计算太阳能成本和节能降幅（仅限美国）

本文档介绍了 Solar API 如何计算各种值，用于推荐太阳能电池板安装以及估算美国地址的成本和成本节约。

如果您输入位于美国涵盖区域内的居住地址，Solar API 会显示以下估算值：

• 房屋每年接收的日照量
• 屋顶有多少空间安装太阳能装置
• 在使用太阳能系统的 20 年寿命期间，一座住宅预计可节省多少美元（以美元计算）
• 您所在地区家庭的每月平均电费（您可以根据自己的家庭调整）
• 建议大小，以千瓦 (kW) 为单位，针对自家的太阳能系统

虽然 Solar API 可以为其拥有数据的任何结构提供估算数据，但其提供的估算数据最适合住宅或小型商业结构。Solar API 建议采用的太阳能装置安装规模，以便最大限度地节省能源，而且一年内产生的能源不会超过家庭的能耗。Solar API 不会计算与过量产能相关的值。

出于多种原因，建议的安装规模会限制为年度能耗，但主要是因为美国家庭目前因能源产能过剩而无法获得经济利益。在采用净计量的美国地区，因过量能源生产而获得的赠金通常会随着时间的推移而过期。

美国营业地点财务分析的必需值

在 API 响应中的每个 SolarPanelConfig 实例中，您需要两个值来对该实例执行财务分析：

• panelsCount：安装中的太阳能电池板的数量。此值可用于计算 installationSize。
• yearlyEnergyDcKwh：在指定 panelsCount 的情况下，布局在一年内捕获的阳光能量（以直流千瓦时为单位）。您可以在计算每个 installationSize 的年度太阳能空调产量 (initialAcKwhPerYear) 时使用此值。

此外，您需要收集将在计算中使用的以下变量的具体位置值：

• billCostModel()：用于确定家庭使用指定千瓦时所需费用（以本地货币计）的模型。公共事业单位的用电费用可能每天或每小时有所不同，具体取决于需求、一天中的时段和家庭消耗的电量等因素。您可能需要估算平均费用。
• costIncreaseFactor：Solar API 在美国位置使用 1.022（2.2 年增长率）。
• dcToAcDerate：逆变器将太阳能电池板产生的直流电转换为家庭使用的交流电的效率。Solar API 在美国使用 85&percnt。
• discountRate：Solar API 在美国的营业地点使用 1.04（每年增加 4%）。
• efficiencyDepreciationFactor：太阳能电池板每年的能效下降幅度。Solar API 在美国使用 0.995（每年减少 0.5%）。
• 激励：在安装太阳能电池板时，提供当地政府实体提供的金钱激励。
• installationCostModel()：用于估算给定 installationSize 的太阳能发电安装费用（以本地货币计）的方法。成本模型通常会考虑给定 installationSize 的本地人工成本和材料成本。
• installationLifeSpan：太阳能装置的预期寿命。 Solar API 使用时间为 20 年。请根据您所在区域的需要调整此值。
• kWhConsumptionModel()：根据每月账单确定家庭能耗的模型。最简单的形式是，将账单除以家庭地点平均每千瓦时的费用。
• monthlyBill：受试者家庭的平均月度电费。
• monthlyKWhEnergyConsumption：在给定地点，家庭每月平均消耗的电量（以千瓦时为单位）。

借助这些值和 API 响应提供的信息，您可以执行必要的计算，从而为 Solar API 未涵盖的位置推荐最合适的 installationSize。

运作方式

每月平均电费是后续计算的关键。

Solar API 最初基于预先选择的每月账单金额进行计算。如果需要，您可以选择一个不同的金额，以便更准确地反映您自己的平均每月账单。

了解每月账单金额和指定地点的当前电力成本，Solar API 可以估算家庭每月消耗的千瓦时 (kWh)。对于美国当前的电力费用，以及根据月度帐单确定的千瓦时，Solar API 会参考由 Clean Power Research 维护的数据库。

根据家庭消费的千瓦时、屋顶的可用面积以及住宅位置的太阳能发电潜力，Solar API 会评估一种或多种可能的太阳能装置规模，并推荐可节省最多的规模。

太阳能电池板装置的大小是根据其额定千瓦 (kW) 来衡量的。kW 额定值取决于相应配置中的太阳能电池板的数量以及每块电池的额定功率（以瓦特为单位）。

安装设备的额定功率与安装装置的能量输出不同，后者以千瓦时为单位，且可变。一次安装的 kWh 输出取决于如下因素：

• 当前时段
• 天气
• 面板相对于太阳的方向
• 附近物体投射在面板上的所有阴影
• 区域太阳能发电潜力
• 安装使用寿命

Solar API 在估算太阳能装置的年发电量时，会考虑区域太阳能发电潜力和发电年代等因素。

为了确定屋顶的可用面积并估算可以支持的太阳能装置规模，Solar API 会使用航拍图像和高级 3D 建模。

值和计算的详细说明

以下部分介绍了 Solar API 如何计算美国给定结构的太阳能装置的成本、节约和大小。

计算的说明使用术语来表示计算中的值。如需了解这些术语的说明，请参阅我们的计算中所用术语的定义。

家庭年度能耗

如前所述，Solar API 根据每月账单金额和家庭所在地的用电费用来确定每月的用电量。在确定了某个家庭的每月耗电量后，我们使用以下公式计算年度能耗（以千瓦时为单位）：

annualKWhEnergyConsumption = monthlyKWhEnergyConsumption x 12

假设一个家庭的能源消耗在太阳能装置的生命周期内每年保持不变。Solar API 假设太阳能装置的寿命为 20 年。

年度太阳能发电量

Solar API 会考虑光照强度、光照角度和一个地区每年获得的可用光照小时数等因素来估算太阳能装置的年度发电量。

太阳能装置产生直流电 (DC)，必须先由逆变器转换为交流电 (AC) 电，然后才能在家里使用。在转换过程中会损失一些电量，而逆变器的效率会决定损失多少。

转换过程的效率称为 DC 到 AC 降频。为了弥补损失，Solar API 会将太阳能装置的年输出乘以 0.85 的直流到交流降额。结果就是每年产生的 AC 电力，如以下公式所示：

initialAcKwhPerYear = yearlyEnergyDcKwh x 0.85

在装置的整个生命周期内，装置产生的能量每年减少约 0.5&percnt。考虑到这一点，在第一年之后，在安装的预计 20 年生命周期内，Solar API 将安装的年度空调产能乘以 99.5%（即 0.995）。下表对此进行了说明。

年	年度太阳能发电量（千瓦时）
1	initialAcKwhPerYear
2	initialAcKwhPerYear x 0.995
:	:
20	initialAcKwhPerYear x 0.995^19

由于太阳能电池板的能效以恒定速率衰减，因此它本质上是一个几何系列，其中 a = initialAcKwhPerYear，r = efficiencyDepreciationFactor。aa我们可以使用几何总和来计算 LifetimeProductionAcKwh：

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

## 太阳能发电的成本 如果装置的大小受屋顶大小或其他因素的限制，太阳能装置的发电量可能会低于家庭消耗的电量。在这些情况下，这个家庭可能每年都需要向公共事业机构支付一定数量的电力，如以下公式所示：

annualKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear = annualUtilityEnergyRequired

为了抵扣这笔费用，Solar API 会对预计的电力（以千瓦时为单位）应用账单费用模型，家庭将需要在安装太阳能板的整个生命周期内从公用事业单位获取的电力。以下公式说明了这一计算：

annualUtilityBillEstimate = billCostModel(utilityEnergyRequired)

考虑到电力成本的每年增加，对于美国地区，我们每年采用 2.2%（即 0.22）的 costIncreaseFactor：

costIncreaseFactor = 1 + 2.2% = 1.022

由于通货膨胀，我们在估算未来成本时不得不调低货币价值。为解决此问题，我们对面向美国地区的模型应用了 4 折的折扣率：

discountRate = 1 + 4% = 1.04

下表显示了如何计算太阳能装置的年度能源账单。remainingLifetimeUtilityBill 是太阳能装置使用寿命期间每 20 年的公共事业缴费总额。

年	以当前本地货币价值 (USD) 计算的年度公共事业缴费单 (annualUtilityBillEstimate)
1	billCostModel (yearlyKWhEnergyConsumption - InitialAcKwhPerYear) = annualUtilityBillEstimateYear1
2	billCostModel (yearlyKWhEnergyConsumption - InitialAcKwhPerYear x 0.995) x 1.022 / 1.04 = annualUtilityBillEstimateYear2
:	:
20	billCostModel (yearlyKWhEnergyConsumption - InitialAcKwhPerYear x 0.995^19) x 1.022^19 / 1.04^19 = nnualUtilityBillYear2
总计	remainingLifetimeUtilityBill = annualUtilityBillEstimateYear1 + annualUtilityBillEstimateYear2 + .... + annualUtilityBillEstimate20

不使用太阳能的电力成本

要计算一个家庭安装太阳能后可能节省多少费用，我们还必须计算一个家庭如果不安装太阳能可能需要支付多少费用。

正如我们在计算太阳能发电成本时所做的那样，我们再次将 1.022 的 costIncreaseFactor 和 1.04 的 discountRate 应用于计算，从而考虑到电力和通货膨胀的增加。

下表显示了如何计算太阳能装置的生命周期内每年不使用太阳能的公共事业账单。costOfElectricityWithoutSolar 是我们用来支付太阳能发电费用的同一 20 年内，公用事业帐单的总额。

年	年度公共事业缴费单（美元）
1	monthlyBill x 12
2	monthlyBill x 12 x 1.022 / 1.04
:	:
20	monthlyBill x 12 x 1.022^19 / 1.04^19
总计	所有年度帐单的总和，也可以表示为 costOfElectricityWithoutSolar = 204.35 x monthlyBill

安装太阳能装置的费用

Solar API 会将安装建议的太阳能配置的成本纳入所提供的估算值中。为了估算安装费用，Solar API 会使用本地化的安装费用模型和安装大小。

installationCost = InstallationCostModel (installationSize)

奖励

政府实体可能会针对安装太阳能电池板提供奖励。激励通常采用税收抵免的形式。根据家庭所在的位置，Solar API 会从估算总费用中减去该家庭当前可获得的任何激励。

太阳能装置的总费用

Solar API 使用以下公式计算太阳能配置的 20 年总费用：

totalCostWithSolar = installationCost + remainingLifetimeUtilityBill - incentives

节省总额

Solar API 使用以下公式计算家庭所节省的费用：

savings = costOfElectricityWithoutSolar - totalCostWithSolar

Solar API 会针对每种可能的安装规模执行上述计算，然后给出能为家庭提供最大节省量的安装规模建议。预估节省金额将随建议一起返回。