Tính toán chi phí sử dụng năng lượng mặt trời và khoản tiết kiệm cho các vị trí không ở Hoa Kỳ

Phần này mô tả cách thực hiện các phép tính cho phép bạn xác định cấu hình năng lượng mặt trời tốt nhất cho hộ gia đình ở các khu vực ngoài Hoa Kỳ. Cách tính các đề xuất, bạn cần lập mô hình chi phí lắp đặt tấm pin năng lượng mặt trời và mức tiết kiệm mà họ có thể mang lại bằng cách sử dụng dữ liệu từ API năng lượng mặt trời của bạn.

Đối với các vị trí ở Hoa Kỳ, Solar API trả về một thực thể của đối tượng FinancialAnalysis cho mỗi kích thước hoá đơn điện cho vị trí đầu vào. Bạn sử dụng thông tin trong những trường hợp này để xác định hoá đơn, mức tiêu thụ năng lượng và cuối cùng là mức tiết kiệm liên quan đến mỗi kích thước lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời.

Đối với các vị trí không phải ở Hoa Kỳ, phản hồi API không bao gồm các thực thể FinancialAnalysis, vì vậy, bạn phải tự tính toán chi phí và mức tiết kiệm cho từng cấu hình hệ thống năng lượng mặt trời trước khi có thể đề xuất cấu hình tốt nhất. Để thực hiện các phép tính toán khác, bạn cần thu thập dữ liệu theo vị trí cụ thể và làm theo hướng dẫn trong tài liệu này.

Bạn có thể lập mô hình tính toán dựa trên các phép tính mà API năng lượng mặt trời sử dụng cho các vị trí ở Hoa Kỳ. Để xem nội dung giải thích về các phép tính này, hãy xem bài viết Tính toán tiết kiệm chi phí (Hoa Kỳ).

Cấu hình tấm pin năng lượng mặt trời

Đối với các vị trí không phải ở Hoa Kỳ, thông tin về từng cấu hình tấm pin mặt trời mà bạn cần cho việc phân tích tài chính được cung cấp trong trường SolarPanelConfig. Số lượng thực thể SolarPanelConfig được trả về tuỳ thuộc vào mái nhà kích thước của vị trí nhập. Để tính toán, bạn cần các giá trị từ hai trường sau đây:

  • panelsCount: Số lượng bảng điều khiển được sử dụng trong cấu hình này.
  • yearlyEnergyDcKwh: Lượng năng lượng mặt trời, tính theo kWh điện một chiều, mà cấu hình này tạo ra trong một năm, với kích thước bảng điều khiển do các trường sau đây trong đối tượng SolarPotential xác định:
    • panelHeightMeters: Chiều cao của bảng điều khiển tính bằng mét.
    • panelWidthMeters: Chiều rộng của bảng điều khiển tính bằng mét.
    • panelCapacityWatts: Mức xếp hạng công suất của bảng điều khiển tính bằng watt.

Ví dụ sau đây cho thấy một thực thể của đối tượng SolarPanelConfig trong Trường solarPanelConfigs trong phản hồi yêu cầu:

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

Đối với các hệ thống lắp đặt năng lượng mặt trời, installationSize đề cập đến công suất đầu ra kW thay vì diện tích hoặc số lượng tấm pin và được xác định là:

installationSize = panelsCount * panelCapacityWatts/1000 kW

Điều chỉnh số liệu ước tính về sản lượng năng lượng cho các mức phân loại bảng điều khiển

Để tính toán giá trị yearlyEnergyDcKwh, API năng lượng mặt trời sử dụng năng lượng công suất trong trường panelCapacityWatts (hiện là 250W).

Nếu bạn cần sử dụng một thông số xếp hạng công suất của bảng điều khiển khác trong phép tính của mình và kích thước của các bảng này gần tương đương với giá trị trong bảng Trường panelHeightMeters và panelWidthMeters, bạn có thể điều chỉnh bằng cách nhân giá trị được API trả về trong Trường yearlyEnergyDcKwh theo tỷ lệ công suất định mức của bạn so với giá trị trong panelCapacityWatts.

Ví dụ: nếu công suất định mức của bảng điều khiển là 400 W và panelCapacityWatts là 250 W, hãy nhân giá trị của yearlyEnergyDcKwh mà API được tính bằng sử dụng panelCapacityWatts theo hệ số 400/250 hoặc 1,6. Nếu bảng điều khiển của bạn bật nguồn công suất định mức là 200W, hãy nhân yearlyEnergyDcKwh với 200/250 hoặc 0, 8.

Sản xuất quá mức năng lượng

Việc tính năng lượng năng lượng dư thừa mà hệ thống năng lượng mặt trời có thể tạo ra nằm ngoài phạm vi tính toán của Solar API. Trên thực tế, nếu Solar API trả về nhiều thực thể SolarPanelConfig có thể có cho một hộ gia đình nhất định, thì Solar API sẽ không xem xét các kết quả hoặc cấu hình sản xuất nhiều năng lượng hơn mức tiêu thụ trung bình của hộ gia đình ở Hoa Kỳ trong FinancialAnalysis.

Tuy nhiên, bạn có thể có lý do để đưa các thiết bị lắp đặt tạo ra điện dư thừa vào danh sách đề xuất. Ví dụ: bạn có thể muốn bù trừ sự suy giảm dần hiệu suất của bảng điều khiển (efficiencyDepreciationFactor) cho phép sản xuất quá mức trong phần đầu tiên của vòng đời lắp đặt. Để biết thêm thông tin, hãy xem phần Các giá trị bắt buộc để phân tích tài chính.

Dù lý do của bạn là gì, nếu bạn tính cả các hệ thống lắp đặt năng lượng mặt trời tạo ra điện dư thừa, hãy lưu ý rằng các phép tính được giải thích ở đây không bao gồm trường hợp đó.

Giá trị bắt buộc để phân tích tài chính cho các vị trí không phải 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 lượng tấm pin năng lượng mặt trời trong một lượt lắp đặt. Bạn sử dụng giá trị này trong quá trình tính toán installationSize.
  • yearlyEnergyDcKwh: Lượng năng lượng mặt trời mà một bố cục thu được trong một năm, tính theo kWh điện một chiều, với một panelsCount cụ thể. Bạn sử dụng giá trị này trong tính toán về năng lượng mặt trời có thể sử dụng làm Điện AC trong một hộ gia đình (initialAcKwhPerYear) mỗi loại installationSize, có tính đến mọi tổn thất năng lượng trong thời gian chuyển đổi từ nguồn điện một chiều sang nguồn xoay chiều.

Ngoài ra, bạn cần thu thập các giá trị có vị trí cụ thể cho các dữ liệu sau mà bạn sẽ sử dụng trong tính toán:

  • billCostModel(): Mô hình của bạn để xác định chi phí, tính theo đơn vị tiền tệ của địa phương, mà một hộ gia đình phải trả khi sử dụng một số kWh nhất định. Mức phí điện của công ty điện lực có thể thay đổi tuỳ theo ngày hoặc giờ, tuỳ thuộc vào các yếu tố như nhu cầu, thời gian trong ngày và lượng điện mà hộ gia đình sử dụng. Bạn có thể cần ước tính chi phí trung bình.
  • costIncreaseFactor: Yếu tố theo đó chi phí điện đều tăng hằng năm. API Năng lượng mặt trời sử dụng 1,022 (tăng 2,2% mỗi năm) cho các vị trí ở Hoa Kỳ. Điều chỉnh giá trị này nếu cần cho khu vực của bạn.
  • dcToAcDerate: Hiệu suất mà bộ biến tần chuyển đổi nguồn điện một chiều điện do các tấm pin mặt trời tạo ra thành điện xoay chiều được dùng trong hộ gia đình. API năng lượng mặt trời sử dụng 85% cho các vị trí ở Hoa Kỳ. Điều chỉnh giá trị này nếu cần cho khu vực của bạn.
  • discountRate: API Năng lượng mặt trời sử dụng 1,04 (tăng 4% mỗi năm) cho các vị trí ở Hoa Kỳ. Điều chỉnh giá trị này nếu cần cho khu vực của bạn.
  • efficiencyDepreciationFactor (Hệ số hiệu suất): Hiệu suất của năng lượng mặt trời đến mức nào bảng này giảm xuống mỗi năm. API Năng lượng mặt trời sử dụng 0,995 (giảm 0,5% mỗi năm) cho các vị trí ở Hoa Kỳ. Điều chỉnh giá trị này nếu cần cho khu vực của bạn.
  • ưu đãi: Bao gồm mọi ưu đãi bằng tiền để lắp đặt tấm pin năng lượng mặt trời do cơ quan chính phủ tại khu vực của bạn cung cấp.
  • installationCostModel(): Phương pháp của bạn để ước tính chi phí lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời bằng nội tệ cho một installationSize cụ thể. Chi phí thường sẽ tính đến chi phí nhân công và vật tư tại địa phương cho một installationSize.
  • 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 nhất, bạn sẽ chia hoá đơn cho chi phí trung bình của một kWh tại vị trí của hộ gia đình.
  • monthlyBill: hoá đơn tiền điện trung bình hằng tháng cho một chủ đề hộ gia đình.
  • monthlyKWhEnergyConsumption: Số liệu ước tính về lượng điện năng hộ gia đình tại một địa điểm cụ thể tiêu thụ trong một tháng, được đo tính bằng KWh.

Với các giá trị này và thông tin do phản hồi của API cung cấp, bạn có thể thực hiện các tính toán cần thiết để đề xuất installationSize phù hợp nhất cho các vị trí không thuộc phạm vi điều chỉnh của API năng lượng mặt trời.

Các bước tính toán

Các bước sau đây dựa trên phương pháp của Sun API. Bạn có thể cần điều chỉnh phương pháp dựa trên thông tin có sẵn cho vị trí của mình.

  1. Tính toán mức tiêu thụ năng lượng hằng năm của hộ gia đình ở đầu vào vị trí:

    1. Ước tính hoặc yêu cầu hoá đơn hằng tháng của hộ gia đình.
    2. Tính monthlyKWhEnergyConsumption từ hóa đơn hằng tháng. (Nếu bạn biết monthlyKWhEnergyConsumption, bạn có thể bỏ qua bước này.) Ví dụ:

    monthlyKWhEnergyConsumption = kWhConsumptionModel(monthlyBill)

    1. Tính annualKWhEnergyConsumption bằng cách nhân monthlyKWhEnergyConsumption trước 12:

    annualKWhEnergyConsumption = monthlyKWhEnergyConsumption x 12

  2. Nhận phản hồi của API cho hộ gia đình mục tiêu:

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

    Câu trả lời bao gồm ánh nắng hữu dụng, không gian mái có thể sử dụng và một hoặc nhiều các cấu hình tấm pin năng lượng mặt trời.

  3. Tính năng lượng mặt trời AC sản xuất hằng năm của mỗi installationSize mà API đề xuất bằng cách nhân giá trị yearlyEnergyDcKwh do API cung cấp trong mỗi thực thể SolarPanelConfig với dcToAcDerate cục bộ:

    initialAcKwhPerYear = yearlyEnergyDcKwh x dcToAcDerate

  4. Không bắt buộc phải loại bỏ khỏi cân nhắc mọi thực thể SolarPanelConfig tạo ra nhiều điện hơn mức tiêu thụ hằng năm của một hộ gia đình (initialAcKWhPerYear > annualKWhEnergyConsumption).

  5. Tính năng lượng mặt trời sản xuất được trong suốt thời gian hoạt động (LifetimeProductionAcKwh) của mỗi installationSize được trả về:

    1. Đối với mỗi năm trong vòng đời của hệ thống lắp đặt năng lượng mặt trời, hãy tính toán lượng điện mà hệ thống này sẽ sản xuất hằng năm, áp dụng efficiencyDepreciationFactor theo hàm mũ cho mỗi năm sau năm đầu tiên.
    2. Cộng tổng số cho tất cả các năm.

    Bảng sau đây trình bày một ví dụ về cách tính năng lượng vòng đời sản xuất giả định thời gian cài đặt installationLifeSpan là 20 năm. Mỗi hàng thể hiện một năm sản xuất. Sau năm đầu tiên, mức giảm hiệu suất sẽ được áp dụng theo cấp số nhân. Cuối cùng, tổng của tất cả các hàng là sản xuất năng lượng lâu dài của việc lắp đặt năng lượng mặt trời.

    Năm Sản lượng năng lượng mặt trời hàng năm (kWh)
    1 initialAcKwhPerYear
    2 + initialAcKwhPerYear x efficiencyDepreciationfactor
    : :
    20 + initialAcKwhPerYear x efficiencyDepreciationFactor19
    Tổng LifetimeProductionAcKwh

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))

Mã Python sau đây tính tổng hình học ở trên:

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

  1. Đối với mỗi installationSize được trả về, hãy tính chi phí trọn đời của mức tiêu thụ năng lượng nếu installationSize được cài đặt:

    1. Đối với mỗi năm trong thời gian hoạt động của hệ thống lắp đặt năng lượng mặt trời, hãy tính toán chi phí điện mà hộ gia đình cần mua hằng năm để trang trải mức tiêu thụ năng lượng mà năng lượng mặt trời không đáp ứng được. Sử dụng các giá trị cho annualKWhEnergyConsumption và initialAcKwhPerYear mà bạn tính toán trước đó. Đối với mỗi năm sau năm đầu tiên, hãy áp dụng efficiencyDepreciationfactor (Hệ số hiệu suất), costTax tăngfactor (Hệ số tăng chi phí) và discountRate vào giá trị.
    2. Thêm tổng số cho tất cả các năm.

    Bảng sau đây cho thấy ví dụ về cách tính chi phí điện năng trong suốt thời gian sử dụng. Mỗi hàng thể hiện chi phí điện trong một năm trong vòng đời lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời. Sau năm đầu tiên, cả hai giá điện tăng thêm và mức chiết khấu được áp dụng theo cấp số nhân. Cuối cùng, tổng của tất cả các hàng là chi phí điện năng trong suốt thời gian sử dụng hệ thống năng lượng mặt trời.

    Năm Hoá đơn dịch vụ tiện ích hằng năm tính theo giá trị nội tệ hiện tại (USD) (annualUtilityBillEstimate)
    1 annualUtilityBillEstimateYear1 = billCostModel (yearlyKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear)
    2 annualUtilityBillEstimateYear2 = billCostModel (yearlyKWhEnergyConsumption - tiên phát
    : :
    20 annualUtilityBillEstimateYear20 = billCostModel (yearlyKWhEnergyConsumption - tiên phát
    Tổng remainingLifetimeUtilityBill

Đoạn mã Python sau đây trả về một mảng annualUtilityBillEstimate cho hằng năm trong 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. Tính toán chi phí điện trong suốt thời gian sử dụng nếu không lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời:

    1. Đối với mỗi năm trong thời gian hoạt động của hệ thống lắp đặt năng lượng mặt trời, hãy tính toán chi phí điện mà hộ gia đình cần mua hằng năm nếu không lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời. Sử dụng giá trị cho monthlyBill. Mỗi năm sau năm đầu tiên, hãy áp dụng costIncreaseFactor và discountRate thành monthlyBill.
    2. Cộng tổng số cho tất cả các năm.

    Bảng sau đây cho thấy ví dụ về cách tính chi phí điện năng trong suốt thời gian sử dụng mà không có năng lượng mặt trời. Mỗi hàng thể hiện chi phí của điện trong một năm trong cùng số năm với tuổi thọ của một hệ thống năng lượng mặt trời. Sau năm đầu tiên, cả chi phí điện tăng lên và tỷ lệ chiết khấu đều được áp dụng theo hàm mũ. Cuối cùng, tổng của tất cả các hàng là chi phí điện năng trong suốt thời gian sử dụng mà không lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời.

    Năm Hoá đơn dịch vụ tiện ích hằng năm tính theo giá trị nội tệ hiện tại
    1 annualBill = monthlyBill x 12
    2 annualBill = monthlyBill x 12 x costTăngFactor / discountRate
    : :
    20 annualBill = monthlyBill x 12 x cost increasedFactor19 / discountRate19
    Tổng costOfElectricityWithoutSolar

Mã sau đây sẽ thực hiện phép tính ở trên:

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

  1. Đối với mỗi kích thước lắp đặt, hãy tính chi phí lắp đặt:

    installationCost = localInstallationCostModel(installationSize)

  2. Thêm các ưu đãi bằng tiền dành cho hộ gia đình vị trí.

  3. Đối với mỗi kích thước lắp đặt, hãy tính tổng chi phí liên quan đến lắp đặt điện mặt trời:

    totalCostWithSolar = installationCost + remainingLifetimeUtilityBill - incentives

  4. Đối với mỗi kích thước lắp đặt, hãy tính tổng mức tiết kiệm tương ứng với lắp đặt năng lượng mặt trời:

    Tiết kiệm = costOfElectricity khỏiSolar - totalCostWithSolar

  5. Chọn kích thước cài đặt giúp tiết kiệm nhiều nhất.

Khi phép tính của bạn hoàn tất

Dựa trên thông tin bạn cung cấp, thông tin do năng lượng mặt trời API cũng như các tính toán ở trên, bạn sẽ có thể đề xuất quy mô lắp đặt năng lượng mặt trời giúp tiết kiệm tối đa chi phí cho các hộ gia đình tại khu vực của bạn.

Trong các đề xuất mà bạn cung cấp cho người dùng cuối, bạn cũng có thể thêm thông tin sau đây do API trả về trong đối tượng SolarPotential của trường solarPotential:

  • Lượng ánh sáng mặt trời có thể sử dụng mà một ngôi nhà nhận được hàng năm, giá trị này được trả lại trong Trường maxSunshineHoursPerYear của đối tượng SolarPotential.
  • Có thể dùng bao nhiêu feet vuông của một mái nhà để lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời, tức là sẽ được trả về trong trường wholeRoofStats của đối tượng SolarPotential.
  • Hoá đơn tiền điện trung bình hằng tháng của hộ gia đình.
Trước
Tính toán chi phí và khoản tiết kiệm (chỉ ở Hoa Kỳ)
Tiếp
Tính toán chi phí và tiết kiệm trong TypeScript