本文件說明 Solar API 如何計算各種值，以便推薦太陽能板安裝服務，並估算美國地址的成本和節省費用。
如果您輸入位於美國涵蓋地區的住家地址，Solar API 會顯示以下預估值：
- 房子每年接收到多少陽光
- 屋頂安裝太陽能板的空間大小
- 在太陽能系統的 20 年使用壽命期間，住家可節省多少美元
- 所在地區的住家平均每月電費 (可依住家狀況調整)
- 房屋太陽能系統的建議大小，以千瓦 (kW) 為單位
雖然 Solar API 會針對其擁有資料的任何建築物提供預估值，但這些預估值最適合住宅或小型商業建築物。Solar API 會建議太陽能板安裝規模，以便在一年內盡可能節省電費，但不超過住家用電量。Solar API 不會計算與多餘能源產量相關的值。
建議安裝規模僅限於每年的能源消耗量，原因有很多，但主要原因是美國家庭目前從過度產生的能源中獲得的經濟效益很少，甚至沒有。在採用淨度量計的美國地區，因產生過多能源而獲得的積分通常會隨著時間流逝而失效。
美國地區的財務分析必填值
您需要從 API 回應中的每個 SolarPanelConfig 例項中取得兩個值，才能針對該例項執行財務分析：
panelsCount：安裝地點的太陽能板數量。您會在計算installationSize時使用這個值。yearlyEnergyDcKwh：在特定panelsCount的情況下，版面配置在一年內捕捉多少太陽能，以直流千瓦時為單位。您可以使用這個值，計算每個installationSize每年的太陽能 AC 發電量 (initialAcKwhPerYear)。
此外，您需要為下列要在計算中使用的變數收集特定位置值：
- billCostModel()：您用來判斷住家使用特定數量的度電所需支付的費用 (以當地貨幣計價) 的模型。公用事業公司收取的電費金額可能會因需求、時段和住家用電量等因素而有所不同。您可能需要估算平均費用。
- costIncreaseFactor：Solar API 會針對美國地區使用 1.022 (每年調漲 2.2%)。
- dcToAcDerate： 變流器將太陽能板產生的直流電轉換為住家使用的交流電的效率。Solar API 會針對美國地區使用 85%。
- discountRate：Solar API 會針對美國地區使用 1.04 (每年增加 4%)。
- efficiencyDepreciationFactor：太陽能板每年的效率下降幅度。Solar API 會針對美國地區使用 0.995 (每年減少 0.5%)。
- 獎勵：列出當地政府提供的太陽能板安裝獎勵。
- installationCostModel()：您用來估算特定
installationSize的太陽能安裝費用 (以當地幣別計算) 的方法。成本模型通常會計算特定installationSize的當地勞動和材料成本。 - installationLifeSpan：太陽能板安裝的預估壽命。Solar API 使用 20 年。視所在地區的需要調整這個值。
- kWhConsumptionModel()：您用來根據每月帳單判斷住家用電量多少的模型。最簡單的方法是將帳單金額除以住家所在地每度電的平均費用。
- monthlyBill：受測試住戶每月平均電費。
- monthlyKWhEnergyConsumption：預估特定位置的住家每月平均用電量，以千瓦時為單位。
有了這些值和 API 回應提供的資訊，您就可以執行必要的計算，為 Solar API 未涵蓋的地區推薦最佳 installationSize。
運作方式
平均每月電費是其他計算的關鍵。
Solar API 一開始會根據預先選取的月度帳單金額進行計算。如有需要，您可以選取其他金額，更準確反映自己的平均月費。
只要知道特定地點的每月帳單金額和目前電費，Solar API 就能預估每個家庭每個月消耗的千瓦小時 (kWh) 電量。如要瞭解美國各地目前的電費，以及從每月帳單中判斷度量單位為 kWh 的電量，Solar API 會參考 Clean Power Research 維護的資料庫。
Solar API 會根據住家耗電度數、住家屋頂的可用面積，以及住家所在位置的太陽能發電潛力，評估一或多個可能的太陽能發電裝置大小，並推薦可節省最多電費的大小。
太陽能板安裝規模的評估標準為千瓦數。千瓦額定功率取決於設定中的太陽能板數量，以及每個太陽能板的功率額定值 (以瓦為單位)。
安裝項目的 kW 額定值與安裝項目的能源輸出量不同，後者以 kWh 為單位，且會有所變動。安裝裝置的 kWh 輸出量取決於下列因素：
- 時段
- 天氣
- 太陽能板面向太陽的方向
- 附近物體投射到面板上的任何陰影
- 區域太陽能發電潛力
- 安裝年齡
Solar API 會在估算太陽能板每年的能源產量時，納入區域太陽能發電潛力和安裝年齡等因素。
為了判斷屋頂的可用面積，並估算可支援的太陽能發電量，Solar API 會使用空拍圖和進階 3D 模型。
值和計算方式的詳細說明
以下各節說明 Solar API 如何計算美國特定建築物的太陽能板安裝費用、省電量和大小。
計算說明會使用術語來代表計算中的值。如需相關詞彙的說明，請參閱計算中使用的詞彙定義。
每年的家庭用電量
如先前所述，Solar API 會根據每月帳單金額和住家所在地的電費，判斷每月用電量。確定住家每月用電量後，我們會使用以下公式計算每年的用電量 (以千瓦時為單位)：
annualKWhEnergyConsumption = monthlyKWhEnergyConsumption x 12
假設在太陽能板安裝期間，住家的用電量每年都維持不變。Solar API 假設太陽能板的壽命為 20 年。
每年太陽能產量
Solar API 會考量陽光強度、陽光角度和地區每年可利用的日照時數等因素，估算太陽能板每年的發電量。
太陽能板產生的直流電必須經過逆變器轉換成交流電，才能在家中使用。在轉換過程中，部分電力會損失，而逆變器的效率會決定損失的電力量。
轉換程序的效率稱為 DC 到 AC 的 derate。為考量損失，Solar API 會將太陽能板每年的輸出量乘以 0.85 的直流至交流降額。結果是每年的交流電產量，如以下公式所示：
initialAcKwhPerYear = yearlyEnergyDcKwh x 0.85
在安裝設備的整個生命週期中，其產生的能源量每年會下降約 0.5%。為考量這項因素，在第一年過後，Solar API 會將安裝設備的年度交流電輸出量乘以 99.5% (或 0.995)，並以此計算安裝設備的預估使用壽命 20 年。如以下表格所示。
| 年 | 每年太陽能發電量 (千瓦時) |
|---|---|
| 1 | initialAcKwhPerYear |
| 2 | initialAcKwhPerYear x 0.995 |
| : | : |
| 20 | initialAcKwhPerYear x 0.99519 |
由於太陽能板的效率會以固定速率衰減，因此本質上是幾何級數列，其中 a = initialAcKwhPerYear，而 r = efficiencyDepreciationFactor。我們可以使用幾何和來計算 LifetimeProductionAcKwh：
LifetimeProductionAcKwh = (dcToAcDerate * initialAcKwhPerYear * (1 - pow(efficiencyDepreciationFactor, installationLifeSpan)) / (1 - efficiencyDepreciationFactor))
太陽能電費
如果安裝規模受屋頂大小或其他因素限制，太陽能板安裝作業產生的電力可能會低於住家用電量。在這種情況下，住戶每年可能需要支付一定數量的電費，如以下公式所示：
annualKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear = annualUtilityEnergyRequired
為計算這項費用，Solar API 會將帳單費用模型套用至家庭在太陽能板裝設期間，需要從公用事業公司購買的預估電量 (以度為單位)。下列公式說明這項計算：
annualUtilityBillEstimate = billCostModel(utilityEnergyRequired)
為考量每年上漲的電費，我們為美國地區的 costIncreaseFactor 套用 2.2% 或 0.22 的值：
costIncreaseFactor = 1 + 2.2% = 1.022
由於通貨膨脹，我們必須在預估未來成本時，將貨幣價值折算為現值。為此，我們會在美國地區的模型中套用 4% 的折扣率：
discountRate = 1 + 4% = 1.04
下表說明太陽能板安裝期間，每年的電費如何計算。「剩餘的 LifetimeUtilityBill」remainingLifetimeUtilityBill是太陽能裝置使用壽命 20 年期間，每年的公共事業費總和。
| 年 | 以當地幣值 (美元) 計算的年費公用事業帳單 (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 |
| 總計 | 剩餘的終身公用事業費 = annualUtilityBillEstimateYear1 + annualUtilityBillEstimateYear2 + …. + annualUtilityBillEstimateYear20 |
不使用太陽能時的電費
為了計算安裝太陽能板後，住家可省下多少費用，我們也必須計算不安裝太陽能板的費用。
我們必須再次考量電費和通貨膨脹率的上升趨勢，方法是將 costIncreaseFactor 1.022 和 discountRate 1.04 套用至計算，就像我們計算太陽能電費時一樣。
下表顯示在太陽能板安裝期間，每年不含太陽能板的電費計算方式。costOfElectricityWithoutSolar 是指在 20 年期間內，不使用太陽能發電的電費總和。
| 年 | 每年公用事業費帳單 (美元) |
|---|---|
| 1 | monthlyBill x 12 |
| 2 | monthlyBill x 12 x 1.022 / 1.04 |
| : | : |
| 20 | monthlyBill x 12 x 1.02219 / 1.0419 |
| 總計 | 所有年度帳單的總和，也可以表示為 costOfElectricityWithoutSolar = 204.35 x monthlyBill |
太陽能板安裝費用
Solar API 會在提供的預估值中，加入安裝建議太陽能配置的費用。為估算安裝費用，Solar API 會使用當地安裝費用模型和安裝規模。
installationCost = InstallationCostModel (installationSize)
獎勵
政府機關可能會提供安裝太陽能板的獎勵。獎勵措施通常是以稅額抵免的形式提供。根據住家的所在位置，Solar API 會從預估總費用中扣除住家目前可獲得的任何獎勵。
太陽能裝置總費用
Solar API 會使用下列公式計算太陽能配置方案的 20 年總成本：
totalCostWithSolar = installationCost + remainingLifetimeUtilityBill - incentives
節省總額
Solar API 會使用下列公式計算住家的節省金額：
savings = costOfElectricityWithoutSolar - totalCostWithSolar
Solar API 會針對每個可能的安裝規模執行上述計算，然後推薦可為住家帶來最大節能效益的安裝規模。系統會一併傳回預估節省費用的金額。