احسِب تكاليف استخدام الطاقة الشمسية وتوفيرها لأماكن خارج الولايات المتحدة

يصف هذا القسم كيفية إجراء العمليات الحسابية التي تمكّنك من تحديد أفضل تركيبة شمسية للمنازل في المواقع الجغرافية خارج الولايات المتحدة. لحساب التوصيات، تحتاج إلى وضع نموذج لتكاليف تركيب الألواح الشمسية والوفورات التي تقدمها باستخدام البيانات من استجابة Solar API.

بالنسبة إلى المواقع الجغرافية في الولايات المتحدة، تعرض واجهة برمجة التطبيقات Solar API مثالاً لعنصر FinancialAnalysis لكل حجم فاتورة كهربائية للموقع الجغرافي المُدخل. وتستخدم المعلومات الواردة في هذه الحالات لتحديد الفاتورة واستهلاك الطاقة، وفي النهاية، مقدار الوفورات المرتبطة بكل حجم لألواح الطاقة الشمسية.

بالنسبة إلى المواقع الجغرافية خارج الولايات المتحدة، لا تتضمّن استجابة واجهة برمجة التطبيقات حالات FinancialAnalysis، لذلك عليك حساب التكلفة والتوفيرات لكل عملية إعداد شمسية بنفسك قبل اقتراح أفضلها. لإجراء العمليات الحسابية، تحتاج إلى جمع بيانات خاصة بالموقع واتّباع الإرشادات الواردة في هذه الوثيقة.

يمكنك نمذجة عملياتك الحسابية على العمليات الحسابية التي تستخدمها واجهة برمجة التطبيقات Solar API لمواقع الولايات المتحدة. للحصول على شرح لهذه الحسابات، اطلع على حساب توفير التكلفة (الولايات المتحدة).

تكوينات ألواح الطاقة الشمسية

بالنسبة إلى المواقع الجغرافية خارج الولايات المتحدة، يتم توفير المعلومات عن كل عملية إعداد لألواح شمسية تحتاجها لإجراء تحليل مالي في الحقل SolarPanelConfig. يعتمد عدد مثيلات SolarPanelConfig التي يتم عرضها على حجم السطح لموقع الإدخال. بالنسبة لعملياتك الحسابية، تحتاج إلى القيم من الحقلين التاليين:

• panelsCount: عدد اللوحات المستخدمة في هذه الإعدادات
• yearlyEnergyDcKwh: مقدار الطاقة الشمسية، بالكيلوواط في الساعة من كهرباء التيار المستمر، التي تنتجها هذه الإعدادات على مدار عام، وفقًا لحجم اللوح المحدد في الحقول التالية في كائن SolarPotential:
  • panelHeightMeters: ارتفاع اللوحة بالمتر
  • panelWidthMeters: عرض اللوحة بالمتر
  • panelCapacityWatts: تقييم الطاقة في اللوحة بالواط

يوضّح المثال التالي مثالاً واحدًا للكائن SolarPanelConfig في الحقل solarPanelConfigs في استجابة الطلب:

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

بالنسبة إلى ألواح الطاقة الشمسية المركّبة، تشير السمة installationSize إلى الناتج بالكيلوواط بدلاً من عدد المساحة أو الألواح، ويتم تعريفها على النحو التالي:

installationSize = panelsCount * panelCapacityWatts/1000 kW

اضبط تقديرات إنتاج الطاقة لتقييمات اللوحات المختلفة

لاحتساب قيمة yearlyEnergyDcKwh، تستخدم Solar API تقييم الطاقة في حقل panelCapacityWatts، الذي يبلغ حاليًا 250 واط.

إذا احتجت إلى استخدام تقييم طاقة مختلف للّوحة في عملياتك الحسابية وكانت أبعاد اللوحات مشابهة تقريبًا للقيم في حقلَي panelHeightMeters وpanelWidthMeters، يمكنك تعديل العمليات الحسابية عبر ضرب القيمة التي تعرضها واجهة برمجة التطبيقات في الحقل yearlyEnergyDcKwh في نسبة تقييم الطاقة إلى القيمة في panelCapacityWatts.

على سبيل المثال، إذا كان تصنيف الطاقة للوحاتك هو 400 واط وpanelCapacityWatts هو 250 واط، اضرب قيمة yearlyEnergyDcKwh التي احتسبتها واجهة برمجة التطبيقات باستخدام panelCapacityWatts في عامل 400/250 أو 1.6. إذا كان تقييم الطاقة لللوحة هو 200 واط، اضرب yearlyEnergyDcKwh في 200/250 أو 0.8.

إنتاج الطاقة الزائدة

فحساب الطاقة الزائدة التي يمكن أن تنتج عن ألواح الطاقة الشمسية ليس موضوع عمليات احتساب واجهة برمجة التطبيقات Solar. في الواقع، إذا عرضت واجهة برمجة التطبيقات Solar API عدة مثيلات محتملة من SolarPanelConfig لمنزل معيّن، لا تأخذ Solar API في الاعتبار النتائج أو الإعدادات التي تنتج طاقة أكبر من متوسط استهلاك الأسرة المفترض في الولايات المتحدة في FinancialAnalysis.

ومع ذلك، قد تكون لديك أسباب لتضمين المنشآت التي تنتج طاقة زائدة في توصياتك. على سبيل المثال، يمكنك تعويض الانخفاض التدريجي في كفاءة اللوحة (efficiencyDepreciationFactor) من خلال السماح بالإنتاج الزائد في الجزء الأول من عمر التثبيت. لمزيد من المعلومات، يُرجى الاطّلاع على القيم المطلوبة للتحليل المالي.

مهما كانت أسبابك، إذا كنت تقوم بتضمين ألواح الطاقة الشمسية التي تنتج عنها كهرباء زائدة في حساباتك، فاعلم فقط أن العمليات الحسابية الموضحة هنا لا تغطي هذا السيناريو.

القيم المطلوبة للتحليل المالي للمواقع الجغرافية خارج الولايات المتحدة

من كل مثيل من SolarPanelConfig في استجابة واجهة برمجة التطبيقات، ستحتاج إلى قيمتَين لإجراء التحليل المالي لهذه المثيل:

• panelsCount: عدد الألواح الشمسية في المنشآت. يمكنك استخدام هذه القيمة في حساب installationSize.
• yearlyEnergyDcKwh: مقدار الطاقة الشمسية التي يجمعها تصميم معيّن على مدار عام واحد، بالكيلوواط ساعة من الكهرباء التي تيار التيار المتردد، بالنسبة إلى قيمة panelsCount محدَّدة. يمكنك استخدام هذه القيمة في احتساب الطاقة الشمسية القابلة للاستخدام ككهرباء AC في المنزل (initialAcKwhPerYear) من كل installationSize، مع الأخذ في الاعتبار أي فقدان للطاقة أثناء التحويل من تيار مستمر إلى تيار متردد.

بالإضافة إلى ذلك، تحتاج إلى جمع قيم خاصة بالموقع للمتغيرات التالية التي ستستخدمها في العمليات الحسابية:

• billCostModel(): نموذجك المستخدَم لتحديد التكلفة بالعملة المحلية التي تدفعها الأسرة مقابل استخدام عدد معيّن من كيلوواط ساعة. يمكن أن يختلف مقدار رسوم المرافق الكهربائية من يوم لآخر أو ساعة إلى ساعة اعتمادًا على عوامل مثل الطلب والوقت من اليوم وكمية الكهرباء التي يستهلكها المنزل. قد تحتاج إلى تقدير متوسط التكلفة.
• costIncreaseFactor: هو العامل الذي تزداد من خلاله تكلفة الكهرباء سنويًا. تستخدم Solar API 1.022 (زيادة سنوية بـ 2.2%) للمواقع الجغرافية في الولايات المتحدة. عدِّل هذه القيمة حسب الحاجة لمنطقتك.
• dcToAcDerate: يشير ذلك إلى الكفاءة التي يحوّل بها العاكس الكهرباء التي تعمل بالتيار المستمر والتي تنتجها الألواح الشمسية إلى كهرباء التيار المتردد التي تُستخدم في المنزل. تستخدم واجهة برمجة التطبيقات Solar API نسبة 85% للمواقع الجغرافية في الولايات المتحدة. عدِّل هذه القيمة حسب الحاجة لمنطقتك.
• discountRate: تستخدم Solar API النسبة 1.04 (زيادة بنسبة 4% في السنة) للمواقع الجغرافية في الولايات المتحدة. عدِّل هذه القيمة حسب الحاجة لمنطقتك.
• efficiencyDepreciationFactor: مقدار انخفاض كفاءة ألواح الطاقة الشمسية كل عام. تستخدم واجهة برمجة التطبيقات Solar API نسبة 0.995 (0.5 % من الخفض السنوي) للمواقع الجغرافية في الولايات المتحدة. اضبط هذه القيمة حسب الحاجة لمنطقتك.
• الحوافز: أدرِج أي حوافز مالية لتركيب ألواح الطاقة الشمسية المقدمة من الجهات الحكومية في منطقتك.
• installationCostModel(): هي طريقتك لتقدير تكلفة تركيب مصادر الطاقة الشمسية بالعملة المحلية في installationSize. ويأخذ نموذج التكلفة عادةً في الاعتبار تكاليف العمالة والمواد المحلية لفئة installationSize معيّنة.
• installationLifeSpan: العمر المتوقّع لتركيب ألواح الطاقة الشمسية تستخدم Solar API 20 عامًا. اضبط هذه القيمة حسب الحاجة لمنطقتك.
• kWhConsumptionModel(): هو نموذجك المستخدَم لتحديد مقدار الطاقة التي يستهلكها أحد أفراد الأسرة استنادًا إلى فاتورة شهرية. في أبسط صوره، يمكنك تقسيم الفاتورة على متوسط تكلفة كيلوواط ساعة في موقع الأسرة.
• monthlyBill: متوسط الفاتورة الكهربائية الشهرية لأفراد الأسرة المعنيّة.
• monthlyKWhEnergyConsumption: تقدير لمتوسط كمية الكهرباء التي يستهلكها المنزل في موقع جغرافي معيّن خلال شهر، ويتم قياسه بالكيلوواط ساعة.

باستخدام هذه القيم والمعلومات التي يوفّرها ردّ واجهة برمجة التطبيقات، يمكنك إجراء العمليات الحسابية اللازمة لاقتراح أفضل installationSize للمواقع الجغرافية التي لا تشملها Solar API.

خطوات الحساب

تستند الخطوات التالية إلى منهجية Solar API. قد تحتاج إلى تعديل منهجيتك بناءً على المعلومات المتاحة لموقعك الجغرافي.

1. احتساب الاستهلاك السنوي للطاقة للأسرة في الموقع الجغرافي لإدخال البيانات:

   1. تقدير الفاتورة الشهرية للأسرة أو طلبها
   2. احسب monthlyKWhEnergyConsumption من الفاتورة الشهرية. (إذا كنت تعرف monthlyKWhEnergyConsumption، يمكنك تخطي هذه الخطوة.) على سبيل المثال:

   monthlyKWhEnergyConsumption = monthlyKWhEnergyConsumption(monthlyKWhEnergyConsumption)

   1. احسب annualKWhEnergyConsumption من خلال ضرب monthKWhEnergyConsumption في 12:

   annualKWhEnergyConsumption = monthKWhEnergyConsumption × 12.

2. الحصول على استجابة واجهة برمجة التطبيقات للأسرة المستهدفة:

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

   تتضمن الاستجابة ضوء الشمس القابل للاستخدام، ومساحة الأسطح القابلة للاستخدام، وواحد أو أكثر من تكوينات الألواح الشمسية المحتملة.

3. احتساب إنتاج الطاقة الشمسية السنوية من التيار المتردد (AC) لكل installationSize تقترحه واجهة برمجة التطبيقات من خلال ضرب قيمة yearlyEnergyDcKwh التي توفّرها واجهة برمجة التطبيقات في كل مثيل SolarPanelConfig في dcToAcDerate المحلي:

   initialAcKwhPerYear = yearlyEnergyDcKwh x initialAcKwhPerYear

4. يمكنك أيضًا استبعاد أي مثيل SolarPanelConfig ينتج عنه كهرباء أكثر من استهلاك الأسرة سنويًا (initialAcKwhPerYear > initialAcKwhPerYear).

5. احتساب حجم إنتاج الطاقة الشمسية منذ بدء استخدامها (LifetimeProductionAcKwh) لكل installationSize تم إرجاعه:

   1. لكل سنة من عمر ألواح الطاقة الشمسية المركّبة، احسب كمية الكهرباء التي ستنتجها التركيبات سنويًا، مع تطبيق efficiencyDepreciationFactor بشكل مضاعف على كل سنة بعد السنة الأولى.
   2. أضِف الإجماليات لجميع السنوات.

   يوضّح الجدول التالي مثالاً على كيفية حساب إنتاج الطاقة منذ الإنشاء بافتراض عمر installationLifeSpan لمدة 20 عامًا. ويمثّل كل صف سنة إنتاج المحتوى. وبعد العام الأول، ينطبق انخفاض الكفاءة بشكل كبير. وأخيرًا، يمثّل مجموع كل الصفوف إنتاج الطاقة منذ بدء ألواح الطاقة الشمسية.

   Year	إنتاج الطاقة الشمسية سنويًا (كيلوواط ساعة)
   1	initialAcKwhPerYear
   2	+ initialAcKwhPerYear x efficiencyDepreciationFactor
   :	:
   20	+ initialAcKwhPerYear x efficiencyDepreciationFactor^19
   المجموع	LifetimeProductionAcKwh

بما أنّ كفاءة الألواح الشمسية تتناقص بمعدل ثابت، فهي في الأساس عبارة عن متسلسلة هندسية حيث a = firstAcKwhPerYear وr =efficiencyDepreciationFactor. يمكننا استخدام مجموع هندسي لحساب LifetimeProductionAcKwh:

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

تحسب كود بايثون التالي المجموع الهندسي أعلاه:

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

1. لكلّ مبلغ installationSize يتم إرجاعه، احسب التكلفة الدائمة لاستهلاك الطاقة في حال تثبيت installationSize:

   1. بالنسبة إلى كل سنة من عمر ألواح الطاقة الشمسية، احسب تكلفة الكهرباء التي ستحتاج الأسرة إلى شرائها سنويًا لتغطية استهلاك الطاقة الذي لا تتم تلبيته بالطاقة الشمسية. استخدم القيم الخاصة بالرمزين annualKWhEnergyConsumption وInitialAcKwhPerYear اللذين احتسبتهما سابقًا. لكل سنة بعد السنة الأولى، طبِّق efficiencyDepreciationFactor وcostGrowFactor وdiscountRate على القيم.
   2. أضِف الإجماليات لجميع السنوات.

   يعرض الجدول التالي مثالاً على كيفية احتساب التكلفة الدائمة للكهرباء. ويمثّل كل صف تكلفة الكهرباء عن عام واحد في عمر ألواح الطاقة الشمسية. وبعد العام الأول، يتم تطبيق التكلفة المتزايدة للكهرباء ومعدّل الخصم بشكل كبير. أخيرًا، مجموع كل الصفوف هو التكلفة الدائمة للكهرباء باستخدام ألواح الطاقة الشمسية.

   Year	فاتورة الخدمات السنوية بقيمة العملة المحلية الحالية (بالدولار الأمريكي) (annualUtilityBillEstimate)
   1	annualUtilityBillEstimateYear1 = billCostModel (yearlyKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear)
   2	annualUtilityBillEstimateYear2 = annualUtilityBillEstimateYear2 (annualUtilityBillEstimateYear2 - annualUtilityBillEstimateYear2 x annualUtilityBillEstimateYear2) x annualUtilityBillEstimateYear2 / annualUtilityBillEstimateYear2
   :	:
   20	annualUtilityBillEstimateYear20 = billCostModel (yearlyKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear x efficiencyDepreciationFactor19) x costOverFactor19 / discountRate19
   المجموع	remainingLifetimeUtilityBill

يعرض رمز Python التالي مصفوفة annualUtilityBillEstimate لكل عام من 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. حساب التكلفة الدائمة للكهرباء في حال عدم تركيب ألواح الطاقة الشمسية:

   1. احسب تكلفة الكهرباء التي سيحتاج الأسرة إلى شرائها سنويًا في حال عدم تركيب الطاقة الشمسية مقابل كل سنة من فترة تركيب ألواح الطاقة الشمسية. استخدِم قيمة monthlyBill. بالنسبة إلى كل عام بعد السنة الأولى، طبِّق قيمتَي costIncreaseFactor وcostIncreaseFactor على costIncreaseFactor.
   2. أضِف الإجماليات لجميع السنوات.

   يوضّح الجدول التالي مثالاً على كيفية احتساب التكلفة الدائمة للكهرباء بدون استخدام الطاقة الشمسية. ويمثّل كل صف تكلفة الكهرباء لعام واحد على مدار نفس عدد السنوات لعمر ألواح الطاقة الشمسية. وبعد العام الأول، تُطبَّق الزيادة في تكلفة الكهرباء ومعدّل الخصم بشكل كبير. وأخيرًا، فإن مجموع كل الصفوف هو تكلفة الكهرباء الدائمة بدون تركيب ألواح شمسية.

   Year	فاتورة الخدمات السنوية بالقيمة الحالية بالعملة المحلية
   1	annualBill = monthBill x 12
   2	annualBill = monthBill × 12 x costGrowFactor / discountRate
   :	:
   20	annualBill = monthBill × 12 x costGrowFactor19 / discountRate19
   المجموع	costOfElectricityWithoutSolar

تقوم التعليمة البرمجية التالية بإجراء العملية الحسابية أعلاه:

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

1. احسب تكلفة التثبيت لكل حجم عملية تثبيت:

   installationCost = localinstallCostModel(installationSize)

2. أضِف أي حوافز مالية متوفّرة للموقع الجغرافي للأسرة.

3. بالنسبة إلى كل حجم تركيب، احسب التكاليف الإجمالية المرتبطة بتركيب ألواح الطاقة الشمسية:

   totalCostWithSolar = installationCost + remainingLifetimeUtilityBill - حوافز

4. بالنسبة إلى كل حجم تركيب، احسب إجمالي التوفير المرتبط بتركيب ألواح الطاقة الشمسية:

   savings = costOfElectricityWithoutSolar - totalCostWithSolar

5. اختَر حجم التثبيت الذي يوفِّر أكبر قدر من التوفير.

عند الانتهاء من العمليات الحسابية

باستخدام المعلومات التي تقدمها، والمعلومات التي تم إرجاعها بواسطة Solar API، والحسابات المذكورة أعلاه، يُفترض أن تتمكن من اقتراح أحجام تركيبات ألواح الطاقة الشمسية التي توفر الحد الأقصى من التكلفة للأسر في منطقتك.

في الاقتراحات التي تقدّمها للمستخدم النهائي، يمكنك أيضًا تضمين المعلومات التالية التي تعرضها واجهة برمجة التطبيقات في عنصر SolarPotential للحقل solarPotential:

• مقدار أشعة الشمس القابلة للاستخدام التي يتلقّاها المنزل سنويًا، ويتم عرضه في الحقل maxSunshineHoursPerYear ضمن الكائن SolarPotential.
• يشير هذا المقياس إلى عدد الأقدام المربّعة التي يمكن استخدامها في ألواح الطاقة الشمسية المركّبة، ويتم عرضها في الحقل wholeRoofStats للجسم SolarPotential.
• تمثّل هذه السمة متوسط فاتورة الكهرباء الشهرية للأسرة.