חישוב העלויות והחיסכון של אנרגיה סולארית במיקומים מחוץ לארה"ב

בקטע הזה מוסבר איך לבצע את החישובים שיעזרו לכם לקבוע את ההגדרה הטובה ביותר של מערכת סולארית למשקי בית במיקומים מחוץ לארה"ב. כדי לחשב את ההמלצות, צריך ליצור מודל של עלויות ההתקנה של פאנלים סולאריים ושל החיסכון שהם מספקים באמצעות הנתונים מתגובת Solar API.

במיקומים בארה"ב, Solar API מחזיר מופע של אובייקט FinancialAnalysis לכל גודל של חשבון חשמל במיקום הקלט. המידע הזה יעזור לכם לקבוע את סכום החשבון, את צריכת האנרגיה ובסופו של דבר את החיסכון שמשויך לכל גודל של מערכת סולארית.

במיקומים מחוץ לארה"ב, התגובה של ה-API לא כוללת את המקרים של FinancialAnalysis, ולכן צריך לחשב את העלות והחיסכון של כל הגדרה של מערכת סולארית כדי להמליץ על ההגדרה הכי טובה. כדי לבצע את החישובים, צריך לאסוף נתונים ספציפיים למיקום ולפעול לפי ההנחיות במסמך הזה.

אתם יכולים לבסס את החישובים שלכם על החישובים שמתבצעים ב-Solar API עבור מיקומים בארה"ב. הסבר על החישובים האלה מופיע במאמר חישוב החיסכון בעלויות (ארה"ב).

הגדרות של לוחות סולאריים

במיקומים מחוץ לארה"ב, המידע על כל הגדרה של פאנל סולארי שנדרש לניתוח פיננסי מופיע בשדה SolarPanelConfig. מספר המקרים של SolarPanelConfig שמוחזרים תלוי בגודל הגג של מיקום הקלט. כדי לבצע את החישובים, צריך להשתמש בערכים משני השדות הבאים:

• ‫panelsCount: מספר החלוניות שמשמשות בהגדרה הזו.
• ‫yearlyEnergyDcKwh: כמות האנרגיה הסולארית, בקילוואט-שעה של חשמל DC, שהתצורה הזו מייצרת במהלך שנה, בהינתן גודל הפאנל שמוגדר בשדות הבאים באובייקט SolarPotential:
  • ‫panelHeightMeters: גובה הפאנל במטרים.
  • ‫panelWidthMeters: רוחב החלונית במטרים.
  • ‫panelCapacityWatts: דירוג ההספק של הפאנל בוואט.

בדוגמה הבאה מוצג מופע אחד של האובייקט SolarPanelConfig בשדה solarPanelConfigs בתגובה לבקשה:

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

במקרה של מתקנים סולאריים, installationSize מתייחס לתפוקה בקילוואט ולא לשטח או למספר הלוחות, והוא מוגדר כך:

installationSize = panelsCount * panelCapacityWatts/1000 kW

התאמת הערכות ייצור האנרגיה לדירוגים שונים של פאנלים

כדי לחשב את הערך של yearlyEnergyDcKwh, Solar API משתמש בדירוג ההספק בשדה panelCapacityWatts, שהוא כרגע 400W.

אם אתם צריכים להשתמש בדירוג הספק שונה של הפאנל בחישובים שלכם, והמידות של הפאנלים דומות בערך לערכים בשדות panelHeightMeters ו-panelWidthMeters, אתם יכולים להתאים את החישובים שלכם על ידי הכפלת הערך שמוחזר על ידי ה-API בשדה yearlyEnergyDcKwh ביחס בין דירוג הספק שלכם לבין הערך בשדה panelCapacityWatts.

לדוגמה, אם דירוג ההספק של הפאנלים הוא 500 ואט והערך של panelCapacityWatts הוא 400 ואט, צריך להכפיל את הערך של yearlyEnergyDcKwh, שחושב על ידי ה-API באמצעות panelCapacityWatts, בפקטור של 500/400, כלומר 1.25. אם דירוג ההספק של הפאנל הוא 200W, מכפילים את yearlyEnergyDcKwh ב-200/400, או ב-0.5.

ייצור עודף של אנרגיה

החישובים ב-Solar API לא כוללים אנרגיה עודפת שעשויה להיות מיוצרת על ידי מערכת סולארית. למעשה, אם Solar API מחזיר כמה מופעים אפשריים של SolarPanelConfig עבור משק בית מסוים, הוא לא מתייחס לתוצאות או להגדרות שמפיקות יותר חשמל מהצריכה הממוצעת המשוערת של משק בית בארה"ב ב-FinancialAnalysis.

עם זאת, יכול להיות שיש לכם סיבות לכלול בהמלצות התקנות שמייצרות עודף חשמל. לדוגמה, יכול להיות שתרצו לקזז את הירידה ההדרגתית ביעילות של הפאנל (efficiencyDepreciationFactor) על ידי מתן אפשרות לייצור עודף בחלק הראשון של חיי ההתקנה. למידע נוסף, ראו ערכים נדרשים לניתוח פיננסי.

לא משנה מה הסיבות שלכם, אם אתם כוללים בחישובים שלכם מתקנים סולאריים שמייצרים עודף חשמל, חשוב שתדעו שהחישובים שמוסברים כאן לא מתייחסים לתרחיש הזה.

ערכים נדרשים לניתוח פיננסי במיקומים מחוץ לארה"ב

מכל מופע של SolarPanelConfig בתגובת ה-API, צריך שני ערכים כדי לבצע את הניתוח הפיננסי של המופע הזה:

• ‫panelsCount: מספר הלוחות הסולאריים במתקן. משתמשים בערך הזה בחישוב של installationSize.
• ‫yearlyEnergyDcKwh: כמות האנרגיה הסולארית שפריסת הפאנלים קולטת במהלך שנה, בקוט"ש של חשמל DC, בהינתן panelsCount ספציפי. משתמשים בערך הזה בחישוב של האנרגיה הסולארית שאפשר להשתמש בה כחשמל בזרם חילופין (AC) במשק בית (initialAcKwhPerYear) של כל installationSize, תוך התחשבות באובדן אנרגיה במהלך ההמרה מזרם ישר (DC) לזרם חילופין (AC).

בנוסף, צריך לאסוף ערכים ספציפיים למיקום עבור המשתנים הבאים, שבהם תשתמשו בחישובים:

• ‫billCostModel(): המודל שלכם לקביעת העלות במטבע המקומי שמשק בית משלם על שימוש במספר מסוים של קוט"ש. התעריף שחברת החשמל גובה משתנה מיום ליום או משעה לשעה, בהתאם לגורמים כמו ביקוש, השעה ביום וכמות החשמל שהמשק צורך. יכול להיות שתצטרכו לאמוד את העלות הממוצעת.
• ‫costIncreaseFactor: הפקטור שבו עלות החשמל גדלה מדי שנה. ב-Solar API נעשה שימוש בערך 1.022 (עלייה שנתית של 2.2%) למיקומים בארה"ב. אפשר לשנות את הערך הזה לפי הצורך באזור שלכם.
• ‫dcToAcDerate: היעילות שבה מהפך מתח ממיר את החשמל בזרם ישר (DC) שמיוצר על ידי הלוחות הסולאריים לחשמל בזרם חילופין (AC) שמשמש במשק בית. ב-Solar API משתמשים ב-85% למיקומים בארה"ב. אפשר לשנות את הערך הזה לפי הצורך באזור שלכם.
• ‫discountRate: ב-Solar API נעשה שימוש בערך 1.04 (עלייה שנתית של 4%) למיקומים בארה"ב. אפשר לשנות את הערך הזה לפי הצורך באזור שלכם.
• ‫efficiencyDepreciationFactor: עד כמה היעילות של הפאנלים הסולאריים יורדת בכל שנה. ב-Solar API, הערך שמשמש למיקומים בארה"ב הוא 0.995 (ירידה שנתית של 0.5%). אפשר לשנות את הערך הזה לפי הצורך באזור שלכם.
• תמריצים: כוללים תמריצים כספיים להתקנת לוחות סולאריים שניתנים על ידי גופים ממשלתיים באזור שלכם.
• ‫installationCostModel(): השיטה שלכם להערכת עלות ההתקנה של מערכת סולארית במטבע מקומי עבור installationSize מסוים. מודל העלויות בדרך כלל יכלול עלויות מקומיות של עבודה וחומרים עבור installationSize מסוים.
• ‫installationLifeSpan: משך החיים הצפוי של המערכת הסולארית. ב-Solar API משתמשים בנתונים של 20 שנה. אפשר לשנות את הערך הזה לפי הצורך באזור שלכם.
• ‫kWhConsumptionModel(): המודל שלכם לקביעת כמות האנרגיה שמשק בית צורך על סמך חשבון חודשי. בצורה הפשוטה ביותר, מחלקים את סכום החשבון בעלות הממוצעת של קוט"ש (קילוואט-שעה) במיקום של משק הבית.
• ‫monthlyBill: חשבון החשמל החודשי הממוצע של משק בית מסוים.
• ‫monthlyKWhEnergyConsumption: אומדן של כמות החשמל הממוצעת שמשק בית במיקום נתון צורך בחודש, שנמדדת בקוט"ש.

בעזרת הערכים האלה והמידע שמופיע בתגובת ה-API, אפשר לבצע את החישובים הנדרשים כדי להמליץ על installationSize הכי טוב למיקומים שלא נכללים ב-Solar API.

שלבי החישוב

השלבים הבאים מבוססים על המתודולוגיה של Solar API. יכול להיות שתצטרכו לשנות את המתודולוגיה בהתאם למידע שזמין לגבי המיקום שלכם.

1. חישוב צריכת האנרגיה השנתית של משק הבית במיקום הקלט:

   1. אפשר להעריך או לבקש את החשבון החודשי למשק הבית.
   2. מחשבים את monthlyKWhEnergyConsumption מתוך החשבון החודשי. (אם אתם יודעים את monthlyKWhEnergyConsumption, אתם יכולים לדלג על השלב הזה). לדוגמה:

   ‫monthlyKWhEnergyConsumption = kWhConsumptionModel(monthlyBill)

   1. כדי לחשב את annualKWhEnergyConsumption, מכפילים את monthlyKWhEnergyConsumption ב-12:

   ‫annualKWhEnergyConsumption = monthlyKWhEnergyConsumption x 12

2. קבלת תגובת ה-API למשק הבית לטירגוט:

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

   התשובה כוללת נתונים על אור שמש שניתן להשתמש בו, שטח גג שניתן להשתמש בו ואחת או יותר תצורות אפשריות של לוחות סולאריים.

3. מחשבים את ייצור האנרגיה הסולארית השנתי ב-AC של כל installationSize שה-API מציע על ידי הכפלת הערך yearlyEnergyDcKwh שמופיע ב-API בכל מופע SolarPanelConfig ב-dcToAcDerate המקומי:

   ‫initialAcKwhPerYear = yearlyEnergyDcKwh x dcToAcDerate

4. אפשרות נוספת היא להסיר מהחישוב כל מופע של SolarPanelConfig שמייצר יותר חשמל מצריכת החשמל השנתית של משק הבית (initialAcKwhPerYear > annualKWhEnergyConsumption).

5. חישוב של ייצור האנרגיה הסולארית בכל משך החיים (LifetimeProductionAcKwh) של כל installationSize שמוחזר:

   1. לכל שנה במהלך חיי מערכת סולארית, מחשבים את כמות החשמל שהמערכת תייצר מדי שנה, ומחילים את efficiencyDepreciationFactor באופן אקספוננציאלי על כל שנה אחרי הראשונה.
   2. מחברים את הסכומים של כל השנים.

   בטבלה הבאה מוצגת דוגמה לחישוב ייצור האנרגיה לאורך חיי המוצר, בהנחה ש-installationLifeSpan הוא 20 שנה. כל שורה מייצגת שנת הפקה. אחרי השנה הראשונה, הירידה ביעילות חלה באופן אקספוננציאלי. לבסוף, סכום כל השורות הוא כמות האנרגיה שתופק מהמערכת הסולארית במהלך כל משך החיים שלה.

   שנה	ייצור אנרגיה סולארית בשנה (קוט"ש)
   1	initialAcKwhPerYear
   2	‫+ initialAcKwhPerYear x efficiencyDepreciationFactor
   :	:
   20	‫+ initialAcKwhPerYear x efficiencyDepreciationFactor19
   סה"כ	LifetimeProductionAcKwh

יעילות הפאנל הסולארי יורדת בקצב קבוע, ולכן מדובר בסדרה גיאומטרית שבה a = initialAcKwhPerYear ו-r = efficiencyDepreciationFactor. אפשר להשתמש בסכום גיאומטרי כדי לחשב את LifetimeProductionAcKwh:

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

קוד Python הבא מחשב את הסכום הגיאומטרי שלמעלה:

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

1. לכל installationSize שמוחזר, מחשבים את העלות הכוללת של צריכת האנרגיה אם installationSize מותקן:

   1. לכל שנה במשך החיים של המערכת הסולארית, מחשבים את עלות החשמל שדיירי הבית יצטרכו לרכוש מדי שנה כדי לכסות את צריכת האנרגיה שלא מסופקת על ידי האנרגיה הסולארית. משתמשים בערכים שחישבתם קודם עבור annualKWhEnergyConsumption ו-initialAcKwhPerYear. לכל שנה אחרי השנה הראשונה, מחילים את efficiencyDepreciationFactor,‏ costIncreaseFactor ו-discountRate על הערכים.
   2. מחברים את הסכומים של כל השנים.

   בטבלה הבאה מוצגת דוגמה לחישוב עלות החשמל לאורך חיי המוצר. כל שורה מייצגת את עלות החשמל לשנה במהלך חיי המערכת הסולארית. אחרי השנה הראשונה, גם העלות המוגדלת של החשמל וגם שיעור ההנחה מחושבים באופן אקספוננציאלי. לבסוף, הסכום של כל השורות הוא העלות הכוללת של החשמל לאורך חיי המערכת הסולארית.

   שנה	חשבון שנתי משוער על שירותים במטבע המקומי הנוכחי (דולר ארה"ב) (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
   סה"כ	remainingLifetimeUtilityBill

קוד ה-Python הבא מחזיר מערך של annualUtilityBillEstimate לכל שנה ב-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. חישוב העלות הכוללת של החשמל אם לא מותקנת מערכת סולארית:

   1. לכל שנה במשך החיים של המערכת הסולארית, מחשבים את עלות החשמל שבעלי הבית יצטרכו לרכוש מדי שנה אם לא תותקן מערכת סולארית. משתמשים בערך של monthlyBill. בכל שנה אחרי השנה הראשונה, מחילים את הערכים של costIncreaseFactor ושל discountRate על monthlyBill.
   2. מחברים את הסכומים של כל השנים.

   בטבלה הבאה מוצגת דוגמה לחישוב העלות הכוללת של החשמל לכל תקופת החיים בלי אנרגיה סולארית. כל שורה מייצגת את עלות החשמל לשנה לאורך אותו מספר שנים כמו משך החיים של מתקן סולארי. אחרי השנה הראשונה, גם העלות המוגדלת של החשמל וגם שיעור ההנחה מחושבים באופן אקספוננציאלי. לבסוף, סכום כל השורות הוא העלות הכוללת של החשמל לאורך חיי המערכת בלי התקנת לוחות סולאריים.

   שנה	חשבון שנתי על שירותים במטבע המקומי הנוכחי
   1	‫annualBill = monthlyBill x 12
   2	‫annualBill = monthlyBill x 12 x costIncreaseFactor / discountRate
   :	:
   20	‫annualBill = monthlyBill x 12 x costIncreaseFactor19 / discountRate19
   סה"כ	costOfElectricityWithoutSolar

הקוד הבא מבצע את החישוב שלמעלה:

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

1. לכל גודל התקנה, מחשבים את עלות ההתקנה:

   ‫installationCost = localInstallationCostModel(installationSize)

2. מוסיפים את כל התמריצים הכספיים שזמינים למיקום של משק הבית.

3. לכל גודל של לוחות סולאריים להתקנה, מחשבים את העלויות הכוללות שקשורות להתקנת לוחות סולאריים:

   ‪totalCostWithSolar = installationCost + remainingLifetimeUtilityBill - incentives

4. לכל גודל התקנה, מחשבים את החיסכון הכולל שמשויך להתקנת מערכת סולארית:

   ‫savings = costOfElectricityWithoutSolar - totalCostWithSolar

5. בוחרים את גודל ההתקנה שמאפשר את החיסכון הגדול ביותר.

בסיום החישובים

בעזרת המידע שסיפקתם, המידע שמוחזר על ידי Solar API והחישובים שלמעלה, תוכלו להמליץ על גדלים של מערכות סולאריות שיספקו את החיסכון המקסימלי בעלויות למשקי בית באזור שלכם.

בהמלצות שאתם מספקים למשתמש הקצה, אתם יכולים לכלול גם את המידע הבא שמוחזר על ידי ה-API באובייקט SolarPotential של השדה solarPotential:

• כמה אור שמש שניתן לנצל ליצירת אנרגיה סולארית מקבל בית בשנה, והערך הזה מוחזר בשדה maxSunshineHoursPerYear של אובייקט SolarPotential.
• כמה מטרים רבועים של גג אפשר לנצל להתקנת מערכת סולארית. הערך הזה מוחזר בשדה wholeRoofStats של האובייקט SolarPotential.
• חשבון החשמל החודשי הממוצע של משק הבית.