Jährliche Stromrechnung (USD) |
|---|---|
| 1 | monthlyBill × 12 |
| 2 | monthlyBill × 12 × 1,022 / 1,04 |
| : | : |
| 20 | monthlyBill × 12 × 1,02219 / 1,0419 |
| Gesamt | Summe aller jährlichen Rechnungen, die auch als costOfElectricityWithoutSolar = 204,35 × monthlyBill ausgedrückt werden kann |
Kosten für die Installation einer Solaranlage
Die Solar API berücksichtigt die Kosten für die Installation der empfohlenen Solarkonfiguration in den Schätzungen, die sie liefert. Um die Kosten für eine Installation zu schätzen, verwendet die Solar API ein lokalisiertes Kostenmodell für die Installation und die Größe der Anlage.
installationCost = InstallationCostModel (installationSize)
Incentives
Staatliche Stellen bieten möglicherweise Anreize für die Installation von Solaranlagen. Die Anreize erfolgen oft in Form von Steuergutschriften. Anhand des Standorts eines Haushalts zieht die Solar API alle Anreize, die dem Haushalt derzeit zur Verfügung stehen, von der Schätzung der Gesamtkosten ab.
Gesamtkosten mit Solaranlage
Die Solar API berechnet die Gesamtkosten für 20 Jahre einer Solarkonfiguration mit der folgenden Formel:
totalCostWithSolar = installationCost + remainingLifetimeUtilityBill - incentives
Gesamteinsparungen
Die Solar API berechnet die Einsparungen für den Haushalt mit der folgenden Formel:
savings = costOfElectricityWithoutSolar - totalCostWithSolar
Die Solar API führt die oben genannten Berechnungen für jede mögliche Anlagengröße durch und empfiehlt dann die Anlagengröße, mit der sich die größten Einsparungen für den Haushalt erzielen lassen. Der Betrag der geschätzten Einsparungen wird mit der Empfehlung zurückgegeben.