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 tính toán để bạn có thể xác định cấu hình năng lượng mặt trời phù hợp nhất cho các hộ gia đình ở các vị trí không thuộc Hoa Kỳ. Để tính toán các đề xuất, bạn cần lập mô hình chi phí lắp đặt tấm pin mặt trời và khoản tiết kiệm mà tấm pin đó mang lại bằng cách sử dụng dữ liệu từ phản hồi của API năng lượng mặt trời.

Đối với các địa điểm ở Hoa Kỳ, API năng lượng mặt trời sẽ trả về một thực thể của đối tượng FinancialAnalysis cho từng kích thước hoá đơn tiền điện đối với vị trí nhập. Trong những trường hợp như vậy, bạn sẽ sử dụng thông tin để xác định hoá đơn, mức tiêu thụ năng lượng và cuối cùng là mức tiết kiệm liên quan đến từng kích thước lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời.

Đối với các vị trí ngoài Hoa Kỳ, phản hồi API không bao gồm các phiên bản FinancialAnalysis. Vì vậy, bạn phải tự tính toán chi phí và mức tiết kiệm cho mỗi cấu hình năng lượng mặt trời trước khi có thể đề xuất cấu hình phù hợp nhất. Để tính toán, 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 các phép tính trên các phép tính mà API năng lượng mặt trời sử dụng cho các địa điểm ở Hoa Kỳ. Để biết nội dung giải thích về các cách tính này, hãy xem bài viết Tính toán khoản tiết kiệm chi phí (Hoa Kỳ).

Cấu hình tấm pin mặt trời

Đối với các vị trí không ở Hoa Kỳ, thông tin về từng cấu hình tấm pin năng lượng mặt trời mà bạn cần để phân tích tài chính được cung cấp trong trường SolarPanelConfig. Số lượng thực thể SolarPanelConfig được trả về phụ thuộc vào kích thước mái của vị trí nhập. Để tính toán, bạn cần các giá trị trong 2 trường sau:

  • panelsCount: Số lượng bảng điều khiển được sử dụng trong cấu hình này.
  • yearlyEnergyDcKwh: Lượng năng lượng mặt trời, tính bằng kWh điện một chiều, mà cấu hình này tạo ra trong một năm, dựa trên kích thước bảng điều khiển được xác định bởi các trường sau trong đối tượng SolarPotential:

Ví dụ sau đây cho thấy một thực thể của đối tượng SolarPanelConfig trong trường solarPanelConfigs ở dạng 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 năng lượng mặt trời được lắp đặt, installationSize đề cập đến đầu ra kW chứ không phải là diện tích hoặc số lượng bảng điều khiển và được định nghĩa là:

installationSize = panelsCount * panelCapacityWatts/1000 kW

Điều chỉnh số liệu ước tính về sản lượng năng lượng cho từng điểm xếp hạng của bảng điều khiển

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

Nếu cần sử dụng một mức điểm xếp hạng công suất khác của bảng điều khiển trong các phép tính và kích thước của bảng điều khiển gần tương đương với các giá trị trong trường panelHeightMeters và panelWidthMeters, thì bạn có thể điều chỉnh phép tính bằng cách nhân giá trị mà API trả về trong trường yearlyEnergyDcKwh với tỷ lệ giữa điểm xếp hạng công suất với giá trị trong panelCapacityWatts.

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

Sản xuất năng lượng quá mức

Việc tính đến năng lượng dư thừa có thể được tạo ra từ một hoạt động lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời nằm ngoài phạm vi tính toán của API năng lượng mặt trời. Trên thực tế, nếu API năng lượng mặt trời trả về nhiều thực thể SolarPanelConfig có thể có cho một hộ gia đình nhất định, thì API năng lượng mặt trời sẽ không xem xét các kết quả hoặc cấu hình tạo ra nhiều điện năng hơn mức tiêu thụ trung bình của hộ gia đình được giả định trong FinancialAnalysis.

Tuy nhiên, có thể có lý do để đưa các lượt cài đặt tạo ra quá nhiều điện vào nội dung đề xuất của bạn. Ví dụ: có thể bạn muốn bù đắp cho sự sụt giảm dần hiệu suất của bảng điều khiển (efficiencyDepreciationFactor) bằng cách cho phép sản xuất quá mức trong giai đoạn đầu tiên sau khi cài đặt. Để biết thêm thông tin, hãy xem phần Các giá trị bắt buộc đối với hoạt động phân tích tài chính.

Bất kể lý do của bạn là gì, nếu bạn tính cả các hệ thống năng lượng mặt trời tạo ra lượng điện dư thừa trong tính toán, xin 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 bên ngoài Hoa Kỳ

Từ mỗi thực thể SolarPanelConfig trong phản hồi của API, bạn cần có hai giá trị để thực hiện việc phân tích tài chính cho thực thể đó:

  • panelsCount: Số lượng tấm pin mặt trời trong một lượt lắp đặt. Bạn sẽ sử dụng giá trị này khi tính toán installationSize.
  • yearlyEnergyDcKwh: Lượng năng lượng mặt trời mà một bố cục thu được trong suốt một năm, tính bằng kWh điện một chiều, dựa trên một panelsCount cụ thể. Bạn sử dụng giá trị này khi tính toán năng lượng mặt trời có thể dùng làm điện xoay chiều trong một hộ gia đình (initialAcKwhPerYear) của mỗi installationSize, có tính đến mọi tổn thất năng lượng trong quá trình chuyển đổi từ điện xoay chiều sang điện xoay chiều.

Ngoài ra, bạn cần thu thập giá trị theo vị trí cụ thể cho các biến sau đây mà bạn sẽ sử dụng trong việc tính toán:

  • billCostModel(): Mô hình để xác định chi phí (bằng nội tệ) do một hộ gia đình chi trả để sử dụng một số kWh nhất định. Mức phí tiện ích có thể thay đổi theo ngày hoặc theo giờ, tuỳ thuộc vào những yếu tố như nhu cầu, thời gian trong ngày và lượng điện tiêu thụ của hộ gia đình. Bạn có thể cần ước tính chi phí trung bình.
  • costIncreaseFactor: Là yếu tố làm tăng chi phí điện hằng năm. API năng lượng mặt trời sử dụng 1.022 (2,2% mức tăng hằng năm) cho các địa điểm ở Hoa Kỳ. Điều chỉnh giá trị này nếu cần cho khu vực của bạn.
  • dcToAcDerate: Hiệu suất mà bộ biến tần chuyển đổi điện một chiều do các tấm pin mặt trời tạo ra thành điện xoay chiều sử dụng trong một 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 (4% mức tăng hằng năm) cho các địa điểm ở Hoa Kỳ. Điều chỉnh giá trị này nếu cần cho khu vực của bạn.
  • efficiencyDepreciationFactor (Hệ số giảm hiệu suất): Mức độ hiệu suất của tấm pin mặt trời giảm đi mỗi năm. API năng lượng mặt trời sử dụng 0,995 (mức giảm hằng năm là 0,5%) cho các địa điểm 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 mặt trời do các cơ quan chính phủ tại khu vực của bạn cung cấp.
  • installationCostModel(): Phương pháp ước tính chi phí lắp đặt năng lượng mặt trời bằng nội tệ cho một installationSize nhất định. Mô hình chi phí thường sẽ tính đến chi phí nhân công và vật liệu tại địa phương cho một installationSize nhất định.
  • installationLifeSpan: Tuổi thọ dự kiến của hệ thống năng lượng mặt trời được lắp đặt. API năng lượng mặt trời sử dụng 20 năm. Điều chỉnh giá trị này nếu cần cho khu vực của bạn.
  • kWhConsumptionModel(): Mô hình dùng để xác định mức 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 địa điểm của hộ gia đình.
  • monthlyBill: hoá đơn tiền điện trung bình hằng tháng của một hộ gia đình chủ thể.
  • monthlyKWhEnergyConsumption: Đây là mức điện năng ước tính mà hộ gia đình tại một địa điểm cụ thể tiêu thụ trong một tháng, được đo bằng KWh.

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

Các bước tính toán

Các bước sau đây dựa trên phương pháp của API năng lượng mặt trời. 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 tại vị trí đầu vào:

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

    monthlyKWhEnergyConsumption = kWhConsumptionModel(monthlyBill)

    1. Tính annualKWhEnergyConsumption bằng cách nhân monthlyKWhEnergyConsumption với 12:

    annualKWhEnergyConsumption = annualKWhEnergyConsumption 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

    Phản hồi bao gồm ánh sáng mặt trời có thể sử dụng, không gian mái có thể sử dụng và một hoặc nhiều cấu hình bảng năng lượng mặt trời có thể có.

  3. Tính toán sản lượng điện xoay chiều 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 initialAcKwhPerYear

  4. Không bắt buộc phải xem xét bất kỳ thực thể SolarPanelConfig nào sản xuất nhiều điện hơn mức tiêu thụ hằng năm của hộ gia đình (initialAcKwhPerYear > initialAcKwhPerYear).

  5. Tính toán sản lượng năng lượng mặt trời được sản xuất trong vòng đời (LifetimeProductionAcKwh) của mỗi LifetimeProductionAcKwh được trả về:

    1. Đối với mỗi năm tuổi thọ của hệ thống năng lượng mặt trời được lắp đặt, hãy tính toán lượng điện mà hệ thống lắp đặt sẽ sản xuất hằng năm, áp dụng efficiencyDepreciationFactor theo cấp số nhân cho mỗi năm sau năm đầu tiên.
    2. Cộng các tổng cho tất cả các năm.

    Bảng sau đây là một ví dụ về cách tính toán sản lượng năng lượng trong vòng đời, giả sử installationLifeSpan là 20 năm. Mỗi hàng đại diện cho một năm sản xuất. Sau năm đầu tiên, mức giảm hiệu suất sẽ được áp dụng theo cấp số nhân. Cuối cùng, tổng tất cả các hàng là sản lượng năng lượng trong suốt thời gian hoạt động của hệ thống năng lượng mặt trời.

    Năm Sản lượng năng lượng mặt trời hằng năm (kWh)
    1 initialAcKwhPerYear
    2 + initialAcKwhPerYear x initialAcKwhPerYear
    : :
    20 + initialAcKwhPerYear x initialAcKwhPerYear19
    Tổng LifetimeProductionAcKwh

Vì hiệu suất của tấm pin mặt trời giảm theo tốc độ không đổi, nên về cơ bản, đây là một cấp số nhân, trong đó a = initialAcKWhPerYear và r = efficiencyDepreciationFactor. Chúng ta có thể sử dụng tổng hình học để tính LifetimeProductionAcKwh:

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

Mã Python sau đây tính toán 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 toán chi phí tiêu thụ năng lượng trong vòng đời nếu installationSize được cài đặt:

    1. Đối với mỗi năm tuổi thọ của hệ thống năng lượng mặt trời được lắp đặt, hãy tính toán chi phí điện năng mà hộ gia đình cần mua hằng năm để đáp ứng mức tiêu thụ năng lượng mà điện mặt trời không đáp ứng được. Sử dụng các giá trị cho annualKWhEnergyConsumption và annualKWhEnergyConsumption mà bạn đã tính trước đó. Đối với mỗi năm sau năm đầu tiên, hãy áp dụng efficiencyDepreciationFactor (Hệ số giảm hiệu suất), costGia tăng hệ số và discountRate cho các giá trị.
    2. Cộng các tổng cho tất cả các năm.

    Bảng sau đây là một ví dụ về cách tính chi phí sử dụng điện trong vòng đời. Mỗi hàng thể hiện chi phí điện của một năm trong vòng đời lắp đặt năng lượng mặt trời. Sau năm đầu tiên, cả chi phí điện tăng lên và tỷ lệ chiết khấu đều được áp dụng theo cấp số nhân. Cuối cùng, tổng của tất cả các hàng là chi phí lâu dài của điện năng khi lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời.

    Năm Hoá đơn dịch vụ tiện ích hằng năm bằng giá trị nội tệ hiện tại (USD) (annualUtilityBillEstimate)
    1 annualUtilityBillEstimateYear1 = annualUtilityBillEstimateYear1 (annualUtilityBillEstimateYear1 – annualUtilityBillEstimateYear1)
    2 annualUtilityBillEstimateYear2 = billCostModel (yearlyKWhEnergyConsumption - InitialAcKWhPerYear x efficiencyDepreciationFactor) x costTăngFactor / discountRate
    : :
    20 annualUtilityBillEstimateYear20 = billCostModel (yearlyKWhEnergyConsumption - initialAcKWhPerYear x efficiencyDepreciationFactor19) x costTăngFactor19 / discountRate19
    Tổng remainingLifetimeUtilityBill

Mã Python sau đây trả về một mảng annualUtilityBillEstimate cho mỗi năm của 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 năng lâu dài nếu không lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời:

    1. Đối với mỗi năm tuổi thọ của hệ thống năng lượng mặt trời được lắp đặt, hãy tính toán chi phí điện năng mà hộ gia đình cần mua hằng năm nếu chưa lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời. Sử dụng giá trị cho monthlyBill. Đối với mỗi năm sau năm đầu tiên, hãy áp dụng các giá trị costIncreaseFactor và costIncreaseFactor cho costIncreaseFactor.
    2. Cộng các tổng cho tất cả các năm.

    Bảng sau đây là một ví dụ về cách tính chi phí lâu dài của điện năng mà không dùng năng lượng mặt trời. Mỗi hàng thể hiện chi phí điện năng trong một năm bằng số năm bằng với thời gian hoạt động của một hệ thống năng lượng mặt trời được lắp đặt. Sau năm đầu tiên, cả chi phí điện tăng lên và tỷ lệ chiết khấu đều được áp dụng theo cấp số nhân. Cuối cùng, tổng của tất cả các hàng là chi phí điện lâu dài không tính đến năng lượng mặt trời.

    Năm Hoá đơn dịch vụ tiện ích hằng năm bằng 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 costTăngFactor19 / discountRate19
    Tổng costOfElectricityWithoutSolar

Đoạn mã sau đây sẽ thực hiện phép tính 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 = installationCost(installationSize)

  2. Thêm mọi ưu đãi bằng tiền dành cho địa điểm của hộ gia đình.

  3. Đối với mỗi kích thước lắp đặt, hãy tính tổng chi phí liên quan đến việc lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời:

    totalCostWithSolar = installationCost + PercentLifetimeUtilityBill - fors (chương trình khuyến khích)

  4. Đối với mỗi kích thước lắp đặt, hãy tính tổng mức tiết kiệm được liên quan đến việc lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời:

    Saves = costOfElectricityIncludeSolar - totalCostWithSolar

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

Khi tính toán xong

Dựa trên thông tin bạn cung cấp, thông tin do API năng lượng mặt trời trả về và các phép tính ở trên, bạn có thể đề xuất các kích thước lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời giúp tiết kiệm chi phí tối đa cho các hộ gia đình ở khu vực của mình.

Trong các đề xuất mà bạn đưa ra cho người dùng cuối, bạn cũng có thể đưa những thông tin sau đây do API trả về vào đối tượng SolarPotential của trường solarPotential:

  • Lượng ánh sáng mặt trời có thể sử dụng mà một ngôi nhà nhận được hằng năm, được trả về trong trường maxSunshineHoursPerYear của đối tượng SolarPotential.
  • Có thể sử dụng bao nhiêu feet vuông của mái nhà để lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời, dữ liệu này 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