Рассчитайте затраты на солнечную энергию и экономию для местоположений за пределами США

Разработчики из Европейской экономической зоны (ЕЭЗ)

В этом разделе описывается, как выполнить расчеты, позволяющие определить оптимальную конфигурацию солнечных батарей для домохозяйств за пределами США. Для расчета рекомендаций необходимо смоделировать затраты на установку солнечных панелей и экономию, которую они обеспечивают, используя данные из ответа Solar API.

Для регионов США API Solar возвращает экземпляр объекта FinancialAnalysis для каждого размера счета за электроэнергию в указанном регионе. Вы используете информацию из этих экземпляров для определения размера счета, потребления энергии и, в конечном итоге, экономии, связанной с каждым размером солнечной установки.

Для регионов за пределами США ответ API не включает экземпляры FinancialAnalysis , поэтому вам придется самостоятельно рассчитать стоимость и экономию для каждой конфигурации солнечных батарей, прежде чем вы сможете порекомендовать наилучший вариант. Для выполнения расчетов вам необходимо собрать данные, специфичные для вашего местоположения, и следовать инструкциям в этом документе.

Вы можете использовать в качестве модели для своих расчетов алгоритмы, применяемые API Solar для регионов США. Объяснение этих расчетов см. в разделе «Расчет экономии затрат (США)» .

Конфигурации солнечных панелей

Для регионов за пределами США информация о конфигурации каждой солнечной панели, необходимая для финансового анализа, предоставляется в поле SolarPanelConfig . Количество возвращаемых экземпляров SolarPanelConfig зависит от размера крыши в указанном регионе. Для ваших расчетов вам понадобятся значения из следующих двух полей:

  • panelsCount : Количество панелей, используемых в данной конфигурации.
  • yearlyEnergyDcKwh : Количество солнечной энергии в кВт·ч постоянного тока, которое данная конфигурация производит в течение года, при условии, что размер панели определяется следующими полями в объекте SolarPotential :

В следующем примере показан один экземпляр объекта SolarPanelConfig в поле solarPanelConfigs в ответе на запрос:

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

В случае солнечных электростанций installationSize обозначает выходную мощность в кВт, а не площадь или количество панелей, и определяется следующим образом:

installationSize = panelsCount * panelCapacityWatts/1000 kW

Скорректируйте прогнозы выработки энергии для различных мощностей панелей.

Для расчета годового значения энергии yearlyEnergyDcKwh API для солнечных батарей использует номинальную мощность, указанную в поле panelCapacityWatts , которая в настоящее время составляет 400 Вт.

Если вам необходимо использовать другую номинальную мощность панелей в расчетах, и размеры панелей примерно соответствуют значениям в полях panelHeightMeters и panelWidthMeters , вы можете скорректировать расчеты, умножив значение, возвращаемое API в поле yearlyEnergyDcKwh на отношение вашей номинальной мощности к значению в поле panelCapacityWatts .

Например, если номинальная мощность ваших панелей составляет 500 Вт, а panelCapacityWatts — 400 Вт, умножьте значение yearlyEnergyDcKwh , рассчитанное API с использованием panelCapacityWatts , на коэффициент 500/400, или 1,25. Если номинальная мощность ваших панелей составляет 200 Вт, умножьте yearlyEnergyDcKwh на 200/400, или 0,5.

Избыточное производство энергии

Учет избыточной энергии, которая может быть произведена солнечной установкой, выходит за рамки расчетов Solar API. Фактически, если Solar API возвращает несколько возможных экземпляров SolarPanelConfig для данного домохозяйства, Solar API не учитывает результаты или конфигурации, которые производят больше энергии, чем предполагаемое среднее потребление домохозяйств в США, указанное в FinancialAnalysis .

Однако у вас могут быть причины для включения в рекомендации установок, производящих избыточную электроэнергию. Например, вы можете захотеть компенсировать постепенное снижение эффективности панелей (коэффициент амортизации эффективности ), учитывая избыточное производство в начале срока службы установки. Для получения дополнительной информации см. раздел «Требуемые значения для финансового анализа» .

Каковы бы ни были ваши причины, если вы включаете в свои расчеты солнечные установки, вырабатывающие избыточную электроэнергию, имейте в виду, что приведенные здесь расчеты не охватывают этот сценарий.

Обязательные значения для финансового анализа для регионов за пределами США.

Для проведения финансового анализа каждого экземпляра SolarPanelConfig в ответе API вам потребуются два значения:

  • panelsCount : Количество солнечных панелей в установке. Это значение используется при расчете размера installationSize .
  • yearlyEnergyDcKwh : Количество солнечной энергии, которое система улавливает в течение года, в кВт·ч постоянного тока, при заданном количестве panelsCount . Это значение используется при расчете количества солнечной энергии, пригодной для использования в качестве переменного тока в домохозяйстве ( initialAcKwhPerYear ) для каждого installationSize , с учетом потерь энергии при преобразовании постоянного тока в переменный.

Кроме того, вам необходимо собрать значения следующих переменных, специфичные для конкретного местоположения, которые вы будете использовать в расчетах:

  • billCostModel() : Ваша модель для определения стоимости потребления электроэнергии домохозяйством в местной валюте за определенное количество кВт·ч. Стоимость электроэнергии, взимаемая коммунальной компанией, может меняться изо дня в день или из часа в час в зависимости от таких факторов, как спрос, время суток и объем потребления электроэнергии домохозяйством. Вам может потребоваться оценить среднюю стоимость.
  • costIncreaseFactor : Коэффициент, на который ежегодно увеличивается стоимость электроэнергии. В API Solar используется значение 1,022 (ежегодное увеличение на 2,2%) для регионов США. При необходимости скорректируйте это значение для вашего региона.
  • dcToAcDerate : КПД инвертора, преобразующего постоянный ток, вырабатываемый солнечными панелями, в переменный ток, используемый в бытовых целях. Для США используется показатель 85%. При необходимости скорректируйте это значение для вашего региона.
  • discountRate : API для солнечной энергии использует значение 1,04 (ежегодное увеличение на 4%) для регионов США. При необходимости скорректируйте это значение для вашего региона.
  • efficiencyDepreciationFactor : Насколько снижается эффективность солнечных панелей каждый год. В Solar API используется значение 0,995 (ежегодное снижение на 0,5%) для регионов США. При необходимости скорректируйте это значение для вашего региона.
  • Стимулы : Укажите любые денежные стимулы для установки солнечных панелей, предоставляемые государственными учреждениями в вашем регионе.
  • installationCostModel() : Метод для оценки стоимости установки солнечных батарей в местной валюте для заданного installationSize . Модель расчета стоимости обычно учитывает местные затраты на рабочую силу и материалы для заданного installationSize .
  • installationLifeSpan : Ожидаемый срок службы солнечной установки. В Solar API используется значение 20 лет. При необходимости скорректируйте это значение для вашего региона.
  • kWhConsumptionModel() : Ваша модель для определения объема потребления энергии домохозяйством на основе ежемесячного счета. В простейшем случае вы делите счет на среднюю стоимость кВт⋅ч в месте проживания домохозяйства.
  • monthlyBill : средний ежемесячный счет за электроэнергию для рассматриваемого домохозяйства.
  • Ежемесячное потребление энергии в кВт·ч : оценка среднего количества электроэнергии, потребляемой домохозяйством в данном населенном пункте за месяц, измеряемая в кВт·ч.

Используя эти значения и информацию, предоставленную в ответе API, вы можете выполнить необходимые расчеты, чтобы рекомендовать оптимальный installationSize для мест, не охваченных солнечным API.

Этапы расчета

Следующие шаги основаны на методологии API Solar. Возможно, вам потребуется скорректировать свою методологию в зависимости от имеющейся информации для вашего местоположения.

  1. Рассчитайте годовое потребление энергии домохозяйством в указанном месте:

    1. Оцените или запросите размер ежемесячного счета за коммунальные услуги для вашей семьи.
    2. Рассчитайте ежемесячное потребление энергии в кВт·ч по ежемесячному счету. (Если вам известно ежемесячное потребление энергии в кВт·ч , этот шаг можно пропустить.) Например:

    monthlyKWhEnergyConsumption = kWhConsumptionModel ( monthlyBill )

    1. Рассчитайте годовое потребление энергии в кВт·ч , умножив ежемесячное потребление энергии в кВт·ч на 12:

    годовое потребление энергии в кВт·ч = ежемесячное потребление энергии в кВт·ч x 12

  2. Получите ответ API для целевого домохозяйства:

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

    В ответе указываются полезный солнечный свет, полезная площадь крыши и одна или несколько возможных конфигураций солнечных панелей.

  3. Рассчитайте годовую выработку переменного тока солнечной энергией для каждой installationSize предлагаемой API, умножив значение yearlyEnergyDcKwh , предоставленное API в каждом экземпляре SolarPanelConfig , на ваш локальный параметр dcToAcDerate :

    initialAcKwhPerYear = yearlyEnergyDcKwh x dcToAcDerate

  4. При желании можно исключить из рассмотрения любой экземпляр SolarPanelConfig , который производит больше электроэнергии, чем домохозяйство потребляет в год ( initialAcKwhPerYear > annualKWhEnergyConsumption ).

  5. Рассчитайте объем выработки солнечной энергии за весь срок службы ( LifetimeProductionAcKwh ) каждой возвращенной установки . Размер:

    1. Для каждого года срока службы солнечной установки рассчитайте количество электроэнергии, которое она будет производить ежегодно , применяя коэффициент амортизации (efficiencyDepreciationFactor) экспоненциально к каждому году после первого.
    2. Суммируйте итоговые суммы за все годы.

    В следующей таблице приведен пример расчета выработки энергии за весь срок службы установки при условии, что срок ее эксплуатации составляет 20 лет. Каждая строка соответствует году производства. После первого года снижение эффективности происходит экспоненциально. В итоге сумма всех строк представляет собой выработку энергии солнечной установки за весь срок ее эксплуатации.

    Год Годовое производство солнечной энергии (кВт·ч)
    1 начальный объем кВтч в год
    2 + начальный объем кВтч в год x коэффициент амортизации эффективности
    : :
    20 + начальный аккумулированный кВтч в год x коэффициент эффективности амортизации 19
    Общий За весь срок службы производства кВтч

Поскольку эффективность солнечной панели снижается с постоянной скоростью, она, по сути, представляет собой геометрический ряд, где a = начальное значение Ач/кВт·ч в год, а r = коэффициент амортизации эффективности. Мы можем использовать геометрическую сумму для расчета количества Ач/кВт·ч, LifetimeProductionAcKwh :

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

Приведенный ниже код на Python вычисляет геометрическую сумму, указанную выше:

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

  1. Для каждого возвращенного installationSize рассчитайте стоимость энергопотребления за весь срок installationSize , если оно установлено :

    1. Для каждого года срока службы солнечной установки рассчитайте стоимость электроэнергии, которую домохозяйству потребуется ежегодно покупать для покрытия потребления энергии, не компенсируемого солнечной энергией . Используйте значения annualKWhEnergyConsumption и initialAcKwhPerYear , которые вы рассчитали ранее. Для каждого года после первого года примените к значениям efficiencyDepreciationFactor , costIncreaseFactor и discountRate .
    2. Суммируйте итоговые суммы за все годы.

    В следующей таблице приведен пример расчета стоимости электроэнергии за весь срок службы установки. Каждая строка представляет собой стоимость электроэнергии за год в течение всего срока службы солнечной установки. После первого года экспоненциально применяются как увеличение стоимости электроэнергии, так и ставка дисконтирования. В итоге, сумма всех строк представляет собой стоимость электроэнергии за весь срок службы солнечной установки.

    Год Годовой счет за коммунальные услуги в текущей местной валюте (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
    Общий оставшийся счет за коммунальные услуги за весь период жизни

Приведенный ниже код на Python возвращает массив значений annualUtilityBillEstimate для каждого года 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. Рассчитайте стоимость электроэнергии за весь срок службы, если солнечная электростанция не будет установлена :

    1. Для каждого года срока службы солнечной установки рассчитайте стоимость электроэнергии, которую домохозяйству придется покупать ежегодно, если солнечная батарея не будет установлена . Используйте значение для monthlyBill . Для каждого года после первого года примените значения costIncreaseFactor и discountRate к monthlyBill .
    2. Суммируйте итоговые суммы за все годы.

    В следующей таблице приведен пример расчета стоимости электроэнергии за весь срок службы без использования солнечных батарей. Каждая строка представляет собой стоимость электроэнергии за год в течение того же количества лет, что и срок службы солнечной установки. После первого года экспоненциально применяются как увеличение стоимости электроэнергии, так и ставка дисконтирования. В итоге, сумма всех строк представляет собой стоимость электроэнергии за весь срок службы без использования солнечных батарей.

    Год Годовой счет за коммунальные услуги в текущей местной валюте.
    1 годовой счет = ежемесячный счет x 12
    2 годовой счет = ежемесячный счет x 12 x коэффициент увеличения стоимости / ставка скидки
    : :
    20 annualBill = monthlyBill x 12 x costIncreaseFactor19 / discountRate19
    Общий Стоимость электроэнергии без солнечной энергии

Приведенный ниже код выполняет указанные выше вычисления:

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

  1. Для каждого размера установки рассчитайте стоимость монтажа :

    installationCost = localInstallationCostModel ( installationSize )

  2. Суммируйте все денежные поощрения , доступные для данного домохозяйства.

  3. Для каждого размера установки рассчитайте общие затраты, связанные с установкой солнечных батарей:

    totalCostWithSolar = installationCost + remainingLifetimeUtilityBill - incentives

  4. Для каждого размера установки рассчитайте общую экономию, связанную с установкой солнечных батарей:

    Экономия = Стоимость электроэнергии без солнечной энергии - Общая стоимость с солнечной энергией

  5. Выберите размер установки, который обеспечит наибольшую экономию.

Когда ваши расчеты будут завершены

Используя предоставленную вами информацию, данные, полученные через Solar API, и приведенные выше расчеты, вы сможете порекомендовать размеры солнечных установок, которые обеспечат максимальную экономию средств для домохозяйств в вашем регионе.

В рекомендациях, которые вы предоставляете конечному пользователю, вы также можете включить следующую информацию, возвращаемую API в объекте SolarPotential поля solarPotential :

  • Количество полезного солнечного света, получаемого домом в год, определяется в поле maxSunshineHoursPerYear объекта SolarPotential .
  • Какова площадь крыши, которую можно использовать для установки солнечных батарей? Эта информация возвращается в поле wholeRoofStats объекта SolarPotential .
  • Средний ежемесячный счет за электроэнергию для домохозяйства.
Назад
Расчет затрат и экономии (только для США)
Далее
Рассчитайте затраты и экономию в TypeScript