Ten dokument wyjaśnia, jak interfejs Solar API oblicza różne wartości, których używa do rekomendowania instalacji paneli słonecznych oraz szacowania kosztów i oszczędności dla adresów w Stanach Zjednoczonych.
Jeśli wpiszesz adres miejsca zamieszkania w objętym regionie Stanów Zjednoczonych, interfejs Solar API wyświetli te szacunki:
- ilość światła słonecznego, jaką dom otrzymuje w ciągu roku;
- Ile miejsca na dachu jest przeznaczone na instalację fotowoltaiczną
- Ile oszczędności w dolarach amerykańskich może przynieść domowi w ciągu 20 lat użytkowania systemu solarnego
- średni miesięczny rachunek za prąd dla domów w Twojej okolicy, który możesz dostosować do swojego domu;
- Zalecana moc instalacji fotowoltaicznej mierzona w kilowatach (kW)
Chociaż interfejs API dotyczące energii słonecznej udostępnia szacunki dla każdego budynku, dla którego ma dane, szacunki te najlepiej pasują do budynków mieszkalnych lub małych budynków komercyjnych. Interfejs API Solar zaleca rozmiary instalacji fotowoltaicznych, które maksymalizują oszczędności bez wytwarzania większej ilości energii w roku niż może zużyć gospodarstwo domowe. Interfejs API Solar nie oblicza wartości związanych z nadmiarem produkcji energii.
Zalecane rozmiary instalacji są ograniczone do rocznego zużycia energii z kilku powodów, ale przede wszystkim dlatego, że gospodarstwa domowe w Stanach Zjednoczonych nie uzyskują obecnie żadnych lub prawie żadnych korzyści finansowych z nadwyżki produkcji energii. W miejscach w Stanach Zjednoczonych, w których obowiązuje net metering, kredyty uzyskane z nadwyżki produkcji energii zazwyczaj wygasają z czasem.
Wymagane wartości do analizy finansowej w przypadku lokalizacji w Stanach Zjednoczonych
Aby przeprowadzić analizę finansową danej instancji SolarPanelConfig w odpowiedzi interfejsu API, musisz użyć 2 wartości:
panelsCount: liczba paneli słonecznych w instalacji. Używasz tej wartości do obliczeniainstallationSize.yearlyEnergyDcKwh: ilość energii słonecznej przechwyconej przez układ w ciągu roku w DC kWh, podana w ramach określonegopanelsCount. Używasz tej wartości do obliczenia rocznej produkcji energii słonecznej (initialAcKwhPerYear) w każdejinstallationSize.
Dodatkowo musisz zebrać wartości tych zmiennych, które będą używane w obliczeniach:
- billCostModel(): Twój model określania kosztu w lokalnej walucie, jaki płaci gospodarstwo domowe za zużycie określonej liczby kWh. Stawka za energię elektryczną może się zmieniać z dnia na dzień lub z godziny na godzinę w zależności od takich czynników jak popyt, pora dnia i ilość energii elektrycznej zużywanej przez gospodarstwo domowe. Możesz potrzebować oszacowania średniego kosztu.
- costIncreaseFactor: interfejs API Solar używa wartości 1,022 (wzrost o 2,2% rocznie) w przypadku lokalizacji w Stanach Zjednoczonych.
- dcToAcDerate: wydajność, z jaką falownik przekształca prąd stały wytwarzany przez panele słoneczne w prąd przemienny używany w gospodarstwie domowym. Interfejs API Solar używa wartości 85% w przypadku lokalizacji w Stanach Zjednoczonych.
- discountRate: interfejs API Solar używa wartości 1,04 (wzrost o 4% rocznie) w przypadku lokalizacji w Stanach Zjednoczonych.
- efficiencyDepreciationFactor: o ile wydajność paneli słonecznych maleje każdego roku. Interfejs Solar API używa wartości 0,995 (0,5% spadek rocznie) w przypadku lokalizacji w Stanach Zjednoczonych.
- incentives: uwzględnij wszelkie zachęty finansowe do instalowania paneli słonecznych oferowane przez instytucje państwowe w Twojej okolicy.
- installationCostModel(): Twoja metoda szacowania kosztu instalacji fotowoltaicznej w lokalnej walucie dla danego
installationSize. Model kosztów uwzględnia zwykle koszty lokalne związane z pracownikami i materiałami w przypadku danegoinstallationSize. - installationLifeSpan: oczekiwany okres eksploatacji instalacji fotowoltaicznej. Interfejs Solar API używa 20 lat. Dostosuj tę wartość w sposób odpowiedni dla Twojego regionu.
- kWhConsumptionModel(): Twój model określający ilość energii zużywanej przez gospodarstwo domowe na podstawie miesięcznego rachunku. W najprostszej formie podzielisz rachunek przez średni koszt 1 kWh w miejscu zamieszkania.
- monthlyBill: średni miesięczny rachunek za prąd w domu badanego.
- monthlyKWhEnergyConsumption: szacunkowa średnia ilość energii elektrycznej zużywanej przez gospodarstwo domowe w danej lokalizacji w ciągu miesiąca, wyrażona w kWh;
Dzięki tym wartościom i informacjom zawartym w odpowiedzi interfejsu API możesz wykonać obliczenia niezbędne do polecenia najlepszej installationSize w przypadku lokalizacji, które nie są objęte interfejsem Solar API.
Jak to działa
Średni miesięczny rachunek za prąd jest kluczowy dla pozostałych obliczeń.
Obliczenia interfejsu API dotyczącego energii słonecznej są początkowo oparte na wstępnie wybranej kwocie miesięcznego rachunku. W razie potrzeby możesz wybrać inną kwotę, która bardziej odpowiada Twojemu średniemu miesięcznemu rachunkowi.
Znając wysokość miesięcznego rachunku i obecny koszt energii elektrycznej w danej lokalizacji, interfejs API Solar może oszacować liczbę kilowatogodzin (kWh) energii elektrycznej zużywanej przez gospodarstwo domowe co miesiąc. Aby poznać aktualne ceny energii elektrycznej w Stanach Zjednoczonych oraz określić zużycie energii w kWh na podstawie miesięcznego rachunku, interfejs Solar API korzysta z baz danych Clean Power Research.
Na podstawie liczby kWh zużywanej przez gospodarstwo domowe, powierzchni użytkowej dachu domu oraz potencjału słonecznego lokalizacji domu interfejs API Solar ocenia jeden lub więcej możliwych rozmiarów instalacji fotowoltaicznej i rekomenduje rozmiar, który zapewnia największe oszczędności.
Wielkość instalacji paneli słonecznych jest mierzona w kW. Wartość w kW zależy od liczby paneli słonecznych w konfiguracji i mocy każdego z nich mierzonej w watach.
Moc instalacji wyrażona w kW nie jest tożsama z wynikiem energetycznym instalacji, który jest mierzony w kWh i jest zmienny. Moc wyjściowa w kWh instalacji zależy od takich czynników jak:
- Pora dnia
- Pogoda
- orientacja panelu względem Słońca;
- cienie rzucane na panele przez pobliskie obiekty;
- Potencjał paneli słonecznych w regionie
- czas, jaki upłynął od instalacji;
Przy szacowaniu rocznej produkcji energii z instalacji fotowoltaicznej interfejs Solar API uwzględnia czynniki takie jak potencjał regionalny w zakresie energii słonecznej czy wiek instalacji.
Aby określić użyteczną powierzchnię dachu i oszacować wielkość instalacji fotowoltaicznej, interfejs Solar API korzysta z zdjęć lotniczych i zaawansowanego modelowania 3D.
Szczegółowe wyjaśnienie wartości i obliczeń
W następnych sekcjach wyjaśniamy, jak interfejs Solar API oblicza koszty, oszczędności i rozmiary instalacji słonecznych dla danej struktury w Stanach Zjednoczonych.
W wyjaśnieniach obliczeń używane są terminy, które reprezentują wartości w obliczeniach. Wyjaśnienie tych terminów znajdziesz w sekcji Definicje terminów używanych w naszych obliczeniach.
Roczne zużycie energii przez gospodarstwo domowe
Jak już wspomnieliśmy, interfejs Solar API określa miesięczne zużycie energii elektrycznej na podstawie wysokości miesięcznego rachunku i kosztu energii w miejscu zamieszkania gospodarstwa domowego. Po określeniu miesięcznego zużycia energii elektrycznej w gospodarstwie domowym obliczamy roczne zużycie energii w kWh za pomocą tego wzoru:
annualKWhEnergyConsumption = monthlyKWhEnergyConsumption x 12
Zakłada się, że zużycie energii w domu pozostaje na tym samym poziomie w ciągu całego okresu użytkowania instalacji fotowoltaicznej. Interfejs Solar API zakłada, że żywotność instalacji fotowoltaicznej wynosi 20 lat.
Roczna produkcja energii słonecznej
Interfejs Solar API szacuje roczną produkcję energii z instalacji fotowoltaicznej, biorąc pod uwagę takie czynniki jak natężenie światła słonecznego, kąt padania promieni słonecznych i liczbę godzin użytecznego światła słonecznego w danym regionie w ciągu roku.
Instalacje słoneczne wytwarzają prąd stały (DC), który musi zostać przekształcony przez falownik w prąd przemienny (AC), zanim będzie można go używać w domu. Podczas procesu konwersji dochodzi do utraty pewnej ilości energii, a jej wielkość zależy od sprawności falownika.
Skuteczność procesu konwersji określa się jako DC do AC średnia. Aby uwzględnić straty, interfejs API Solar mnoży roczną wydajność instalacji fotowoltaicznej przez współczynnik DC/AC wynoszący 0,85. Wynik to roczna produkcja prądu przemiennego, jak pokazano w formule:
initialAcKwhPerYear = yearlyEnergyDcKwh x 0.85
W ciągu okresu użytkowania instalacji ilość wytwarzanej przez nią energii maleje o około 0,5% rocznie. Aby to uwzględnić, po pierwszym roku interfejs API energii słonecznej mnoży roczną moc wyjściową instalacji AC przez 99,5% lub 0,995 co roku przez przewidywany 20-letni okres eksploatacji instalacji. Przykład takiej sytuacji przedstawia tabela poniżej.
| Rok | Roczna produkcja energii słonecznej (kWh) |
|---|---|
| 1 | initialAcKwhPerYear |
| 2 | initialAcKwhPerYear x 0,995 |
| : | : |
| 20 | initialAcKwhPerYear x 0,99519 |
Ponieważ wydajność paneli słonecznych spada w stałym tempie, jest to zasadniczo seria geometryczna, w której a = początkowa wartość acKwhPerYear, a r = współczynnik spadku wydajności. Możemy użyć sumy geometrycznej do obliczenia LifetimeProductionAcKwh:
LifetimeProductionAcKwh = (dcToAcDerate * initialAcKwhPerYear * (1 - pow(efficiencyDepreciationFactor, installationLifeSpan)) / (1 - efficiencyDepreciationFactor))
Koszt energii elektrycznej z energii słonecznej
Jeśli rozmiar instalacji jest ograniczony przez rozmiar dachu lub inne czynniki, instalacja fotowoltaiczna może wytwarzać mniej energii niż zużywa gospodarstwo domowe. W takich przypadkach gospodarstwo domowe będzie musiało co roku płacić za pewną ilość energii elektrycznej, zgodnie z formułą:
annualKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear = annualUtilityEnergyRequired
Aby uwzględnić te koszty, interfejs Solar API stosuje model kosztów rachunku do szacowanej ilości energii elektrycznej w kWh, której gospodarstwo domowe będzie potrzebować od dostawcy energii w ciągu okresu użytkowania instalacji fotowoltaicznej. Ta formuła ilustruje to obliczenie:
annualUtilityBillEstimate = billCostModel(utilityEnergyRequired)
Aby uwzględnić roczny wzrost kosztów energii elektrycznej, stosujemy współczynnik costIncreaseFactor wynoszący 2,2% lub 0, 22 rocznie w przypadku lokalizacji w Stanach Zjednoczonych:
costIncreaseFactor = 1 + 2.2% = 1.022
Ze względu na inflację musimy uwzględnić wartość waluty w naszych szacunkach przyszłych kosztów. Aby to uwzględnić, stosujemy w przypadku lokalizacji w Stanach Zjednoczonych taryfę z 4% zniżki:
discountRate = 1 + 4% = 1.04
W tabeli poniżej pokazano, jak oblicza się roczny rachunek za energię elektryczną w ciągu okresu użytkowania instalacji fotowoltaicznej. remainingLifetimeUtilityBill to suma wszystkich rachunków za media za każdy z 20 lat okresu użytkowania instalacji fotowoltaicznej.
| Rok | Roczny rachunek za media w lokalnej walucie (USD) (annualUtilityBillEstimate) |
|---|---|
| 1 | billCostModel (yearlyKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear) = annualUtilityBillEstimateYear1 |
| 2 | billCostModel (yearlyKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear x 0.995) x 1.022 / 1.04 = annualUtilityBillEstimateYear2 |
| : | : |
| 20 | billCostModel (yearlyKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear x 0,99519) x 1,02219 / 1,0419 = annualUtilityBillEstimateYear2 |
| Łącznie | remainingLifetimeUtilityBill = annualUtilityBillEstimateYear1 + annualUtilityBillEstimateYear2 + …. + annualUtilityBillEstimateYear20 |
Koszt energii bez energii słonecznej
Aby obliczyć, ile gospodarstwo domowe może zaoszczędzić, jeśli zainstaluje panele słoneczne, musimy też obliczyć, ile może zapłacić, jeśli tego nie zrobi.
Ponownie musimy uwzględnić rosnące koszty energii elektrycznej i inflację, stosując w obliczeniach współczynnik costIncreaseFactor o wartości 1,022 i współczynnik discountRate o wartości 1,04, tak jak w przypadku obliczenia kosztów energii elektrycznej z paneli słonecznych.
W tabeli poniżej pokazano, jak oblicza się roczny rachunek za media bez uwzględnienia energii słonecznej w ciągu całego okresu użytkowania instalacji. Wartość costOfElectricityWithoutSolar to łączna suma rachunków za media w tym samym 20-letnim okresie, który został wykorzystany do obliczenia kosztu energii elektrycznej z panelami słonecznymi.
| Rok | Roczny rachunek za media (USD) |
|---|---|
| 1 | monthlyBill x 12 |
| 2 | monthlyBill x 12 x 1,022 / 1,04 |
| : | : |
| 20 | monthlyBill x 12 x 1,02219 / 1,0419 |
| Łącznie | Suma wszystkich rocznych rachunków, która może być wyrażona jako costOfElectricityWithoutSolar = 204,35 x monthlyBill |
koszt instalacji fotowoltaicznej;
Interfejs API Solar uwzględnia w swoich szacunkach koszt instalacji zalecanej konfiguracji instalacji słonecznej. Aby oszacować koszt instalacji, interfejs API Solar używa zlokalizowanego modelu kosztów instalacji i rozmiaru instalacji.
installationCost = InstallationCostModel (installationSize)
Zachęty
Instytucje państwowe mogą oferować zachęty do instalowania paneli słonecznych. Zachęty często przybierają formę ulg podatkowych. Na podstawie lokalizacji gospodarstwa domowego interfejs Solar API odejmuje od szacowanych łącznych kosztów wszystkie zachęty, które są obecnie dostępne dla tego gospodarstwa.
Łączny koszt instalacji fotowoltaicznej
Interfejs Solar API oblicza łączny koszt 20-letniej konfiguracji instalacji fotowoltaicznej za pomocą tego wzoru:
totalCostWithSolar = installationCost + remainingLifetimeUtilityBill - incentives
Łączne oszczędności
Interfejs Solar API oblicza oszczędności dla gospodarstwa domowego za pomocą tego wzoru:
savings = costOfElectricityWithoutSolar - totalCostWithSolar
Interfejs API Solar wykonuje powyższe obliczenia dla każdego możliwego rozmiaru instalacji, a następnie zaleca rozmiar instalacji, który zapewnia maksymalne oszczędności dla gospodarstwa domowego. Szacunkowa kwota oszczędności jest zwracana wraz z rekomendacją.