يشرح هذا المستند كيف تحسب واجهة برمجة التطبيقات Solar API القيم المختلفة التي تستخدمها للتوصية بتركيبات ألواح الطاقة الشمسية وتقدير التكاليف وتوفير التكاليف لعناوين الولايات المتحدة.
إذا أدخلت عنوان مسكن في منطقة مغطاة بالولايات المتحدة، تعرض لك واجهة برمجة التطبيقات Solar API التقديرات التالية:
- مقدار ضوء الشمس الذي يتلقّاه المنزل سنويًا
- حجم المساحة المتاحة للسقف لتركيب الطاقة الشمسية
- ما مقدار ما يمكن توفيره بالدولار الأمريكي للمنزل على مدار 20 عامًا من عمر النظام الشمسي
- متوسط فاتورة الكهرباء الشهرية للمنازل في منطقتك، والذي يمكنك تعديله وفقًا لمنزلك
- حجم مقترَح بالكيلوواط (كيلوواط) للنظام الشمسي في المنزل
على الرغم من أن واجهة برمجة التطبيقات Solar API توفر تقديرات لأي هيكل لديه بيانات عنه، فإن التقديرات التي توفرها هي الأنسب للمساكن أو الهياكل التجارية الصغيرة. توصي واجهة برمجة التطبيقات Solar API بأحجام ألواح الطاقة الشمسية التي يتم توفيرها إلى أقصى حد بدون إنتاج قدر أكبر من الطاقة في العام الواحد عن الذي يمكن للأسرة استهلاكه. لا تحسب واجهة برمجة التطبيقات Solar API القيم المتعلقة بإنتاج الطاقة الزائدة.
تقتصر أحجام التركيبات الموصى بها على الاستهلاك السنوي للطاقة لعدد من الأسباب، ولكنها أساسًا لأن الأسر في الولايات المتحدة تحصل حاليًا على فائدة مالية ضئيلة أو لا تحصل على الإطلاق من إنتاج الطاقة الزائد. في المواقع الجغرافية في الولايات المتحدة التي تتضمّن صافيًا لتوفير الطاقة، تنتهي عادةً صلاحية الأرصدة التي يتم الحصول عليها من إنتاج الطاقة الزائدة مع مرور الوقت.
القيم المطلوبة للتحليل المالي للمواقع الجغرافية في 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 احتسابinstallationSize.yearlyEnergyDcKwh: مقدار الطاقة الناتجة عن أشعة الشمس التي يلتقطها رسم تخطيطي على مدار عام معيّن، بوحدات الطاقة الكهربائية لكل واط في الساعة، وفقًا لمقياسpanelsCountمحدَّد. أنت تستخدم هذه القيمة عند احتساب الإنتاج السنوي من AC للطاقة الشمسية (initialAcKwhPerYear) لكلinstallationSize.
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: تستخدم واجهة برمجة التطبيقات Solar API الإصدار 1.022 (2.2% زيادة سنوية) للمواقع الجغرافية في الولايات المتحدة.
- 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.
- discountRate: تستخدم واجهة برمجة التطبيقات Solar API الإصدار 1.04 (زيادة بنسبة 4% في السنة) للمواقع الجغرافية في الولايات المتحدة.
- 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.
- 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
installationSizeمعيَّن. يراعي نموذج التكلفة عادةً تكاليف العمالة والمواد المحلية لمنتجinstallationSizeمعيّن. - 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.
آلية العمل
متوسط فاتورة الكهرباء الشهرية هو المفتاح لبقية العمليات الحسابية.
تبني واجهة برمجة التطبيقات Solar API عملياتها الحسابية في البداية على مبلغ فاتورة شهري يتم تحديده مسبقًا. وإذا لزم الأمر، يمكنك اختيار مبلغ مختلف يعكس متوسط فاتورتك الشهرية بدقة أكبر.
بمعرفة مبلغ الفاتورة الشهرية والتكلفة الحالية للكهرباء في موقع جغرافي معيّن، يمكن لواجهة برمجة التطبيقات 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 كيلو واط في الساعة من فاتورة شهرية، تشير واجهة برمجة التطبيقات Solar API إلى قواعد البيانات التي تديرها أبحاث الطاقة النظيفة.
باستخدام عدد الكيلوواط الذي يستهلكه المنزل، ومساحة الاستخدام لسقف المنزل، والإمكانات الشمسية لمكان المنزل، تقيّم واجهة برمجة التطبيقات Solar API واحدًا أو أكثر من أحجام ألواح الطاقة الشمسية المحتملة وتقترح الحجم الذي يوفر أكبر قدر من التوفير.
يتم قياس حجم ألواح الطاقة الشمسية حسب تقييمها بالكيلوواط. يعتمد تقييم الكيلوواط على عدد ألواح الطاقة الشمسية في الإعدادات وتصنيف الطاقة، المقاس بالواط، لكل لوحة.
لا يتطابق تقييم الكيلوواط لأحد المثبّتات مع ناتج الطاقة عن إحدى المنشآت، والتي يتم قياسها بالكيلوواط ساعة وهي متغيّرة. ويعتمد ناتج الكيلوواط ساعة لتركيبة معيّنة على عوامل مثل ما يلي:
- الوقت من اليوم
- الطقس
- اتجاه اللوحة نحو الشمس
- ظهور أي ظلال على اللوحات بواسطة عناصر قريبة
- إمكانات توليد الطاقة الشمسية في المنطقة
- تاريخ التركيب
تتضمن واجهة برمجة التطبيقات Solar API عوامل مثل إمكانات توليد الطاقة الشمسية الإقليمية وعمر التركيب في تقديرها لإنتاج الطاقة السنوي لأحد ألواح الطاقة الشمسية المثبّتة.
لتحديد المساحة القابلة للاستخدام من السطح وتقدير حجم ألواح الطاقة الشمسية التي يمكن ثبّتها، تستخدم واجهة برمجة التطبيقات Solar API صورًا جوية ونمذجة ثلاثية الأبعاد متقدّمة.
شرح تفصيلي للقيم والعمليات الحسابية
توضح الأقسام التالية كيفية حساب Solar API لتكاليف وتوفير وأحجام ألواح الطاقة الشمسية لبنية معينة في الولايات المتحدة.
تستخدم تفسيرات العمليات الحسابية المصطلحات لتمثيل القيم في العمليات الحسابية. للحصول على شرح للمصطلحات، انظر "تعريف المصطلحات المستخدمة في حساباتنا".
الاستهلاك السنوي للطاقة المنزلية
كما ذكرنا سابقًا، تحدد واجهة برمجة التطبيقات Solar API الاستهلاك الشهري للكهرباء بناءً على مبلغ الفاتورة الشهرية وتكلفة الكهرباء في المنزل. بعد تحديد الاستهلاك الشهري للكهرباء للأسرة، نحسب الاستهلاك السنوي للطاقة بالكيلوواط ساعة باستخدام الصيغة التالية:
annualKWhEnergyConsumption = monthlyKWhEnergyConsumption x 12
من المفترض أن يظل استهلاك الطاقة للأسرة كما هو من عام إلى آخر على مدار عمر ألواح الطاقة الشمسية. تفترض واجهة برمجة التطبيقات Solar API أن عمر التركيبات الشمسية تبلغ 20 عامًا.
الإنتاج السنوي من الطاقة الشمسية
تقدر واجهة برمجة التطبيقات Solar API إنتاج الطاقة السنوي لأحد ألواح الطاقة الشمسية من خلال مراعاة عوامل مثل شدة ضوء الشمس وزاوية ضوء الشمس وعدد ساعات أشعة الشمس القابلة للاستخدام التي تحصل عليها المنطقة سنويًا.
تُنتج ألواح الطاقة الشمسية كهرباء التيار المباشر (DC) التي يجب تحويلها إلى كهرباء التيار المتردد (AC) باستخدام عاكس قبل استخدامها في منزلك. تُفقد بعض الكهرباء أثناء عملية التحويل، وتحدد كفاءة العاكس المقدار المفقود.
ويُشار إلى كفاءة عملية الإحالة الناجحة باسم DC إلى AC. لحساب الخسارة، تضرب واجهة برمجة التطبيقات Solar API الناتج السنوي من تركيب الطاقة الشمسية في وحدة تيار متردد (DC) بمعدل 0.85. والنتيجة هي الإنتاج السنوي لكهرباء التيار المتردد، كما هو موضح في المعادلة التالية:
initialAcKwhPerYear = yearlyEnergyDcKwh x 0.85
تنخفض كمية الطاقة التي ينتجها التركيب بحوالي 0.5% كل عام على مدار عمر التركيب. ولحساب ذلك، تضرب واجهة برمجة التطبيقات Solar API ناتج AC السنوي للتركيب في 99.5% أو 0.995 كل عام على مدار فترة التركيب التي تبلغ 20 عامًا تقريبًا. وهذا موضح في الجدول التالي.
| Year | إنتاج الطاقة الشمسية سنويًا (كيلوواط ساعة) |
|---|---|
| 1 | initialAcKwhPerYear |
| 2 | initialAcKwhPerYear x 0.995 |
| : | : |
| 20 | initialAcKwhPerYear x 0.99519 |
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))## تكلفة الكهرباء التي يتم توليدها من الطاقة الشمسية إذا كان حجم التركيبات الناتجة عن احتراق ألواح الطاقة الشمسية محدودة بحجم السقف أو بعوامل أخرى، قد تنتج كهرباء أقل من تلك التي يستهلكها المنزل عند تركيب الطاقة الشمسية. في هذه الحالات، على الأرجح، سيتعين على الأسرة دفع فاتورة خدمات مقابل قدر معيّن من الكهرباء كل عام، كما هو موضَّح في الصيغة التالية:
annualKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear = annualUtilityEnergyRequired
لحساب هذه التكلفة، تطبق واجهة برمجة التطبيقات Solar API نموذجًا لتكلفة الفاتورة على الكمية المقدرة للكهرباء، بالكيلوواط ساعة، التي ستحتاجها المنزل من أداة مساعدة طوال عمر ألواح الطاقة الشمسية. توضح المعادلة التالية هذه العملية الحسابية:
annualUtilityBillEstimate = billCostModel(utilityEnergyRequired)
لحساب الزيادة السنوية في تكلفة الكهرباء، نطبق قيمة costIncreaseFactor بقيمة 2.2&percnt؛ أو 0.22 سنويًا للمواقع الجغرافية في الولايات المتحدة:
costIncreaseFactor = 1 + 2.2% = 1.022
بسبب التضخم، علينا خصم قيمة قيمة العملة في تقديراتنا للتكاليف المستقبلية. لحساب ذلك، نطبق معدل خصم 4% على نموذجنا للمواقع الجغرافية في الولايات المتحدة:
discountRate = 1 + 4% = 1.04
يوضح الجدول التالي كيفية احتساب فاتورة الخدمات السنوية على مدار عمر تركيب الطاقة الشمسية. يمثل مبلغ remainingLifetimeUtilityBill إجمالي فواتير الخدمات لكل 20 عامًا من عمر ألواح الطاقة الشمسية.
| Year | فاتورة الخدمات السنوية بالقيمة الحالية بالعملة المحلية (بالدولار الأمريكي) (annualUtilityBillEstimate) |
|---|---|
| 1 | billCostModel (yearlyKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear) = annualUtilityBillEstimateYear1 |
| 2 | billCostModel (yearlyKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear x 0.995) x 1.022 / 1.04 = annualUtilityBillAmountYear2 |
| : | : |
| 20 | billCostModel (yearlyKWhEnergyConsumption - firstAcKwhPerYear x 0.99519) x 1.02219 / 1.0419 = annualUtilityBillEstimateYear2 |
| المجموع | remainingLifetimeUtilityBill = annualUtilityBillEstimateYear1 + annualUtilityBillEstimateYear2 + .... + annualUtilityBillEstimateYear20 |
تكلفة الكهرباء بدون استخدام الطاقة الشمسية
لحساب التكلفة التي يمكن أن يوفرها المنزل في حال تركيب الطاقة الشمسية، علينا أيضًا حساب المبلغ الذي قد يدفعه المنزل في حال عدم تركيب الطاقة الشمسية.
علينا مرة أخرى مراعاة التكلفة المتزايدة للكهرباء والتضخّم من خلال تطبيق العامل costIncreaseFactor لمقياس 1.022 وcostIncreaseFactor 1.04 على العملية الحسابية، كما فعلنا عندما احتسبنا تكلفة الكهرباء باستخدام الطاقة الشمسية.
يوضح الجدول التالي كيفية حساب فاتورة المرافق السنوية بدون ألواح شمسية على مدار عمر ألواح الطاقة الشمسية. قيمة costOfElectricityWithoutSolar هي إجمالي فواتير الخدمات خلال فترة الـ 20 عامًا نفسها التي استخدمناها مقابل تكلفة الكهرباء باستخدام الطاقة الشمسية.
| Year | فاتورة الخدمات السنوية (بالدولار الأمريكي) |
|---|---|
| 1 | monthlyBill x 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 بالصيغة costOfElectricityWithoutSolar = 204.35 x MonthBill |
تكلفة تركيب الطاقة الشمسية
تتضمّن واجهة برمجة التطبيقات Solar API تكلفة تثبيت إعدادات الطاقة الشمسية المقترَحة في التقديرات التي توفّرها. لتقدير تكلفة التركيب، تستخدم واجهة برمجة التطبيقات Solar API نموذج تكلفة التركيب مترجمًا وحجم التركيب.
installationCost = InstallationCostModel (installationSize)
الحوافز
قد تقدّم الجهات الحكومية حوافز مقابل تركيب الطاقة الشمسية. غالبًا ما تكون الحوافز في شكل أرصدة ضريبية. استنادًا إلى موقع المنزل، تطرح واجهة برمجة التطبيقات Solar API أي حوافز متاحة حاليًا للأسرة من تقدير التكاليف الإجمالية.
التكلفة الإجمالية لتركيب الطاقة الشمسية
تحسب واجهة برمجة التطبيقات Solar API إجمالي تكلفة التكوين الشمسية على مدار 20 عامًا باستخدام الصيغة التالية:
totalCostWithSolar = installationCost + remainingLifetimeUtilityBill - incentives
إجمالي المبلغ الذي تم توفيره
تحسب واجهة برمجة التطبيقات Solar API مبالغ التوفير للأسرة باستخدام المعادلة التالية:
savings = costOfElectricityWithoutSolar - totalCostWithSolar
تُجري واجهة برمجة التطبيقات Solar API العمليات الحسابية أعلاه لكل حجم تثبيت محتمل، ثم تقترح حجم التركيب الذي يوفّر الحد الأقصى من التوفيرات للأسرة. يتم إرجاع مبلغ المدخرات المقدرة مع التوصية.