Tài liệu này giải thích cách API năng lượng mặt trời tính toán các giá trị mà năng lượng mặt trời sử dụng để đề xuất việc lắp đặt tấm pin năng lượng mặt trời, cũng như để ước tính chi phí và tiết kiệm chi phí cho các địa chỉ ở Hoa Kỳ.
Nếu bạn nhập địa chỉ cư trú ở một khu vực được hỗ trợ ở Hoa Kỳ, năng lượng mặt trời API sẽ cho bạn biết những số liệu ước tính sau:
- Lượng ánh sáng mặt trời mà ngôi nhà nhận được hằng năm
- Mái nhà có bao nhiêu không gian để lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời
- Bao nhiêu tiết kiệm (tính bằng đô la Mỹ) mỗi ngôi nhà có thể có trong vòng 20 năm của một hệ thống năng lượng mặt trời
- Hoá đơn tiền điện trung bình hằng tháng của các ngôi nhà trong khu vực của bạn mà bạn có thể điều chỉnh cho phù hợp với ngôi nhà của mình
- Kích thước đề xuất, được đo bằng kilowatt (kW), cho hệ thống năng lượng mặt trời tại nhà
Mặc dù API mặt trời cung cấp dữ liệu ước tính cho mọi cấu trúc mà nó có dữ liệu, nhưng số liệu ước tính mà API này cung cấp là phù hợp nhất cho nhà ở hoặc công trình thương mại nhỏ. năng lượng mặt trời API đề xuất các kích thước lắp đặt năng lượng mặt trời giúp tiết kiệm tối đa mà không tạo ra nhiều năng lượng hơn mức một hộ gia đình có thể tiêu thụ trong một năm. năng lượng mặt trời API không tính toán các giá trị liên quan đến việc sản xuất năng lượng vượt quá.
Kích thước lắp đặt được đề xuất bị giới hạn ở mức tiêu thụ năng lượng hằng năm vì một số lý do, nhưng chủ yếu là vì các hộ gia đình ở Hoa Kỳ hiện nhận được ít hoặc không được hưởng lợi tài chính từ việc sản xuất năng lượng quá mức. Tại những địa điểm ở Hoa Kỳ có định mức ròng, các khoản tín dụng kiếm được từ việc sản xuất năng lượng vượt mức thường hết hạn theo thời gian.
Các giá trị bắt buộc đối với bản phân tích tài chính tại các địa điểm ở Hoa Kỳ
Từ mỗi thực thể SolarPanelConfig trong phản hồi của API, bạn cần có 2 giá trị để thực hiện việc phân tích tài chính cho thực thể đó:
panelsCount: Số lượng tấm pin năng lượng mặt trời trong một lượt lắp đặt. Bạn sẽ sử dụng giá trị này khi tính toáninstallationSize.yearlyEnergyDcKwh: Mức năng lượng ánh sáng mặt trời mà một bố cục thu được trong khoảng thời gian một năm (tính theo kWh DC, cho mộtpanelsCountcụ thể). Bạn sử dụng giá trị này khi tính toán sản lượng điện xoay chiều hằng năm dựa trên năng lượng mặt trời (initialAcKwhPerYear) của mỗiinstallationSize.
Ngoài ra, bạn cần thu thập các giá trị theo vị trí cụ thể cho các biến sau đây mà bạn sẽ dùng trong các phép tính:
- billCostModel(): Mô hình để xác định chi phí bằng đồng nội tệ, do hộ gia đình thanh toán dựa trên một số kWh nhất định. Mức phí tiện ích có thể thay đổi theo ngày hoặc theo giờ tuỳ thuộc vào các yếu tố như nhu cầu sử dụng, thời gian trong ngày và lượng điện hộ gia đình tiêu thụ. Bạn có thể cần ước tính chi phí trung bình.
- costIncreaseFactor: API Mặt trời sử dụng 1.022 (mức tăng hằng năm là 2,2%) cho các địa điểm ở Hoa Kỳ.
- dcToAcDerate: Hiệu suất mà bộ biến tần chuyển đổi điện một chiều do các tấm pin mặt trời sản xuất ra thành điện xoay chiều dùng trong hộ gia đình. năng lượng mặt trời API sử dụng 85% cho các địa điểm tại Hoa Kỳ.
- discountRate: năng lượng mặt trời API sử dụng 1.04 (4% tăng hằng năm) cho các địa điểm ở Hoa Kỳ.
- efficiencyDepreciationFactor: Hiệu suất của tấm pin năng lượng mặt trời giảm bao nhiêu mỗi năm. năng lượng mặt trời API sử dụng 0,995 (giảm 0,5% hằng năm) cho các vị trí ở Hoa Kỳ.
- ưu đãi: Bao gồm mọi ưu đãi bằng tiền để lắp đặt các tấm pin năng lượng mặt trời do các cơ quan chính phủ tại khu vực của bạn cung cấp.
- installationCostModel(): Phương thức để ước tính chi phí lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời bằng nội tệ cho một
installationSizenhất định. Mô hình chi phí thường tính đến chi phí nhân công và vật tư tại địa phương cho mộtinstallationSizenhất định. - installationLifeSpan: Tuổi thọ dự kiến của hệ thống năng lượng mặt trời. Thời hạn sử dụng của API năng lượng mặt trời là 20 năm. Điều chỉnh giá trị này nếu cần đối với khu vực của bạn.
- kWhConsumptionModel(): Mô hình xác định mức năng lượng mà một hộ gia đình tiêu thụ dựa trên hoá đơn hằng tháng. Ở dạng 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 của một hộ gia đình.
- monthlyKWhEnergyConsumption: Thông tin ước tính về lượng điện trung bình mà hộ gia đình ở một vị trí nhất định 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 tính toán cần thiết để đề xuất installationSize phù hợp nhất cho
các vị trí không có trong API năng lượng mặt trời.
Cách hoạt động
Hoá đơn tiền điện trung bình hằng tháng là yếu tố then chốt trong quá trình tính toán còn lại.
Ban đầu, API năng lượng mặt trời tính toán dựa trên số tiền trên hoá đơn hằng tháng chọn sẵn. Nếu cần, bạn có thể chọn một số tiền khác thể hiện chính xác hơn hoá đơn trung bình hằng tháng của riêng bạn.
Khi biết được số tiền của một hoá đơn hằng tháng và chi phí điện hiện tại ở một vị trí nhất định, năng lượng mặt trời API có thể ước tính số kilowatt giờ (kWh) điện năng mà một hộ gia đình tiêu thụ mỗi tháng. Đối với chi phí điện hiện tại trên khắp Hoa Kỳ và để xác định số kWh từ hoá đơn hằng tháng, API năng lượng mặt trời sẽ tham chiếu các cơ sở dữ liệu do Nghiên cứu về năng lượng sạch duy trì.
Dựa trên số kWh mà một hộ gia đình tiêu thụ, diện tích sử dụng mái nhà và tiềm năng điện mặt trời tại vị trí của nhà, API Mặt trời sẽ đánh giá một hoặc nhiều kích thước lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời có thể có và đề xuất kích thước giúp tiết kiệm nhiều nhất.
Kích thước của một tấm pin năng lượng mặt trời được đo bằng định mức kW. Xếp hạng kW phụ thuộc vào số lượng tấm pin năng lượng mặt trời trong cấu hình và mức công suất (được đo bằng watt) của mỗi tấm pin.
Xếp hạng kW của một lượt lắp đặt không giống với công suất đầu ra của một hệ thống lắp đặt (được đo bằng kWh và có thể thay đổi). Sản lượng kWh của một hệ thống lắp đặt phụ thuộc vào các yếu tố như sau:
- Thời gian trong ngày
- Thời tiết
- Hướng của bảng điều khiển so với mặt trời
- Bất kỳ bóng nào tạo ra trên bảng điều khiển bởi các đối tượng ở gần
- Tiềm năng điện mặt trời trong khu vực
- Thời gian cài đặt
API năng lượng mặt trời bao gồm các yếu tố như tiềm năng điện mặt trời trong khu vực và tuổi lắp đặt trong số liệu ước tính về sản lượng năng lượng hằng năm của một hệ thống điện mặt trời.
Để xác định diện tích có thể sử dụng của một mái nhà và ước tính kích thước lắp đặt năng lượng mặt trời mà nó có thể hỗ trợ, API năng lượng mặt trời sử dụng hình ảnh trên không và mô hình 3D nâng cao.
Nội dung giải thích chi tiết về các giá trị và phép tính
Các phần sau giải thích cách API năng lượng mặt trời tính toán chi phí, số tiền tiết kiệm được và kích thước lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời cho một cấu trúc nhất định tại Hoa Kỳ.
Phần giải thích về các phép tính sử dụng các thuật ngữ để biểu thị các giá trị trong các phép tính. Để biết nội dung giải thích về các thuật ngữ, hãy xem phần Định nghĩa về các thuật ngữ được dùng trong tính toán của chúng tôi.
Mức tiêu thụ năng lượng hằng năm của hộ gia đình
Như đã đề cập trước đó, API mặt trời xác định mức tiêu thụ điện hằng tháng dựa trên số tiền trên hoá đơn hằng tháng và chi phí điện tại khu vực của một hộ gia đình. Sau khi xác định mức tiêu thụ điện hằng tháng của một hộ gia đình, chúng tôi sẽ tính mức tiêu thụ năng lượng hằng năm tính bằng KWh theo công thức sau:
annualKWhEnergyConsumption = monthlyKWhEnergyConsumption x 12
Giả định rằng mức tiêu thụ năng lượng của một hộ gia đình không thay đổi giữa các năm trong suốt vòng đời của hệ thống năng lượng mặt trời. API năng lượng mặt trời giả định tuổi thọ của một hệ thống lắp đặt năng lượng mặt trời là 20 năm.
Sản lượng năng lượng mặt trời hằng năm
API Mặt trời ước tính sản lượng năng lượng hằng năm của một hệ thống lắp đặt năng lượng mặt trời bằng cách xem xét các yếu tố như cường độ ánh sáng mặt trời, góc ánh sáng và số giờ ánh sáng mặt trời có thể sử dụng mà một khu vực có được hằng năm.
Hệ thống năng lượng mặt trời tạo ra điện dòng điện một chiều (DC). Loại điện này phải được chuyển đổi thành điện xoay chiều (AC) bằng bộ biến tần trước khi bạn có thể sử dụng trong nhà. Một lượng điện bị mất trong quá trình chuyển đổi và hiệu suất của biến tần sẽ quyết định lượng điện bị mất.
Hiệu quả của quá trình chuyển đổi được gọi là giảm mức từ DC sang AC. Để tính đến tổn thất này, API Mặt trời sẽ nhân sản lượng hằng năm của việc lắp đặt năng lượng mặt trời với mức giảm từ một chiều đến AC là 0,85. Kết quả là sản lượng điện AC hằng năm, như thể hiện trong công thức sau:
initialAcKwhPerYear = yearlyEnergyDcKwh x 0.85
Mức năng lượng mà một lượt lắp đặt tạo ra sẽ giảm khoảng 0,5% mỗi năm trong vòng đời của quá trình lắp đặt. Để tính đến điều này, sau năm đầu tiên, API Mặt trời nhân sản lượng điện xoay chiều hằng năm của một lượt cài đặt với 99,5% hay 0, 995 mỗi năm trong vòng đời ước tính là 20 năm của quá trình lắp đặt. Điều này được minh hoạ trong bảng sau.
| Năm | Sản lượng năng lượng mặt trời hàng năm (kWh) |
|---|---|
| 1 | initialAcKwhPerYear |
| 2 | initialAcKwhPerYear x 0,995 |
| : | : |
| 20 | initialAcKwhPerYear x 0,99519 |
Vì hiệu suất của tấm pin năng lượng mặt trời phân rã theo tốc độ không đổi, về cơ bản, đây là một chuỗi hình học, trong đó a = initialAcKwhPerYear và r =
efficiencyDepreciationfactoror. Chúng ta có thể sử dụng một tổng hình học để tính LifetimeProductionAcKwh:
LifetimeProductionAcKwh = (dcToAcDerate * initialAcKwhPerYear * (1 - pow(efficiencyDepreciationFactor, installationLifeSpan)) / (1 - efficiencyDepreciationFactor))
Chi phí điện năng lượng mặt trời
Nếu quy mô của một công trình lắp đặt bị giới hạn bởi kích thước mái nhà hoặc các yếu tố khác, thì việc lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời có thể tạo ra ít điện hơn so với mức tiêu thụ của một hộ gia đình. Trong những trường hợp này, hộ gia đình có thể sẽ phải trả một khoản phí sử dụng điện cho một số lượng điện mỗi năm, như minh hoạ trong công thức sau:
annualKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear = annualUtilityEnergyRequired
Để tính chi phí này, API mặt trời sẽ áp dụng mô hình chi phí hoá đơn cho lượng điện ước tính, tính bằng kWh, hộ gia đình sẽ cần từ một dịch vụ tiện ích trong suốt vòng đời của hệ thống năng lượng mặt trời. Công thức sau minh hoạ cách tính này:
annualUtilityBillEstimate = billCostModel(utilityEnergyRequired)
Để tính đến mức tăng chi phí điện hằng năm, chúng tôi áp dụng hệ số costIncreaseFactor là 2,2% hoặc 0, 22 mỗi năm đối với các địa điểm ở Hoa Kỳ:
costIncreaseFactor = 1 + 2.2% = 1.022
Do lạm phát, chúng tôi phải chiết khấu giá trị tiền tệ trong số liệu ước tính chi phí trong tương lai. Để giải quyết vấn đề này, chúng tôi áp dụng tỷ lệ chiết khấu là 4% cho mô hình của mình đối với các địa điểm ở Hoa Kỳ:
discountRate = 1 + 4% = 1.04
Bảng sau đây trình bày cách tính hoá đơn dịch vụ tiện ích mỗi năm trong thời gian lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời. remainingLifetimeUtilityBill
| Năm | Hoá đơn dịch vụ tiện ích hằng năm tính theo giá trị nội tệ hiện tại (USD) (annualUtilityBillEstimate) |
|---|---|
| 1 | billCostModel (yearlyKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear) = annualUtilityBillEstimateYear1 |
| 2 | billCostModel (yearlyKWhEnergyConsumption – initialAcKwhPerYear x 0,995) x 1,022 / 1,04 = annualUtilityBillEstimateYear2 |
| : | : |
| 20 | billCostModel (yearlyKWhEnergyConsumption – initialAcKwhPerYear x 0,99519) x 1,02219 / 1,0419 = annualUtilityBillEstimateYear2 |
| Tổng | remainingLifetimeUtilityBill |
Chi phí điện nếu không sử dụng năng lượng mặt trời
Để tính toán số tiền một hộ gia đình có thể tiết kiệm được nếu họ lắp đặt năng lượng mặt trời, chúng tôi cũng phải tính toán số tiền mà hộ gia đình đó có thể phải trả nếu họ không lắp đặt năng lượng mặt trời.
Một lần nữa, chúng tôi phải tính đến chi phí điện và lạm phát ngày càng tăng bằng cách áp dụng costIncreaseFactor là 1,022 và costIncreaseFactor là 1,04 vào phép tính, như đã thực hiện khi tính toán chi phí điện bằng năng lượng mặt trời.
Bảng sau đây cho biết cách tính hoá đơn dịch vụ tiện ích không có năng lượng mặt trời mỗi năm được tính trong suốt thời gian lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời. costOfElectricityWithoutSolar là tổng hoá đơn dịch vụ tiện ích trong cùng khoảng thời gian 20 năm mà chúng tôi đã dùng cho chi phí điện năng sử dụng năng lượng mặt trời.
| Năm | Hoá đơn dịch vụ tiện ích hằng năm (USD) |
|---|---|
| 1 | monthlyBill x 12 |
| 2 | monthlyBill x 12 x 1.022 / 1.04 |
| : | : |
| 20 | monthlyBill x 12 x 1.02219 / 1.0419 |
| Tổng | Tổng tất cả hoá đơn hằng năm, cũng có thể được biểu thị bằng costOfElectricityWithoutSolar = 204,35 x costOfElectricityWithoutSolar |
Chi phí lắp đặt năng lượng mặt trời
năng lượng mặt trời API bao gồm chi phí cài đặt cấu hình năng lượng mặt trời được đề xuất trong số liệu ước tính mà nó cung cấp. Để ước tính chi phí của một lượt cài đặt, API năng lượng mặt trời sẽ sử dụng mô hình chi phí lắp đặt đã bản địa hoá và quy mô của lượt cài đặt.
installationCost = InstallationCostModel (installationSize)
Chương trình khuyến khích
Các cơ quan chính phủ có thể cung cấp ưu đãi cho việc lắp đặt năng lượng mặt trời. Các khoản ưu đãi thường ở dạng khoản tín dụng thuế. Dựa trên vị trí của hộ gia đình, giá trị ước tính của tổng chi phí sẽ trừ đi mọi ưu đãi hiện có cho hộ gia đình.
Tổng chi phí lắp đặt năng lượng mặt trời
năng lượng mặt trời API tính toán tổng chi phí trong 20 năm của một cấu hình năng lượng mặt trời bằng cách sử dụng công thức sau:
totalCostWithSolar = installationCost + remainingLifetimeUtilityBill - incentives
Tổng số tiền tiết kiệm được
API năng lượng mặt trời tính toán mức tiết kiệm cho hộ gia đình theo công thức sau:
savings = costOfElectricityWithoutSolar - totalCostWithSolar
API năng lượng mặt trời thực hiện các tính toán ở trên cho từng kích thước lắp đặt có thể có, sau đó đề xuất kích thước lắp đặt mang lại mức tiết kiệm tối đa cho hộ gia đình. Số tiền tiết kiệm ước tính sẽ được trả về cùng với đề xuất.