احسِب تكاليف استخدام الطاقة الشمسية وتوفيرها لأماكن خارج الولايات المتحدة

يصف هذا القسم كيفية إجراء العمليات الحسابية التي تمكّنك من تحديد أفضل ضبط لتوليد الطاقة الشمسية للأسر في المواقع خارج الولايات المتحدة. لحساب التوصيات، يجب عليك وضع نموذج لتكاليف تركيب الألواح الشمسية والتوفيرات التي توفرها باستخدام البيانات من استجابة واجهة برمجة التطبيقات Solar API.

بالنسبة إلى المواقع الجغرافية في الولايات المتحدة، تعرض واجهة برمجة التطبيقات Solar API مثيلاً لكائن FinancialAnalysis لكل حجم فاتورة كهربائية لموقع الإدخال. ويمكنك استخدام المعلومات الواردة في هذه الحالات لتحديد الفاتورة، واستهلاك الطاقة، وفي النهاية، مقدار التوفيرات المرتبطة بكل حجم من أحجام تركيبات الطاقة الشمسية.

بالنسبة إلى المواقع الجغرافية خارج الولايات المتحدة، لا تتضمّن استجابة واجهة برمجة التطبيقات مثيلات FinancialAnalysis، وبالتالي يجب عليك حساب التكلفة والتوفير لكل وحدة من محطات توليد الطاقة الشمسية بنفسك قبل أن تتمكن من اقتراح أفضلها. لإجراء العمليات الحسابية، تحتاج إلى جمع البيانات الخاصة بالموقع واتّباع الإرشادات الواردة في هذه الوثيقة.

يمكنك نمذجة العمليات الحسابية استنادًا إلى العمليات الحسابية التي تستخدمها واجهة برمجة التطبيقات Solar API للمواقع الجغرافية في الولايات المتحدة. للحصول على شرح لهذه العمليات الحسابية، اطّلِع على المقالة حساب وفورات التكلفة (الولايات المتحدة).

تكوينات الألواح الشمسية

بالنسبة إلى المواقع الجغرافية خارج الولايات المتحدة، يتم تقديم المعلومات حول كل إعدادات لألواح الطاقة الشمسية تحتاجها للتحليل المالي في حقل SolarPanelConfig. يعتمد عدد مثيلات SolarPanelConfig التي يتم عرضها على حجم سطح موقع الإدخال. لإجراء العمليات الحسابية، تحتاج إلى القيم من الحقلين التاليين:

• panelsCount: عدد اللوحات المُستخدَمة في هذه الإعدادات
• yearlyEnergyDcKwh: كمية الطاقة الشمسية بالكيلوواط ساعة من كهرباء التيار المستمر (DC) التي تنتجها هذه الإعدادات على مدار عام، وفقًا لحجم اللوح المحدد في الحقول التالية في العنصر SolarPotential:
  • panelHeightMeters: ارتفاع اللوحة بالمتر
  • panelWidthMeters: عرض اللوحة بالمتر
  • panelCapacityWatts: تقييم طاقة اللوحة بالواط

يوضح المثال التالي مثيلاً واحدًا من الكائن 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 كيلوواط بدلاً من عدد المساحة أو الألواح، كما يتم تعريفه على النحو التالي:

installationSize = panelsCount * panelCapacityWatts/1000 kW

ضبط تقديرات إنتاج الطاقة حسب التقييمات المختلفة للّوحات

لاحتساب قيمة yearlyEnergyDcKwh، تستخدم واجهة برمجة التطبيقات Solar API تقييم الطاقة في الحقل panelCapacityWatts، والذي يبلغ حاليًا 250 واط.

إذا كنت بحاجة إلى استخدام تقييم طاقة مختلف للّوحة في حساباتك وكانت أبعاد الألواح مشابهة تقريبًا للقيم في الحقلَين panelHeightMeters وpanelWidthMeters، يمكنك تعديل العمليات الحسابية من خلال ضرب القيمة التي تعرضها واجهة برمجة التطبيقات في الحقل yearlyEnergyDcKwh في نسبة تقييم الطاقة إلى القيمة في panelCapacityWatts.

على سبيل المثال، إذا كان تقييم الطاقة للوحاتك هو 400 واط وpanelCapacityWatts هو 250 واط، اضرب قيمة yearlyEnergyDcKwh التي تحتسبها واجهة برمجة التطبيقات باستخدام panelCapacityWatts في العامل 400/250 أو 1.6. إذا كان تقييم تشغيل اللوحة 200 واط، يُرجى ضرب yearlyEnergyDcKwh في 200/250 أو 0.8.

إنتاج طاقة زائدة

تعتبر المحاسبة على الطاقة الزائدة التي قد يتم إنتاجها من خلال تركيب شمسي خارج نطاق عمليات حساب واجهة برمجة تطبيقات Solar API. في الواقع، إذا كانت واجهة برمجة التطبيقات Solar API تعرض العديد من مثيلات SolarPanelConfig المحتمَلة لأسرة معيّنة، لا تأخذ واجهة برمجة التطبيقات Solar API في الاعتبار النتائج أو الإعدادات التي تنتج عنها قدر أكبر من متوسط استهلاك الأسرة في الولايات المتحدة الأمريكية في FinancialAnalysis.

ومع ذلك، قد يكون لديك أسباب لتضمين التركيبات التي ينتج عنها كهرباء زائدة في توصياتك. على سبيل المثال، يمكنك تعويض الانخفاض التدريجي في كفاءة اللوحة (efficiencyDepreciationFactor) من خلال السماح بالإنتاج الزائد في الجزء الأول من عمر التركيب. لمزيد من المعلومات، يُرجى الاطّلاع على القيم المطلوبة للتحليل المالي.

مهما كانت أسبابك، إذا قمت بتضمين ألواح الطاقة الشمسية التي تنتج كهرباء زائدة في حساباتك، انتبه فقط إلى أن العمليات الحسابية الموضحة هنا لا تغطي هذا السيناريو.

القيم المطلوبة للتحليل المالي للمواقع الجغرافية خارج الولايات المتحدة

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

• panelsCount: عدد الألواح الشمسية التي يتم تركيبها في إحدى التركيبات ويمكنك استخدام هذه القيمة عند احتساب installationSize.
• yearlyEnergyDcKwh: مقدار الطاقة الشمسية التي يلتقطها التخطيط على مدار العام بالكيلوواط ساعة من كهرباء التيار المتردد (DC)، وفقًا لمعيار panelsCount محدَّد. يتم استخدام هذه القيمة عند احتساب الطاقة الشمسية القابلة للاستخدام ككهرباء تيار متردد في المنزل (initialAcKwhPerYear) من كل installationSize، مع الأخذ في الاعتبار أي فقدان في الطاقة أثناء عملية تحويل الطاقة من تيار متردد إلى تيار متردد.

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

• billCostModel(): نموذجك لتحديد التكلفة بالعملة المحلية، وتدفعه الأسرة لاستخدام عدد معيّن من الكيلوواط ساعة. يمكن أن يختلف مقدار رسوم المرافق الكهربائية من يوم إلى آخر أو من ساعة إلى ساعة بناءً على عوامل مثل الطلب والوقت من اليوم ومقدار الكهرباء التي يستهلكها المنزل. قد تحتاج إلى تقدير متوسط التكلفة.
• costIncreaseFactor: العامل الذي تزيد به تكلفة الكهرباء سنويًا. تستخدم واجهة برمجة التطبيقات Solar API الإصدار 1.022 (زيادة سنوية بنسبة 2.2%) للمواقع الجغرافية في الولايات المتحدة. عدِّل هذه القيمة حسب الحاجة لمنطقتك.
• dcToAcDerate: الكفاءة التي يحوّل بها العاكس الكهرباء من التيار المستمر التي يتم إنتاجها من خلال ألواح الطاقة الشمسية إلى كهرباء التيار المتردد المستخدمة في المنزل. تستخدم واجهة برمجة التطبيقات Solar API 85% للمواقع الجغرافية في الولايات المتحدة. عدِّل هذه القيمة حسب الحاجة لمنطقتك.
• discountRate: تستخدم واجهة برمجة التطبيقات Solar API الإصدار 1.04 (زيادة بنسبة 4% في السنة) للمواقع الجغرافية في الولايات المتحدة. عدِّل هذه القيمة حسب الحاجة لمنطقتك.
• efficiencyDepreciationFactor: هو مدى انخفاض كفاءة ألواح الطاقة الشمسية كل عام. تستخدم واجهة برمجة التطبيقات Solar API 0.995 (0.5% انخفاض سنوي) للمواقع الجغرافية في الولايات المتحدة. اضبط هذه القيمة حسب الحاجة لمنطقتك.
• الحوافز: أدرِج أي حوافز مالية لتركيب ألواح الطاقة الشمسية التي تقدّمها الجهات الحكومية في منطقتك.
• installationCostModel(): هي طريقتك في تقدير تكلفة تثبيت الطاقة الشمسية بالعملة المحلية مقابل installationSize معيَّن. يراعي نموذج التكلفة عادةً تكاليف العمالة والمواد المحلية لمنتج installationSize معيّن.
• installationLifeSpan: المدة المتوقعة لتركيبات الطاقة الشمسية. تستخدم واجهة برمجة التطبيقات Solar API 20 عامًا. اضبط هذه القيمة حسب الحاجة لمنطقتك.
• kWhConsumptionModel(): نموذجك لتحديد مقدار الطاقة التي يستهلكها المنزل بناءً على فاتورة شهرية. في أبسط أشكالها، يمكنك تقسيم الفاتورة على متوسط تكلفة كيلو واط في الساعة في موقع المنزل.
• monthlyBill: متوسط فاتورة الكهرباء الشهرية لمنزل الشخص.
• monthlyKWhEnergyConsumption: تقدير لمتوسط كمية الطاقة الكهربائية التي يستهلكها المنزل في موقع جغرافي معيّن خلال شهر، ويتم قياسه بالكيلوواط ساعة.

باستخدام هذه القيم والمعلومات الواردة في استجابة واجهة برمجة التطبيقات، يمكنك إجراء العمليات الحسابية اللازمة لاقتراح أفضل installationSize للمواقع الجغرافية التي لا تغطيها واجهة برمجة التطبيقات Solar API.

خطوات العملية الحسابية

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

1. حساب الاستهلاك السنوي للطاقة للأسرة في موقع الإدخال:

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

   monthlyKWhEnergyConsumption = monthlyKWhEnergyConsumption(monthlyKWhEnergyConsumption)

   1. احسب annualKWhEnergyConsumption عن طريق ضرب monthKWhEnergyConsumption في 12:

   annualKWhEnergyConsumption = monthlyKWhEnergyConsumption x 12

2. الحصول على استجابة واجهة برمجة التطبيقات للأسرة المستهدَفة:

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

   وتتضمن الاستجابة ضوء الشمس القابل للاستخدام، ومساحة السقف القابلة للاستخدام، وعملية واحدة أو أكثر من تكوينات الألواح الشمسية.

3. حساب الإنتاج السنوي للطاقة الشمسية من التيار المتردد لكل installationSize تقترحه واجهة برمجة التطبيقات من خلال ضرب القيمة yearlyEnergyDcKwh التي توفّرها واجهة برمجة التطبيقات في كل مثيل SolarPanelConfig في dcToAcDerate المحلية:

   initialAcKwhPerYear = yearlyEnergyDcKwh x initialAcKwhPerYear

4. اختياريًا، يمكنك إزالة أي حدث SolarPanelConfig ينتج عنه كهرباء أكثر مما يستهلكه المنزل سنويًا (initialAcKwhPerYear > initialAcKwhPerYear).

5. حساب الإنتاج منذ اكتسابه للطاقة الشمسية (LifetimeProductionAcKwh) لكل قيمة installationSize تم إرجاعها:

   1. لكل سنة من عمر ألواح الطاقة الشمسية، احتسِب كمية الكهرباء التي سيتم إنتاجها سنويًا مع تطبيق efficiencyDepreciationFactor بشكل نسبي على كل عام بعد الأول.
   2. أضِف إجماليات جميع السنوات.

   يوضِّح الجدول التالي مثالاً لحساب إنتاج الطاقة منذ الإنشاء، بافتراض أنّ قيمة installationLifeSpan تساوي 20 عامًا. يمثّل كل صف سنة من الإنتاج. بعد العام الأول، يتم تطبيق الانخفاض في الكفاءة بشكل كبير. وأخيرًا، يشير مجموع كل الصفوف إلى إنتاج الطاقة منذ بدء تركيب ألواح الطاقة الشمسية.

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

ونظرًا لتناقص كفاءة الألواح الشمسية بمعدل ثابت، فهي في الأساس عبارة عن سلسلة هندسية حيث a = originalAcKwhPerYear وr = efficiencyDepreciationFactor. يمكننا استخدام مجموع هندسي لحساب LifetimeProductionAcKwh:

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

يحسب رمز بايثون المجموع الهندسي أعلاه:

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

1. لكل installationSize تم إرجاعها، احسب التكلفة الدائمة لاستهلاك الطاقة في حال تثبيت installationSize:

   1. لكل سنة من عمر ألواح الطاقة الشمسية، يمكنك احتساب تكلفة الكهرباء التي ستحتاج الأسرة إلى شرائها سنويًا لتغطية استهلاك الطاقة الذي لا يتم تلبيته بالطاقة الشمسية. استخدم قيم لكل من annualKWhEnergyConsumption وfirstAcKwhPerYear اللذين احتسبتهما سابقًا. لكل عام بعد السنة الأولى، طبِّق العوامل efficiencyDepreciationFactor وcostBoostFactor وdiscountRate على القيم.
   2. أضِف إجماليات جميع السنوات.

   يعرض الجدول التالي مثالاً على كيفية حساب التكلفة الدائمة للكهرباء. يمثّل كل صف تكلفة الكهرباء لمدة عام منذ إنشاء ألواح الطاقة الشمسية. بعد السنة الأولى، يتم تطبيق كل من تكلفة الكهرباء المتزايدة ونسبة الخصم بشكل كبير. وأخيرًا، يمثّل مجموع جميع الصفوف التكلفة مدى الحياة للكهرباء عند تركيب ألواح الطاقة الشمسية.

   Year	فاتورة الخدمات السنوية بالقيمة الحالية بالعملة المحلية (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 cost expandFactor19 / discountRate19
   المجموع	remainingLifetimeUtilityBill

يعرض رمز بايثون التالي صفيفًا من annualUtilityBillEstimate لكل سنة في 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. احتساب التكلفة الدائمة للكهرباء في حال عدم تركيب ألواح الطاقة الشمسية المركّبة:

   1. لكل سنة من عمر ألواح الطاقة الشمسية، يمكنك احتساب تكلفة الكهرباء التي ستحتاج الأسرة إلى شرائها سنويًا في حال عدم تركيب الطاقة الشمسية. استخدِم القيمة monthlyBill. لكل عام بعد السنة الأولى، طبِّق القيمتين costIncreaseFactor وcostIncreaseFactor على costIncreaseFactor.
   2. أضِف إجماليات جميع السنوات.

   يعرض الجدول التالي مثالاً على كيفية حساب التكلفة الدائمة للكهرباء بدون استخدام طاقة شمسية. يمثّل كل صف تكلفة الكهرباء لعام واحد على مدار عدد السنوات نفسه الذي يتم فيه عمر ألواح الطاقة الشمسية. بعد العام الأول، يتم تطبيق كل من تكلفة الكهرباء المتزايدة ونسبة الخصم بشكل كبير. أخيرًا، مجموع كل الصفوف هو التكلفة مدى الحياة للكهرباء بدون تركيب ألواح شمسية.

   Year	فاتورة الخدمات السنوية بالقيمة الحالية بالعملة المحلية
   1	annualBill = monthBill x 12
   2	annualBill = monthlyBill x 12 x costReachFactor / discountRate
   :	:
   20	annualBill = annualBill x 12 x costBoostFactor19 / 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 التركيب لكل حجم تثبيت:

   installationCost = localinstalledCostModel(installationSize)

2. أضِف أي حوافز مالية في الموقع الجغرافي لمنزل الأسرة.

3. لكل حجم عملية تركيب، احسب التكاليف الإجمالية المرتبطة بتركيب الطاقة الشمسية:

   totalCostWithSolar = installationCost + remainingLifetimeUtilityBill - حوافز

4. لكل حجم عملية تركيب، احسب إجمالي المبالغ التي تم توفيرها المرتبطة بتركيب الطاقة الشمسية:

   التوفير = costOfElectricityWithoutSolar - totalCostWithSolar

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

عند الانتهاء من العمليات الحسابية

باستخدام المعلومات التي تقدّمها والمعلومات التي تعرضها واجهة برمجة التطبيقات Solar API والعمليات الحسابية المذكورة أعلاه، من المفترض أن تتمكّن من اقتراح أحجام ألواح الطاقة الشمسية التي توفّر أعلى توفير في التكلفة للأسر في منطقتك.

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

• مقدار أشعة الشمس القابلة للاستخدام التي يتلقّاها المنزل سنويًا، ويتم عرضه في حقل maxSunshineHoursPerYear للكائن SolarPotential.
• كم قدم مربّع من السطح يمكن استخدامه لتركيب ألواح شمسية يتم عرضها في حقل wholeRoofStats من العنصر SolarPotential.
• متوسط فاتورة الكهرباء الشهرية للأسرة.