Tính toán chi phí sử dụng năng lượng mặt trời và khoản tiết kiệm cho các vị trí không ở Hoa Kỳ

Phần này mô tả cách thực hiện các phép tính cho phép bạn xác định cấu hình năng lượng mặt trời tốt nhất cho hộ gia đình ở các khu vực ngoài Hoa Kỳ. Cách tính các đề xuất, bạn cần lập mô hình chi phí lắp đặt tấm pin năng lượng mặt trời và số tiền tiết kiệm được bằng cách sử dụng dữ liệu từ API năng lượng mặt trời của bạn.

Đối với các địa điểm ở Hoa Kỳ, API năng lượng mặt trời trả về một phiên bản của Đối tượng FinancialAnalysis đối với từng hoá đơn tiền điện ở vị trí đầu vào. Bạn sử dụng thông tin trong những trường hợp này để xác định hoá đơn, năng lượng mức tiêu thụ năng lượng và cuối cùng là mức tiết kiệm liên quan đến mỗi bức xạ năng lượng mặt trời kích thước cài đặt.

Đối với những vị trí không ở Hoa Kỳ, phản hồi của API không bao gồm FinancialAnalysis nên bạn phải tính toán chi phí và số tiền tiết kiệm được cho mỗi chiến dịch năng lượng mặt trời trước khi bạn có thể đề xuất cấu hình phù hợp nhất. Để thực hiện các phép tính toán khác, bạn cần thu thập dữ liệu theo vị trí cụ thể và làm theo hướng dẫn trong tài liệu này.

Bạn có thể lập mô hình các phép tính của mình dựa trên các tính toán mà API năng lượng mặt trời sử dụng cho các địa điểm ở Hoa Kỳ. Để xem nội dung giải thích về các phép tính này, hãy xem bài viết Tính toán tiết kiệm chi phí (Hoa Kỳ).

Cấu hình tấm pin năng lượng mặt trời

Đối với những địa điểm không thuộc Hoa Kỳ, thông tin về từng cấu hình tấm pin năng lượng mặt trời mà dữ liệu bạn cần để phân tích tài chính trong trường SolarPanelConfig. Số lượng thực thể SolarPanelConfig được trả về tuỳ thuộc vào mái nhà kích thước của vị trí nhập. Để tính toán, bạn cần các giá trị từ hai trường sau đây:

• panelsCount: Số lượng bảng điều khiển được dùng trong cấu hình này.
• yearlyEnergyDcKwh: Lượng năng lượng mặt trời, tính bằng kWh điện một chiều, mà cấu hình này tạo ra trong khoảng thời gian một năm, dựa vào bảng điều khiển kích thước được xác định bởi các trường sau trong đối tượng SolarPotential:
  • panelHeightMeters: Chiều cao của bảng điều khiển tính bằng mét.
  • panelWidthMeters: Chiều rộng của bảng điều khiển tính bằng mét.
  • panelCapacityWatts: Mức xếp hạng công suất của bảng điều khiển tính bằng watt.

Ví dụ sau đây cho thấy một thực thể của đối tượng SolarPanelConfig trong Trường solarPanelConfigs trong phản hồi yêu cầu:

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

Đối với các hệ thống năng lượng mặt trời, installationSize là công suất đầu ra kW chứ không phải số lượng khu vực hoặc bảng điều khiển và được định nghĩa là:

installationSize = panelsCount * panelCapacityWatts/1000 kW

Điều chỉnh mức sản xuất năng lượng ước tính cho các điểm xếp hạng khác nhau của bảng điều khiển

Để tính toán giá trị yearlyEnergyDcKwh, API năng lượng mặt trời sử dụng năng lượng công suất trong trường panelCapacityWatts (hiện là 250W).

Nếu bạn cần sử dụng một thông số xếp hạng công suất của bảng điều khiển khác trong phép tính của mình và kích thước của các bảng này gần tương đương với giá trị trong bảng Trường panelHeightMeters và panelWidthMeters, bạn có thể điều chỉnh bằng cách nhân giá trị được API trả về trong Trường yearlyEnergyDcKwh theo tỷ lệ công suất định mức của bạn so với giá trị trong panelCapacityWatts.

Ví dụ: nếu công suất định mức của bảng điều khiển là 400 W và panelCapacityWatts là 250 W, hãy nhân giá trị của yearlyEnergyDcKwh mà API được tính bằng sử dụng panelCapacityWatts theo hệ số 400/250 hoặc 1,6. Nếu bảng điều khiển của bạn bật nguồn công suất định mức là 200W, hãy nhân yearlyEnergyDcKwh với 200/250 hoặc 0, 8.

Sản xuất quá mức năng lượng

Tính đến lượng năng lượng dư thừa có thể được tạo ra từ việc lắp đặt năng lượng mặt trời là nằm ngoài phạm vi của các tính toán của API năng lượng mặt trời. Trên thực tế, nếu năng lượng mặt trời API trả về nhiều thực thể SolarPanelConfig có thể có cho một hộ gia đình cụ thể, API năng lượng mặt trời không xem xét kết quả hoặc cấu hình tạo ra nhiều điện năng hơn mức tiêu thụ trung bình của hộ gia đình giả định ở Hoa Kỳ ở FinancialAnalysis

Tuy nhiên, bạn có thể có lý do để bao gồm việc cài đặt gây ra lỗi trong các đề xuất của bạn. Ví dụ: bạn có thể muốn bù trừ sự suy giảm dần hiệu suất của bảng điều khiển (efficiencyDepreciationFactor) cho phép sản xuất quá mức trong phần đầu tiên của vòng đời lắp đặt. Cho để biết thêm thông tin, hãy xem Các giá trị bắt buộc đối với nhóm tài chính .

Cho dù lý do là gì, nếu bạn bao gồm việc lắp đặt năng lượng mặt trời tạo ra điện trong các tính toán của mình, nhưng xin lưu ý rằng các phép tính Giải thích tại đây không đề cập đến trường hợp đó.

Các giá trị bắt buộc đối với bản phân tích tài chính đối với những địa điểm không ở Hoa Kỳ

Từ mỗi thực thể SolarPanelConfig trong phản hồi của API, bạn cần có 2 giá trị để thực hiện phân tích tài chính trong trường hợp đó:

• panelsCount: Số lượng tấm pin năng lượng mặt trời trong một lượt lắp đặt. Bạn sử dụng giá trị này khi tính toán installationSize.
• yearlyEnergyDcKwh: Lượng năng lượng mặt trời mà một bố cục thu được trên thời gian một năm tính bằng kWh điện một chiều, dựa trên panelsCount cụ thể. Bạn sử dụng giá trị này trong tính toán về năng lượng mặt trời có thể sử dụng làm Điện AC trong một hộ gia đình (initialAcKwhPerYear) mỗi loại installationSize, có tính đến mọi tổn thất năng lượng trong thời gian chuyển đổi từ một chiều sang điện xoay chiều.

Ngoài ra, bạn cần thu thập các giá trị có vị trí cụ thể cho các dữ liệu sau mà bạn sẽ sử dụng trong tính toán:

• billCostModel(): Mô hình để xác định chi phí, theo địa phương tiền tệ mà hộ gia đình phải trả khi sử dụng một số kWh nhất định. Bao nhiêu phí sử dụng điện có thể thay đổi theo ngày hoặc theo giờ tuỳ thuộc vào những yếu tố như nhu cầu, thời gian trong ngày và lượng điện tiêu dùng của hộ gia đình. Bạn có thể cần ước tính chi phí trung bình.
• costIncreaseFactor: Yếu tố theo đó chi phí điện đều tăng hằng năm. năng lượng mặt trời API sử dụng 1.022 (2,2% hàng năm tăng) cho các địa điểm ở Hoa Kỳ. Điều chỉnh giá trị này nếu cần đối với khu vực của bạn.
• dcToAcDerate: Hiệu suất mà bộ biến tần chuyển đổi nguồn điện một chiều điện do các tấm pin mặt trời tạo ra thành điện xoay chiều được dùng trong hộ gia đình. năng lượng mặt trời API sử dụng 85% cho Hoa Kỳ vị trí. Điều chỉnh giá trị này nếu cần đối với khu vực của bạn.
• discountRate: năng lượng mặt trời API sử dụng 1.04 (4% hằng năm tăng) cho các địa điểm ở Hoa Kỳ. Điều chỉnh giá trị này nếu cần đối với khu vực của bạn.
• efficiencyDepreciationFactor (Hệ số hiệu suất): Hiệu suất của năng lượng mặt trời đến mức nào bảng này giảm xuống mỗi năm. API mặt trời sử dụng 0,995 (0,5% mức giảm hằng năm) đối với các địa điểm ở Hoa Kỳ. Hãy điều chỉnh giá trị này nếu cần cho .
• ưu đãi: Bao gồm mọi ưu đãi bằng tiền để lắp đặt tấm pin năng lượng mặt trời do cơ quan chính phủ tại khu vực của bạn cung cấp.
• installationCostModel(): Phương pháp của bạn để ước tính chi phí lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời bằng nội tệ cho một installationSize cụ thể. Chi phí thường sẽ tính đến chi phí nhân công và vật tư tại địa phương cho một installationSize.
• installationLifeSpan: Tuổi thọ dự kiến của hệ thống năng lượng mặt trời. Thời hạn sử dụng của API năng lượng mặt trời là 20 năm. Hãy điều chỉnh giá trị này nếu cần cho .
• kWhConsumptionModel(): Mô hình của bạn để xác định mức năng lượng mà một mức chi tiêu của hộ gia đình dựa trên hoá đơn hằng tháng. Nói một cách đơn giản nhất, bạn sẽ chia hoá đơn cho chi phí trung bình của một kWh tại vị trí của hộ gia đình.
• monthlyBill: hoá đơn tiền điện trung bình hằng tháng cho một chủ đề hộ gia đình.
• monthlyKWhEnergyConsumption: Số liệu ước tính về lượng điện năng hộ gia đình tại một địa điểm cụ thể tiêu thụ trong một tháng, được đo tính bằng KWh.

Với các giá trị này và thông tin do phản hồi của API cung cấp, bạn có thể thực hiện các tính toán cần thiết để đề xuất installationSize phù hợp nhất cho các vị trí không thuộc phạm vi điều chỉnh của API năng lượng mặt trời.

Các bước tính toán

Các bước sau đây dựa trên phương pháp của Sun API. Bạn có thể cần điều chỉnh phương pháp của mình dựa trên thông tin có sẵn cho vị trí của bạn.

1. Tính toán mức tiêu thụ năng lượng hằng năm của hộ gia đình ở đầu vào vị trí:

   1. Ước tính hoặc yêu cầu hoá đơn hằng tháng của hộ gia đình.
   2. Tính monthlyKWhEnergyConsumption từ hóa đơn hằng tháng. (Nếu nếu biết monthlyKWhEnergyConsumption, bạn có thể bỏ qua bước này.) Ví dụ:

   monthlyKWhEnergyConsumption = kWhConsumptionModel(monthlyBill)

   1. Tính annualKWhEnergyConsumption bằng cách nhân monthlyKWhEnergyConsumption trước 12:

   annualKWhEnergyConsumption = monthlyKWhEnergyConsumption x 12

2. Nhận phản hồi của API cho hộ gia đình mục tiêu:

   https://solar.googleapis.com/v1/buildingInsights:findClosest?location.latitude=lat-number&location.longitude=long-number&key=yourAPIKey
   

   Câu trả lời bao gồm ánh nắng hữu dụng, không gian mái có thể sử dụng và một hoặc nhiều các cấu hình tấm pin năng lượng mặt trời.

3. Tính toán sản lượng AC năng lượng mặt trời hàng năm của mỗi installationSize mà API đề xuất bằng cách nhân yearlyEnergyDcKwh giá trị do API cung cấp trong mỗi phiên bản SolarPanelConfig do dcToAcDerate:

   initialAcKwhPerYear = yearlyEnergyDcKwh x dcToAcDerate

4. Không bắt buộc phải loại bỏ khỏi cân nhắc mọi thực thể SolarPanelConfig tạo ra nhiều điện hơn mức tiêu thụ hằng năm của một hộ gia đình (initialAcKwhPerYear > initialAcKwhPerYear).

5. Tính toán sản lượng năng lượng mặt trời toàn thời gian (LifetimeProductionAcKwh) của mỗi installationSize được trả về:

   1. Để biết thời gian hoạt động của hệ thống năng lượng mặt trời trong mỗi năm, hãy tính toán lượng điện mà hệ thống này sẽ sản xuất hằng năm, áp dụng efficiencyDepreciationFactor theo cấp số nhân cho mỗi năm sau đầu tiên.
   2. Cộng tổng số cho tất cả các năm.

   Bảng sau đây trình bày một ví dụ về cách tính năng lượng vòng đời sản xuất giả định thời gian cài đặt installationLifeSpan là 20 năm. Mỗi hàng thể hiện một năm sản xuất. Sau năm đầu tiên, hiệu suất mức giảm được áp dụng theo cấp số nhân. Cuối cùng, tổng của tất cả các hàng là sản xuất năng lượng lâu dài của việc lắp đặt năng lượng mặt trời.

   Năm	Sản lượng năng lượng mặt trời hàng năm (kWh)
   1	initialAcKwhPerYear
   2	+ initialAcKwhPerYear x efficiencyDepreciationfactor
   :	:
   20	+ initialAcKwhPerYear x efficiencyDepreciationfactor19
   Tổng	LifetimeProductionAcKwh

Vì hiệu suất của tấm pin năng lượng mặt trời phân rã với tốc độ không đổi, nên về cơ bản chuỗi cấp số nhân với a = initialAcKwhPerYear và r = Hệ số khấu trừ hiệu quả. Chúng ta có thể sử dụng tổng hình học để tính LifetimeProductionAcKwh:

LifetimeProductionAcKwh = (dcToAcDerate * initialAcKwhPerYear * (1 - pow(efficiencyDepreciationFactor, installationLifeSpan)) / (1 - efficiencyDepreciationFactor))

Đoạn mã Python sau đây tính tổng hình học ở trên:

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

1. Đối với mỗi installationSize được trả về, hãy tính chi phí trọn đời của mức tiêu thụ năng lượng nếu installationSize được cài đặt:

   1. Để biết thời gian hoạt động của hệ thống năng lượng mặt trời trong mỗi năm, hãy tính toán chi phí điện mà hộ gia đình sẽ cần mua hàng năm để mức tiêu thụ năng lượng mà năng lượng mặt trời không đáp ứng được. Sử dụng các giá trị cho annualKWhEnergyConsumption và initialAcKwhPerYear mà bạn tính toán trước đó. Đối với mỗi năm sau năm đầu tiên, hãy áp dụng efficiencyDepreciationFactor (Hệ số hiệu suất), efficiencyDepreciationFactor (Hệ số tăng chi phí) và discountRate vào giá trị.
   2. Cộng tổng số cho tất cả các năm.

   Bảng sau đây trình bày một ví dụ về cách tính chi phí vòng đời điện. Mỗi hàng thể hiện chi phí điện trong một năm trong vòng đời lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời. Sau năm đầu tiên, cả hai giá điện tăng thêm và mức chiết khấu được áp dụng theo cấp số nhân. Cuối cùng, tổng tất cả các hàng là chi phí vòng đời của điện năng nhờ hệ thống năng lượng mặt trời.

   Năm	Hoá đơn dịch vụ tiện ích hằng năm tính theo giá trị nội tệ hiện tại (USD) (annualUtilityBillEstimate)
   1	annualUtilityBillEstimateYear1
   2	annualUtilityBillEstimateYear2
   :	:
   20	annualUtilityBillEstimateYear20 = billCostModel (yearlyKWhEnergyConsumption - tiên phát
   Tổng	remainingLifetimeUtilityBill

Đoạn mã Python sau đây trả về một mảng annualUtilityBillEstimate cho hằng năm trong 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

1. Tính toán chi phí điện vòng đời nếu không lắp đặt năng lượng mặt trời đã cài đặt:

   1. Để biết thời gian hoạt động của hệ thống năng lượng mặt trời trong mỗi năm, hãy tính toán chi phí điện mà hộ gia đình sẽ cần phải mua hàng năm nếu năng lượng mặt trời chưa được lắp đặt. Sử dụng giá trị cho monthlyBill. Mỗi năm sau năm đầu tiên, hãy áp dụng costIncreaseFactor và discountRate thành monthlyBill.
   2. Cộng tổng số cho tất cả các năm.

   Bảng sau đây trình bày một ví dụ về cách tính chi phí vòng đời điện nếu không có năng lượng mặt trời. Mỗi hàng thể hiện chi phí của điện trong một năm trong cùng số năm với tuổi thọ của hệ thống năng lượng mặt trời. Sau năm đầu tiên, cả hai chi phí tăng thêm là và lãi suất chiết khấu được áp dụng theo cấp số nhân. Cuối cùng, tổng của tất cả các hàng là chi phí điện sử dụng lâu dài nếu không tính năng lượng mặt trời cài đặt.

   Năm	Hoá đơn dịch vụ tiện ích hằng năm tính theo giá trị nội tệ hiện tại
   1	annualBill = monthlyBill x 12
   2	annualBill = monthlyBill x 12 x cost increasedFactor / discountRate
   :	:
   20	annualBill = monthlyBill x 12 x costriseFactor19 / discountRate19
   Tổng	costOfElectricityWithoutSolar

Mã sau đây sẽ thực hiện phép tính ở trên:

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

1. Đối với mỗi kích thước lắp đặt, hãy tính chi phí lắp đặt:

   installationCost = installationCost(installationSize)

2. Thêm các ưu đãi bằng tiền dành cho hộ gia đình vị trí.

3. Đối với mỗi kích thước lắp đặt, hãy tính tổng chi phí liên quan đến lắp đặt năng lượng mặt trời:

   totalCostWithSolar = installationCost + progressLifetimeUtilityBill – ưu đãi

4. Đối với mỗi kích thước lắp đặt, hãy tính tổng mức tiết kiệm tương ứng với lắp đặt năng lượng mặt trời:

   Tiết kiệm = costOfElectricity khỏiSolar - totalCostWithSolar

5. Chọn kích thước cài đặt giúp tiết kiệm nhiều nhất.

Khi hệ thống tính toán xong

Dựa trên thông tin bạn cung cấp, thông tin do năng lượng mặt trời API cũng như các tính toán ở trên, bạn sẽ có thể đề xuất quy mô lắp đặt năng lượng mặt trời giúp tiết kiệm tối đa chi phí cho các hộ gia đình tại khu vực của bạn.

Trong đề xuất dành cho người dùng cuối, bạn cũng có thể thêm những thông tin sau mà API trả về trong SolarPotential đối tượng của trường solarPotential:

• Lượng ánh sáng mặt trời có thể sử dụng mà một ngôi nhà nhận được hàng năm, giá trị này được trả lại trong Trường maxSunshineHoursPerYear của đối tượng SolarPotential.
• Có thể dùng bao nhiêu feet vuông của một mái nhà để lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời, tức là sẽ được trả về trong trường wholeRoofStats của đối tượng SolarPotential.
• Hoá đơn tiền điện trung bình hằng tháng của hộ gia đình.