Tài liệu này giải thích cách Solar API tính toán các giá trị khác nhau mà API này sử dụng để đề xuất lắp đặt tấm pin mặt trời, cũng như ước tính chi phí và mức tiết kiệm chi phí cho các địa chỉ ở Hoa Kỳ.
Nếu bạn nhập địa chỉ của một ngôi nhà ở khu vực được hỗ trợ tại Hoa Kỳ, thì API năng lượng mặt trời sẽ hiển thị cho bạn các thông tin ước tính sau:
- Lượng ánh sáng mặt trời mà ngôi nhà nhận được hằng năm
- Không gian trên mái nhà để lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời
- Số tiền tiết kiệm (tính bằng đô la Mỹ) mà ngôi nhà có thể đạt được trong vòng đời 20 năm của hệ thống năng lượng mặt trời
- Hoá đơn tiền điện trung bình hằng tháng của các hộ gia đình ở khu vực của bạn. Bạn có thể điều chỉnh hoá đơn tiền điện cho nhà của mình
- Kích thước đề xuất, tính bằng kilowatt (kW), cho hệ thống năng lượng mặt trời trên nhà
Mặc dù API Năng lượng mặt trời cung cấp thông tin ước tính cho mọi cấu trúc có dữ liệu, nhưng thông tin ước tính mà API này cung cấp phù hợp nhất với nhà ở hoặc các cấu trúc thương mại nhỏ. Solar API đề xuất kích thước lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời giúp tiết kiệm tối đa mà không tạo ra nhiều năng lượng hơn mức một hộ gia đình có thể tiêu thụ trong một năm. API năng lượng mặt trời không tính các giá trị liên quan đến việc sản xuất năng lượng dư thừa.
Kích thước lắp đặt được đề xuất bị giới hạn ở mức tiêu thụ năng lượng hằng năm vì một số lý do, nhưng chủ yếu là do các hộ gia đình ở Hoa Kỳ hiện nhận được ít hoặc không có lợi ích tài chính nào từ việc sản xuất năng lượng dư thừa. Ở những vị trí ở Hoa Kỳ có hệ thống đo lượng điện năng tiêu thụ và sản xuất, các khoản tín dụng kiếm được từ việc sản xuất năng lượng dư thừa thường hết hạn theo thời gian.
Các giá trị bắt buộc để phân tích tài chính cho các vị trí ở Hoa Kỳ
Từ mỗi thực thể SolarPanelConfig trong phản hồi API, bạn cần có hai giá trị để thực hiện phân tích tài chính cho thực thể đó:
panelsCount: Số tấm pin mặt trời trong một hệ thống lắp đặt. Bạn sử dụng giá trị này trong quá trình tính toáninstallationSize.yearlyEnergyDcKwh: Lượng năng lượng mặt trời mà một bố cục thu được trong một năm, tính bằng kWh DC, với mộtpanelsCountcụ thể. Bạn sử dụng giá trị này trong quá trình tính toán sản lượng năng lượng mặt trời AC hằng năm (initialAcKwhPerYear) của mỗiinstallationSize.
Ngoài ra, bạn cần thu thập các giá trị theo vị trí cụ thể cho các biến sau đây mà bạn sẽ sử dụng trong phép tính:
- billCostModel(): Mô hình của bạn để xác định chi phí, tính theo đơn vị tiền tệ tại địa phương, mà một hộ gia đình phải trả khi sử dụng một số kWh nhất định. Số tiền mà công ty điện lực tính phí cho điện có thể thay đổi theo ngày hoặc theo giờ, tuỳ thuộc vào các yếu tố như nhu cầu, thời gian trong ngày và lượng điện mà hộ gia đình tiêu thụ. Bạn có thể cần ước tính chi phí trung bình.
- costIncreaseFactor: API Năng lượng mặt trời sử dụng 1,022 (tăng 2,2% mỗi năm) cho các vị trí ở Hoa Kỳ.
- dcToAcDerate: Hiệu suất mà bộ chuyển đổi chuyển đổi điện một chiều do các tấm pin mặt trời tạo ra thành điện xoay chiều được sử dụng trong hộ gia đình. API năng lượng mặt trời sử dụng 85% cho các vị trí ở Hoa Kỳ.
- discountRate: API Năng lượng mặt trời sử dụng 1,04 (tăng 4% mỗi năm) cho các vị trí ở Hoa Kỳ.
- efficiencyDepreciationFactor: Mức độ giảm hiệu suất của tấm pin mặt trời mỗi năm. API Năng lượng mặt trời sử dụng 0,995 (giảm 0,5% mỗi năm) cho các vị trí ở Hoa Kỳ.
- ưu đãi: Cung cấp mọi ưu đãi bằng tiền để lắp đặt tấm pin năng lượng mặt trời do các cơ quan chính phủ trong khu vực của bạn cung cấp.
- installationCostModel(): Phương thức ước tính chi phí lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời bằng đơn vị tiền tệ địa phương cho một
installationSizenhất định. Mô hình chi phí thường tính đến chi phí nhân công và vật liệu tại địa phương cho mộtinstallationSizenhất định. - installationLifeSpan: Tuổi thọ dự kiến của hệ thống lắp đặt tấm pin năng lượng mặt trời. API Năng lượng mặt trời sử dụng 20 năm. Điều chỉnh giá trị này nếu cần cho khu vực của bạn.
- kWhConsumptionModel(): Mô hình của bạn để xác định lượng năng lượng mà một hộ gia đình tiêu thụ dựa trên hoá đơn hằng tháng. Nói một cách đơn giản, bạn sẽ chia hoá đơn cho chi phí trung bình của 1 kWh tại vị trí của hộ gia đình.
- monthlyBill: hoá đơn tiền điện trung bình hằng tháng của một hộ gia đình tham gia nghiên cứu.
- monthlyKWhEnergyConsumption: Số điện trung bình mà hộ gia đình ở một vị trí nhất định tiêu thụ trong một tháng, được đo bằng KWh.
Với các giá trị này và thông tin do phản hồi API cung cấp, bạn có thể thực hiện các phép tính cần thiết để đề xuất installationSize tốt nhất cho các vị trí không thuộc phạm vi của API năng lượng mặt trời.
Cách hoạt động
Hoá đơn tiền điện trung bình hằng tháng là yếu tố chính cho các phép tính còn lại.
Ban đầu, Solar API dựa vào số tiền thanh toán hằng tháng được chọn trước để tính toán. Nếu cần, bạn có thể chọn một số tiền khác phản ánh chính xác hơn hoá đơn trung bình hằng tháng của mình.
Khi biết số tiền trong hoá đơn hằng tháng và chi phí điện hiện tại ở một vị trí nhất định, API Năng lượng mặt trời có thể ước tính số kilowatt giờ (kWh) điện mà một hộ gia đình tiêu thụ mỗi tháng. Đối với chi phí điện hiện tại trên khắp Hoa Kỳ và để xác định số kWh từ một hoá đơn hằng tháng, API năng lượng mặt trời tham chiếu đến các cơ sở dữ liệu do Clean Power Research duy trì.
Bằng cách sử dụng số kWh mà một hộ gia đình tiêu thụ, diện tích có thể sử dụng của mái nhà và tiềm năng năng lượng mặt trời tại vị trí của nhà, API Năng lượng mặt trời sẽ đánh giá một hoặc nhiều kích thước lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời có thể có và đề xuất kích thước giúp tiết kiệm nhiều nhất.
Kích thước của một hệ thống lắp đặt tấm pin năng lượng mặt trời được đo bằng mức công suất kW. Mức phân loại kW phụ thuộc vào số lượng tấm pin mặt trời trong cấu hình và mức phân loại công suất, được đo bằng watt, của mỗi tấm pin.
Mức phân loại kW của một hệ thống lắp đặt không giống với năng lượng đầu ra của hệ thống lắp đặt. Năng lượng đầu ra được đo bằng kWh và có thể thay đổi. Sản lượng kWh của một hệ thống lắp đặt phụ thuộc vào các yếu tố như:
- Thời gian trong ngày
- Thời tiết
- Hướng của bảng điều khiển đối với mặt trời
- Bất kỳ bóng nào do các vật thể ở gần chiếu lên bảng điều khiển
- Tiềm năng năng lượng mặt trời theo khu vực
- Thời gian cài đặt
API Năng lượng mặt trời bao gồm các yếu tố như tiềm năng năng lượng mặt trời theo khu vực và tuổi của hệ thống lắp đặt trong ước tính sản lượng năng lượng hằng năm của hệ thống lắp đặt năng lượng mặt trời.
Để xác định diện tích có thể sử dụng của mái nhà và ước tính kích thước lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời mà mái nhà đó có thể hỗ trợ, Solar API sử dụng hình ảnh chụp từ trên không và mô hình 3D nâng cao.
Giải thích chi tiết về các giá trị và phép tính
Các phần sau đây giải thích cách Solar API tính toán chi phí, mức tiết kiệm và kích thước của việc lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời cho một cấu trúc nhất định ở Hoa Kỳ.
Phần giải thích về các phép tính sử dụng các thuật ngữ để biểu thị các giá trị trong phép tính. Để biết nội dung giải thích về các thuật ngữ, hãy xem phần Định nghĩa về các thuật ngữ được sử dụng trong tính toán của chúng tôi.
Mức tiêu thụ năng lượng hằng năm của hộ gia đình
Như đã đề cập trước đó, API Năng lượng mặt trời xác định mức tiêu thụ điện hằng tháng dựa trên số tiền điện hằng tháng và chi phí điện tại nơi một hộ gia đình sinh sống. Sau khi xác định mức tiêu thụ điện hằng tháng của một hộ gia đình, chúng ta sẽ tính mức tiêu thụ năng lượng hằng năm theo KWh bằng cách sử dụng công thức sau:
annualKWhEnergyConsumption = monthlyKWhEnergyConsumption x 12
Mức tiêu thụ năng lượng của một hộ gia đình được giả định là không thay đổi qua các năm trong suốt thời gian hoạt động của hệ thống lắp đặt năng lượng mặt trời. Solar API giả định tuổi thọ của một hệ thống lắp đặt pin năng lượng mặt trời là 20 năm.
Sản lượng năng lượng mặt trời hằng năm
Solar API ước tính sản lượng năng lượng hằng năm của một hệ thống lắp đặt pin mặt trời bằng cách xem xét các yếu tố như cường độ ánh sáng mặt trời, góc ánh sáng mặt trời và số giờ ánh sáng mặt trời có thể sử dụng mà một khu vực nhận được hằng năm.
Hệ thống lắp đặt năng lượng mặt trời tạo ra điện một chiều (DC). Điện này phải được chuyển đổi thành điện xoay chiều (AC) bằng bộ chuyển đổi thì bạn mới có thể sử dụng trong nhà. Một lượng điện năng bị mất trong quá trình chuyển đổi và hiệu suất của bộ chuyển đổi sẽ xác định lượng điện năng bị mất.
Hiệu suất của quá trình chuyển đổi được gọi là hệ số giảm điện áp DC sang AC. Để tính đến tổn thất, Solar API nhân sản lượng hằng năm của hệ thống lắp đặt năng lượng mặt trời với tỷ lệ giảm điện áp DC xuống AC là 0,85. Kết quả là sản lượng điện xoay chiều hằng năm, như trong công thức sau:
initialAcKwhPerYear = yearlyEnergyDcKwh x 0.85
Lượng năng lượng mà một hệ thống năng lượng mặt trời tạo ra giảm khoảng 0,5% mỗi năm trong suốt thời gian hoạt động của hệ thống. Để tính đến điều này, sau năm đầu tiên, Solar API sẽ nhân sản lượng AC hằng năm của một hệ thống lắp đặt với 99,5% hoặc 0, 995 mỗi năm trong vòng đời ước tính là 20 năm của hệ thống lắp đặt. Điều này được minh hoạ trong bảng sau.
| Năm | Sản lượng năng lượng mặt trời hằng năm (kWh) |
|---|---|
| 1 | initialAcKwhPerYear |
| 2 | initialAcKwhPerYear x 0,995 |
| : | : |
| 20 | initialAcKwhPerYear x 0,99519 |
Vì hiệu suất của tấm pin mặt trời giảm theo tỷ lệ không đổi, nên về cơ bản, hiệu suất này là một chuỗi hình học, trong đó a = initialAcKwhPerYear và r = efficiencyDepreciationFactor. Chúng ta có thể sử dụng tổng hình học để tính toán LifetimeProductionAcKwh:
LifetimeProductionAcKwh = (dcToAcDerate * initialAcKwhPerYear * (1 - pow(efficiencyDepreciationFactor, installationLifeSpan)) / (1 - efficiencyDepreciationFactor))
Chi phí điện khi sử dụng năng lượng mặt trời
Nếu kích thước của hệ thống lắp đặt bị giới hạn bởi kích thước mái nhà hoặc các yếu tố khác, thì hệ thống lắp đặt năng lượng mặt trời có thể tạo ra ít điện hơn mức tiêu thụ của một hộ gia đình. Trong những trường hợp này, hộ gia đình có thể sẽ phải trả một khoản phí dịch vụ cho một lượng điện nhất định mỗi năm, như trong công thức sau:
annualKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear = annualUtilityEnergyRequired
Để tính đến chi phí này, API Năng lượng mặt trời áp dụng mô hình chi phí hoá đơn cho lượng điện ước tính (tính bằng kWh) mà hộ gia đình sẽ cần từ một công ty tiện ích trong suốt thời gian lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời. Công thức sau đây minh hoạ phép tính này:
annualUtilityBillEstimate = billCostModel(utilityEnergyRequired)
Để tính đến mức tăng chi phí điện hằng năm, chúng tôi áp dụng costIncreaseFactor là 2,2% hoặc 0, 22 mỗi năm cho các vị trí ở Hoa Kỳ:
costIncreaseFactor = 1 + 2.2% = 1.022
Do lạm phát, chúng ta phải chiết khấu giá trị của đơn vị tiền tệ trong các chi phí ước tính trong tương lai. Để tính đến điều này, chúng tôi áp dụng mức chiết khấu 4% cho mô hình của mình tại các vị trí ở Hoa Kỳ:
discountRate = 1 + 4% = 1.04
Bảng sau đây cho biết cách tính hoá đơn tiện ích hằng năm trong suốt thời gian lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời. remainingLifetimeUtilityBill là tổng số tiền của các hoá đơn tiện ích trong mỗi năm trong 20 năm hoạt động của hệ thống lắp đặt năng lượng mặt trời.
| Năm | Hoá đơn dịch vụ công cộng hằng năm theo giá trị nội tệ hiện tại (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 |
| Tổng | remainingLifetimeUtilityBill = annualUtilityBillEstimateYear1 + annualUtilityBillEstimateYear2 + …. + annualUtilityBillEstimateYear20 |
Chi phí điện khi không sử dụng năng lượng mặt trời
Để tính toán số tiền mà một hộ gia đình có thể tiết kiệm được nếu lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời, chúng tôi cũng phải tính toán số tiền mà hộ gia đình đó có thể phải trả nếu không lắp đặt.
Một lần nữa, chúng ta phải tính đến chi phí điện và lạm phát ngày càng tăng bằng cách áp dụng costIncreaseFactor là 1,022 và discountRate là 1,04 vào tính toán, như chúng ta đã làm khi tính chi phí điện bằng năng lượng mặt trời.
Bảng sau đây cho biết cách tính hoá đơn tiện ích hằng năm không có năng lượng mặt trời trong suốt thời gian lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời. costOfElectricityWithoutSolar là tổng số tiền của các hoá đơn tiện ích trong cùng khoảng thời gian 20 năm mà chúng tôi đã sử dụng cho chi phí điện năng sử dụng năng lượng mặt trời.
| Năm | Hoá đơn dịch vụ tiện ích hằng năm (USD) |
|---|---|
| 1 | monthlyBill x 12 |
| 2 | monthlyBill x 12 x 1,022 / 1,04 |
| : | : |
| 20 | monthlyBill x 12 x 1,02219 / 1,0419 |
| Tổng | Tổng tất cả các hoá đơn hằng năm, cũng có thể được biểu thị là costOfElectricityWithoutSolar = 204,35 x monthlyBill |
Chi phí lắp đặt tấm pin năng lượng mặt trời
API Năng lượng mặt trời bao gồm chi phí lắp đặt cấu hình năng lượng mặt trời được đề xuất trong số liệu ước tính mà API này cung cấp. Để ước tính chi phí lắp đặt, API Năng lượng mặt trời sử dụng mô hình chi phí lắp đặt được bản địa hoá và kích thước của hệ thống lắp đặt.
installationCost = InstallationCostModel (installationSize)
Chương trình ưu đãi
Các cơ quan chính phủ có thể đưa ra các ưu đãi để lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời. Các ưu đãi này thường ở dạng khoản tín thuế. Dựa trên vị trí của hộ gia đình, Solar API sẽ trừ mọi khoản ưu đãi hiện có cho hộ gia đình đó khỏi tổng chi phí ước tính.
Tổng chi phí lắp đặt tấm pin năng lượng mặt trời
Solar API tính tổng chi phí trong 20 năm của một cấu hình năng lượng mặt trời bằng công thức sau:
totalCostWithSolar = installationCost + remainingLifetimeUtilityBill - incentives
Tổng số tiền tiết kiệm được
Solar API tính toán khoản tiết kiệm cho hộ gia đình bằng công thức sau:
savings = costOfElectricityWithoutSolar - totalCostWithSolar
Solar API thực hiện các phép tính trên cho từng kích thước lắp đặt có thể có, sau đó đề xuất kích thước lắp đặt giúp tiết kiệm tối đa cho hộ gia đình. Số tiền tiết kiệm được theo ước tính sẽ được trả về cùng với đề xuất.