يشرح هذا المستند كيف تحسب واجهة برمجة التطبيقات Solar API القيم المختلفة التي تستخدمها للتوصية بتركيب ألواح الطاقة الشمسية ولتقدير التكاليف وتوفير التكاليف لعناوين الولايات المتحدة.
إذا أدخلت عنوان إقامة في منطقة مشمولة في الولايات المتحدة، ستعرض لك واجهة برمجة التطبيقات Solar API التقديرات التالية:
- مقدار ضوء الشمس الذي يستقبله المنزل سنويًا
- مقدار المساحة المتوفرة على سطح ألواح الطاقة الشمسية
- ما مقدار المدخرات، بالدولار الأمريكي، التي يمكن أن يتوقعها المنزل على مدار 20 عامًا من عمر النظام الشمسي
- متوسط فاتورة الكهرباء الشهرية للمنازل في منطقتك، والذي يمكنك تعديله لمنزلك
- حجم موصى به، يُقاس بالكيلوواط (kW)، للنظام الشمسي في المنزل
بالرغم من أنّ Solar API توفّر تقديرات لأي هيكل تحتوي على بيانات عنه، فإن التقديرات التي توفّرها هي الأنسب للمساكن أو الهياكل التجارية الصغيرة. توصي واجهة برمجة التطبيقات Solar API بأحجام ألواح الطاقة الشمسية التي يمكن استخدامها لزيادة التوفير بدون إنتاج قدر أكبر من الطاقة في السنة مقارنةً بما يمكن أن تستهلكه الأسرة. لا تحسب Solar API القيم المتعلقة بإنتاج الطاقة الزائدة.
تقتصر أحجام التركيب الموصى بها على الاستهلاك السنوي للطاقة لعدة أسباب، ولكن في المقام الأول، لأن الأسر في الولايات المتحدة لا تحصل حاليًا على فائدة مالية كبيرة أو لا تحصل على أي فائدة مالية من إنتاج الطاقة الزائدة. في المواقع الجغرافية في الولايات المتحدة الأمريكية التي يتوفر فيها صافي قياس حصة القراءة، تنتهي عادةً صلاحية الأرصدة المكتسبة من إنتاج الطاقة الزائدة مع مرور الوقت.
القيم المطلوبة للتحليل المالي للمواقع الجغرافية في الولايات المتحدة
من كل مثيل من SolarPanelConfig في استجابة واجهة برمجة التطبيقات، ستحتاج إلى قيمتَين لإجراء التحليل المالي لهذه المثيل:
panelsCount: عدد الألواح الشمسية في المنشآت. يمكنك استخدام هذه القيمة في حسابinstallationSize.yearlyEnergyDcKwh: مقدار طاقة ضوء الشمس الذي يلتقطه التصميم على مدار عام واحد، بوحدة كيلوواط ساعة من التيار (DC)، وفقًا لقيمةpanelsCountمحدَّدة. أنت تستخدم هذه القيمة في احتساب إنتاج الطاقة الشمسية السنوية من التيار المتردد (AC) (initialAcKwhPerYear) لكلinstallationSize.
بالإضافة إلى ذلك، تحتاج إلى جمع قيم خاصة بالموقع للمتغيرات التالية التي ستستخدمها في العمليات الحسابية:
- billCostModel(): نموذجك المستخدَم لتحديد التكلفة بالعملة المحلية التي تدفعها الأسرة مقابل استخدام عدد معيّن من كيلوواط ساعة. يمكن أن يختلف مقدار رسوم المرافق الكهربائية من يوم لآخر أو ساعة إلى ساعة اعتمادًا على عوامل مثل الطلب والوقت من اليوم وكمية الكهرباء التي يستهلكها المنزل. قد تحتاج إلى تقدير متوسط التكلفة.
- costIncreaseFactor: تستخدم Solar API 1.022 (زيادة سنوية بنسبة 2.2%) للمواقع الجغرافية في الولايات المتحدة.
- dcToAcDerate: يشير ذلك إلى الكفاءة التي يحوّل بها العاكس الكهرباء التي تعمل بالتيار المستمر والتي تنتجها الألواح الشمسية إلى كهرباء التيار المتردد التي تُستخدم في المنزل. تستخدم واجهة برمجة التطبيقات Solar API نسبة 85% للمواقع الجغرافية في الولايات المتحدة.
- discountRate: تستخدم Solar API النسبة 1.04 (زيادة بنسبة 4% في السنة) للمواقع الجغرافية في الولايات المتحدة.
- efficiencyDepreciationFactor: مقدار انخفاض كفاءة ألواح الطاقة الشمسية كل عام. تستخدم واجهة برمجة التطبيقات Solar API نسبة 0.995 (0.5 % من الخفض السنوي) للمواقع الجغرافية في الولايات المتحدة.
- الحوافز: أدرِج أي حوافز مالية لتركيب ألواح الطاقة الشمسية المقدمة من الجهات الحكومية في منطقتك.
- installationCostModel(): هي طريقتك لتقدير تكلفة تركيب مصادر الطاقة الشمسية بالعملة المحلية في
installationSize. ويأخذ نموذج التكلفة عادةً في الاعتبار تكاليف العمالة والمواد المحلية لفئةinstallationSizeمعيّنة. - installationLifeSpan: العمر المتوقّع لتركيب ألواح الطاقة الشمسية تستخدم Solar API 20 عامًا. اضبط هذه القيمة حسب الحاجة لمنطقتك.
- kWhConsumptionModel(): هو نموذجك المستخدَم لتحديد مقدار الطاقة التي يستهلكها أحد أفراد الأسرة استنادًا إلى فاتورة شهرية. في أبسط صوره، يمكنك تقسيم الفاتورة على متوسط تكلفة كيلوواط ساعة في موقع الأسرة.
- monthlyBill: متوسط الفاتورة الكهربائية الشهرية لأفراد الأسرة المعنيّة.
- monthlyKWhEnergyConsumption: تقدير لمتوسط كمية الكهرباء التي يستهلكها المنزل في موقع جغرافي معيّن خلال شهر، ويتم قياسه بالكيلوواط ساعة.
باستخدام هذه القيم والمعلومات التي يوفّرها ردّ واجهة برمجة التطبيقات، يمكنك إجراء العمليات الحسابية اللازمة لاقتراح أفضل installationSize للمواقع الجغرافية التي لا تشملها Solar API.
طريقة العمل
متوسط فاتورة الكهرباء الشهرية هو المفتاح لبقية العمليات الحسابية.
تبني Solar API في البداية حساباتها على مبلغ فاتورة شهرية محدد مسبقًا. إذا لزم الأمر، يمكنك اختيار مبلغ مختلف يعكس متوسط فاتورتك الشهرية بدقة أكبر.
من خلال معرفة مقدار الفاتورة الشهرية والتكلفة الحالية للكهرباء في موقع جغرافي معيّن، يمكن لواجهة Solar API تقدير عدد الكيلوواط ساعة (كيلوواط ساعة) من الكهرباء التي يستهلكها المنزل كل شهر. بالنسبة إلى التكلفة الحالية للكهرباء في جميع أنحاء الولايات المتحدة، ولتحديد الكيلوواط في الساعة من فاتورة شهرية، تشير واجهة برمجة التطبيقات Solar API إلى قواعد البيانات التي تحتفظ بها أبحاث الطاقة النظيفة.
باستخدام عدد الكيلوواط في الساعة التي يستهلكها المنزل ومساحة سقف المنزل القابلة للاستخدام وإمكانات توليد الطاقة الشمسية في موقع المنزل، تقيّم واجهة برمجة التطبيقات Solar API حجمًا واحدًا أو أكثر من الأحجام المُحتمَلة لتوليد الطاقة الشمسية وتقترح الحجم الذي يوفّر أكبر قدر من التوفير.
يتم قياس حجم تركيب الألواح الشمسية باستخدام معدّل الكيلوواط (الكيلوواط) الخاص بها. ويعتمد معدّل الكيلوواط على عدد الألواح الشمسية في تركيبة الجهاز ومقياس الطاقة لكل لوح، ويتم قياسه بالواط.
يختلف التقييم بالكيلوواط في حال تثبيت الجهاز عن ناتج الطاقة الخاص بالتركيب، والذي يتم قياسه بالكيلوواط في الساعة وهو متغيّر. يعتمد الناتج بالكيلوواط في الساعة من أي عملية تثبيت على عوامل كالآتي:
- الوقت من اليوم
- الطقس
- اتجاه اللوحة بالنسبة للشمس
- أي ظلال على الألواح نتيجة أجسام قريبة
- إمكانات توليد الطاقة الشمسية على المناطق
- عمر التركيب
تتضمن Solar API عوامل مثل إمكانات الطاقة الشمسية الإقليمية وعمر التركيب في تقدير إنتاج الطاقة السنوي لإحدى ألواح الطاقة الشمسية.
لتحديد مساحة السطح القابلة للاستخدام وتقدير حجم ألواح الطاقة الشمسية التي يمكن أن تدعمها، تستخدم Solar API الصور الجوية والنماذج ثلاثية الأبعاد المتقدمة.
شرح تفصيلي للقيم والعمليات الحسابية
توضح الأقسام التالية كيفية احتساب واجهة برمجة التطبيقات Solar API لتكاليف ومدخرات وأحجام ألواح الطاقة الشمسية لهيكل معين في الولايات المتحدة.
تستخدم تفسيرات العمليات الحسابية مصطلحات لتمثيل القيم في العمليات الحسابية. للحصول على شرح للمصطلحات، راجع تعريف المصطلحات المستخدمة في عملياتنا الحسابية.
الاستهلاك السنوي للطاقة المنزلية
كما ذكرنا سابقًا، تحدد Solar API الاستهلاك الشهري للكهرباء بناءً على مبلغ الفاتورة الشهرية وتكلفة الكهرباء في الأماكن المنزلية. بعد تحديد الاستهلاك الشهري للكهرباء للأسرة، نحسب الاستهلاك السنوي للطاقة بالكيلوواط في الساعة باستخدام المعادلة التالية:
annualKWhEnergyConsumption = monthlyKWhEnergyConsumption x 12
يُفترض أن يظل استهلاك الطاقة للأسرة من عام إلى آخر على مدار عمر ألواح الطاقة الشمسية. تفترض واجهة برمجة التطبيقات Solar API أن عمر تركيب الطاقة الشمسية هو 20 عامًا.
إنتاج الطاقة الشمسية سنويًا
تقدّر واجهة برمجة التطبيقات Solar API إنتاج الطاقة السنوي لإحدى المنشآت الشمسية من خلال مراعاة عوامل مثل شدة ضوء الشمس وزاوية أشعة الشمس وعدد ساعات أشعة الشمس القابلة للاستخدام التي تحصل عليها المنطقة سنويًا.
تُنتج محطات الطاقة الشمسية كهرباء تيار مباشر (DC) يجب تحويلها إلى كهرباء تيار متردد (AC) باستخدام عاكس قبل أن تتمكن من استخدامها في منزلك. تُفقد بعض الكهرباء خلال عملية التحويل، وتحدد كفاءة العاكس المقدار المفقود.
ويُشار إلى كفاءة عملية التحويل باسم إيقاف التيار المتردد (DC) إلى تيار متردد. لحساب الخسارة، تضرب واجهة برمجة التطبيقات Solar API الناتج السنوي لألواح الطاقة الشمسية المركّبة من خلال وحدة تيار متردد (DC) إلى تيار متردد (AC) بقيمة 0.85. والنتيجة هي الإنتاج السنوي لكهرباء AC، كما هو موضح في المعادلة التالية:
initialAcKwhPerYear = yearlyEnergyDcKwh x 0.85
تنخفض كمية الطاقة التي ينتجها أحد التركيبات بحوالي 0.5% كل عام على مدار عمر التركيب. ولحساب هذا، بعد العام الأول، تضرب واجهة برمجة التطبيقات Solar API الناتج السنوي لنظام تكييف الهواء لأي تثبيت بمقدار 99.5% أو 0.995 سنويًا على مدار الفترة المقدرة منذ التركيب التي تبلغ 20 عامًا. وقد تم توضيح ذلك في الجدول التالي.
| Year | إنتاج الطاقة الشمسية سنويًا (كيلوواط ساعة) |
|---|---|
| 1 | initialAcKwhPerYear |
| 2 | initialAcKwhPerYear x 0.995 |
| : | : |
| 20 | initialAcKwhPerYear x 0.99519 |
بما أنّ كفاءة الألواح الشمسية تتناقص بمعدل ثابت، فهي في الأساس عبارة عن متسلسلة هندسية حيث a = firstAcKwhPerYear وr =efficiencyDepreciationFactor. يمكننا استخدام مجموع هندسي لحساب
LifetimeProductionAcKwh:
LifetimeProductionAcKwh = (dcToAcDerate * initialAcKwhPerYear * (1 - pow(efficiencyDepreciationFactor, installationLifeSpan)) / (1 - efficiencyDepreciationFactor))
تكلفة الكهرباء باستخدام الطاقة الشمسية
إذا كان حجم المنشآت محدودة بسبب حجم السقف أو عوامل أخرى، قد ينتج عن ألواح الطاقة الشمسية الكهرباء كمية أقل من الطاقة التي يستهلكها المنزل. في هذه الحالات، سيتعين على الأسرة على الأرجح دفع فاتورة للطاقة مقابل بعض الطاقة كل عام، كما هو موضح في المعادلة التالية:
annualKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear = annualUtilityEnergyRequired
لحساب هذه التكلفة، تطبّق Solar API نموذج تكلفة فاتورة على المقدار التقديري للكهرباء، بالكيلوواط في الساعة، الذي سيحتاجه المنزل من المرافق على مدار عمر ألواح الطاقة الشمسية. توضح المعادلة التالية هذه الحساب:
annualUtilityBillEstimate = billCostModel(utilityEnergyRequired)
ولحساب الزيادة السنوية في تكلفة الكهرباء، نطبّق قيمة costIncreaseFactor 2.2 % أو 0.22 سنويًا للمواقع الجغرافية في الولايات المتحدة:
costIncreaseFactor = 1 + 2.2% = 1.022
نظرًا للتضخم، علينا خصم قيمة قيمة العملة في تقديراتنا للتكاليف المستقبلية. ولحساب هذا، نطبق معدل خصم بنسبة 4% على نموذجنا للمواقع الجغرافية في الولايات المتحدة:
discountRate = 1 + 4% = 1.04
يوضح الجدول التالي كيفية احتساب فاتورة الخدمات لكل سنة على مدار عمر ألواح الطاقة الشمسية. ويمثل remainingLifetimeUtilityBill مجموع فواتير الخدمات لكل سنة من عمر ألواح الطاقة الشمسية التي تبلغ 20 عامًا.
| Year | فاتورة الخدمات السنوية بالقيمة الحالية بالعملة المحلية (بالدولار الأمريكي) (annualUtilityBillEstimate) |
|---|---|
| 1 | billCostModel (yearlyKWhEnergyConsumption - annualAcKwhPerYear) = annualUtilityBillEstimateYear1. |
| 2 | billCostModel (yearlyKWhEnergyConsumption - annualAcKwhPerYear x 0.995) x 1.022 / 1.04 = annualUtilityBillEstimateYear2. |
| : | : |
| 20 | billCostModel (yearlyKWhEnergyConsumption - annualAcKwhPerYear x 0.99519) x 1.02219 / 1.0419 = annualUtilityBillEstimateYear2. |
| المجموع | remainingLifetimeUtilityBill = annualUtilityBillEstimateYear1 + annualUtilityBillEstimateYear2 +.... + annualUtilityBillEstimateYear20. |
تكلفة الكهرباء بدون شمسي
لحساب المبلغ الذي يمكن للأسرة توفيره في حالة تركيب وحدات شمسية، علينا أيضًا حساب المبلغ الذي قد يدفعه الأسرة إذا لم يقم بذلك.
علينا مجددًا احتساب التكلفة المتزايدة للكهرباء والتضخم من خلال تطبيق costIncreaseFactor 1.022 وcostIncreaseFactor 1.04 على الحساب، كما فعلنا عند حساب تكلفة الكهرباء باستخدام الطاقة الشمسية.
يوضح الجدول التالي كيفية احتساب فاتورة الخدمات لكل سنة بدون شمسية على مدار عمر ألواح الطاقة الشمسية. تمثّل costOfElectricityWithoutSolar إجمالي فواتير الخدمات على مدار الفترة العشرين نفسها التي استخدمناها لتكلفة الكهرباء باستخدام الطاقة الشمسية.
| Year | فاتورة الخدمات السنوية (بالدولار الأمريكي) |
|---|---|
| 1 | monthlyBill × 12 |
| 2 | monthlyBill x 12 x 1.022 / 1.04 |
| : | : |
| 20 | monthlyBill x 12 x 1.02219 / 1.0419 |
| المجموع | مجموع كل الفواتير السنوية، والذي يمكن التعبير عنه أيضًا على النحو التالي: costOfElectricityWithoutSolar = 204.35 x monthBill |
تكلفة تركيب ألواح الطاقة الشمسية
تتضمن Solar API تكلفة تركيب التكوين الشمسي الموصى به في التقديرات التي توفرها. لتقدير تكلفة التركيب، تستخدم Solar API نموذج تكلفة تثبيت محليًا وحجم عملية التركيب.
installationCost = InstallationCostModel (installationSize)
الحوافز
قد تقدِّم الجهات الحكومية حوافز لتركيب أجهزة الطاقة الشمسية. وغالبًا ما تكون الحوافز في شكل أرصدة ضريبية. بناءً على موقع المنزل، تطرح واجهة برمجة التطبيقات Solar API أي حوافز متاحة حاليًا للأسرة من تقدير التكاليف الإجمالية.
التكلفة الإجمالية لتركيب ألواح الطاقة الشمسية
تحسب Solar API إجمالي تكلفة تركيب الطاقة الشمسية على مدار 20 عامًا باستخدام الصيغة التالية:
totalCostWithSolar = installationCost + remainingLifetimeUtilityBill - incentives
إجمالي ما تم توفيره
تحسب Solar API المبالغ التي تم توفيرها للأسرة باستخدام المعادلة التالية:
savings = costOfElectricityWithoutSolar - totalCostWithSolar
تقوم Solar API بإجراء العمليات الحسابية أعلاه لكل حجم ممكن للتركيب، ثم توصي بحجم التركيب الذي يوفر الحد الأقصى من التوفير للأسرة. يُعاد مبلغ التوفير المقدّر مع التوصية.