این سند توضیح میدهد که چگونه API خورشیدی مقادیر مختلفی را که برای توصیه نصب پنلهای خورشیدی و تخمین هزینهها و صرفهجویی در هزینهها برای آدرسهای ایالات متحده استفاده میکند، محاسبه میکند.
اگر آدرس محل سکونت خود را در یک منطقه تحت پوشش ایالات متحده وارد کنید، API خورشیدی تخمینهای زیر را به شما نشان میدهد:
- میزان نور خورشید دریافتی سالانه خانه
- چقدر فضای پشت بام برای نصب پنل خورشیدی وجود دارد؟
- چه میزان صرفهجویی (به دلار آمریکا) در طول عمر 20 ساله یک سیستم خورشیدی، میتواند برای خانه انتظار داشته باشد؟
- میانگین قبض برق ماهانه برای خانههای منطقه شما، که میتوانید آن را برای خانه خود تنظیم کنید
- اندازه توصیه شده، بر حسب کیلووات (kW)، برای یک سیستم خورشیدی در خانه
اگرچه Solar API برای هر سازهای که دادههای آن را دارد، تخمینهایی ارائه میدهد، اما تخمینهایی که ارائه میدهد برای منازل مسکونی یا سازههای تجاری کوچک مناسبتر است. Solar API اندازههای نصب پنل خورشیدی را توصیه میکند که بدون تولید انرژی بیشتر در سال نسبت به مصرف یک خانوار، حداکثر صرفهجویی را به همراه داشته باشد. Solar API مقادیر مربوط به تولید انرژی اضافی را محاسبه نمیکند.
اندازههای پیشنهادی نصب به دلایل مختلف به مصرف انرژی سالانه محدود میشوند، اما دلیل اصلی آن این است که خانوارهای آمریکایی در حال حاضر از تولید انرژی اضافی سود مالی کمی دریافت میکنند یا اصلاً سودی نمیبرند. در مناطقی از ایالات متحده که دارای اندازهگیری خالص هستند، اعتبارات کسب شده از تولید انرژی اضافی معمولاً با گذشت زمان منقضی میشوند.
مقادیر مورد نیاز برای تحلیل مالی برای مکانهای ایالات متحده
از هر نمونه SolarPanelConfig در پاسخ API، برای انجام تحلیل مالی برای آن نمونه به دو مقدار نیاز دارید:
-
panelsCount: تعداد پنلهای خورشیدی در یک نصب. شما از این مقدار در محاسبهinstallationSizeاستفاده میکنید. -
yearlyEnergyDcKwh: میزان انرژی نور خورشید که یک طرح در طول یک سال، بر حسب کیلووات ساعت DC، با توجه به یکpanelsCountخاص جذب میکند. شما از این مقدار در محاسبه تولید سالانه انرژی خورشیدی AC (initialAcKwhPerYear) هرinstallationSizeاستفاده میکنید.
علاوه بر این، شما باید مقادیر مختص به مکان را برای متغیرهای زیر که در محاسبات استفاده خواهید کرد، جمعآوری کنید:
- billCostModel() : مدل شما برای تعیین هزینه، به ارز محلی، که توسط یک خانوار برای استفاده از تعداد مشخصی کیلووات ساعت پرداخت میشود. میزان هزینه برق میتواند از روزی به روز دیگر یا ساعتی به ساعت دیگر بسته به مواردی مانند تقاضا، زمان روز و میزان مصرف برق خانوار متفاوت باشد. ممکن است لازم باشد هزینه متوسط را تخمین بزنید.
- costIncreaseFactor : رابط برنامهنویسی کاربردی انرژی خورشیدی (Api) برای مکانهای ایالات متحده از عدد ۱.۰۲۲ (افزایش سالانه ۲.۲٪) استفاده میکند.
- dcToAcDerate : راندمانی که یک اینورتر با آن برق DC تولید شده توسط پنلهای خورشیدی را به برق AC مورد استفاده در خانه تبدیل میکند. Solar API برای مکانهای ایالات متحده از ۸۵٪ استفاده میکند.
- نرخ تخفیف : API خورشیدی برای مکانهای ایالات متحده از ۱.۰۴ (افزایش سالانه ۴٪) استفاده میکند.
- ضریب استهلاک بهرهوری : میزان کاهش راندمان پنلهای خورشیدی هر ساله. Solar API برای مکانهای ایالات متحده از عدد ۰.۹۹۵ (کاهش سالانه ۰.۵٪) استفاده میکند.
- مشوقها : هرگونه مشوق مالی برای نصب پنلهای خورشیدی که توسط نهادهای دولتی در منطقه شما ارائه میشود را لحاظ کنید.
- installationCostModel() : روش شما برای تخمین هزینه نصب سیستم خورشیدی به ارز محلی برای یک
installationSizeمشخص. مدل هزینه معمولاً هزینههای نیروی کار محلی و مواد را برای یکinstallationSizeمشخص در نظر میگیرد. - installationLifeSpan : طول عمر مورد انتظار برای نصب سیستم خورشیدی. Solar API این مقدار را 20 سال در نظر میگیرد. این مقدار را در صورت نیاز برای منطقه خود تنظیم کنید.
- kWhConsumptionModel() : مدل شما برای تعیین میزان مصرف انرژی یک خانوار بر اساس صورتحساب ماهانه. در سادهترین شکل، شما صورتحساب را بر میانگین هزینه یک کیلووات ساعت در محل سکونت خانوار تقسیم میکنید.
- صورتحساب ماهانه : میانگین صورتحساب برق ماهانه برای یک خانوار مورد بررسی.
- مصرف انرژی ماهانه کیلووات ساعت : تخمینی از میانگین میزان برق مصرفی ماهانه خانوار در یک مکان مشخص، که بر حسب کیلووات ساعت اندازهگیری میشود.
با استفاده از این مقادیر و اطلاعات ارائه شده توسط پاسخ API، میتوانید محاسبات لازم را برای توصیه بهترین installationSize برای مکانهایی که تحت پوشش API خورشیدی نیستند، انجام دهید.
چگونه کار میکند؟
میانگین قبض برق ماهانه، کلید بقیه محاسبات است.
رابط برنامهنویسی کاربردی خورشیدی (Solar API) در ابتدا محاسبات خود را بر اساس مبلغ صورتحساب ماهانه از پیش تعیینشده انجام میدهد. در صورت نیاز، میتوانید مبلغ متفاوتی را انتخاب کنید که دقیقتر میانگین صورتحساب ماهانه شما را منعکس کند.
با دانستن مبلغ قبض ماهانه و هزینه فعلی برق در یک مکان مشخص، Solar API میتواند تعداد کیلووات ساعت (kWh) برق مصرفی ماهانه یک خانوار را تخمین بزند. برای هزینه فعلی برق در سراسر ایالات متحده و برای تعیین کیلووات ساعت از یک قبض ماهانه، Solar API به پایگاههای داده نگهداری شده توسط Clean Power Research مراجعه میکند.
با استفاده از میزان کیلووات ساعت مصرف برق یک خانوار، مساحت قابل استفاده از سقف خانه و پتانسیل خورشیدی محل خانه، Solar API یک یا چند اندازه نصب پنل خورشیدی ممکن را ارزیابی کرده و اندازهای را که بیشترین صرفهجویی را به همراه دارد، توصیه میکند.
اندازه نصب پنل خورشیدی با توان نامی کیلووات آن سنجیده میشود. توان نامی کیلووات به تعداد پنلهای خورشیدی در پیکربندی و توان نامی هر پنل، که بر حسب وات اندازهگیری میشود، بستگی دارد.
توان نامی کیلووات یک دستگاه با انرژی خروجی آن که با کیلووات ساعت اندازهگیری میشود و متغیر است، یکسان نیست. کیلووات ساعت خروجی یک دستگاه به عواملی مانند موارد زیر بستگی دارد:
- زمان روز
- آب و هوا
- جهت قرارگیری پنل نسبت به خورشید
- هرگونه سایهای که توسط اشیاء نزدیک روی پنلها ایجاد میشود
- پتانسیل خورشیدی منطقهای
- سن نصب
API خورشیدی عواملی مانند پتانسیل خورشیدی منطقهای و قدمت تأسیسات را در تخمین تولید انرژی سالانه یک تأسیسات خورشیدی لحاظ میکند.
برای تعیین مساحت قابل استفاده یک سقف و تخمین اندازه نصب پنل خورشیدی که میتواند پشتیبانی کند، Solar API از تصاویر هوایی و مدلسازی سهبعدی پیشرفته استفاده میکند.
توضیح دقیق مقادیر و محاسبات
بخشهای زیر توضیح میدهند که چگونه API خورشیدی هزینهها، صرفهجوییها و اندازههای تأسیسات خورشیدی را برای یک سازه مشخص در ایالات متحده محاسبه میکند.
توضیحات محاسبات از اصطلاحاتی برای نمایش مقادیر در محاسبات استفاده میکند. برای توضیح اصطلاحات، به تعریف اصطلاحات مورد استفاده در محاسبات ما مراجعه کنید.
مصرف سالانه انرژی خانگی
همانطور که قبلاً ذکر شد، API خورشیدی مصرف ماهانه برق را بر اساس مبلغ قبض ماهانه و هزینه برق محل سکونت خانوار تعیین میکند. پس از تعیین مصرف ماهانه برق یک خانوار، مصرف انرژی سالانه را بر حسب کیلووات ساعت با استفاده از فرمول زیر محاسبه میکنیم:
annualKWhEnergyConsumption = monthlyKWhEnergyConsumption x 12
فرض میشود که مصرف انرژی یک خانوار در طول عمر یک سیستم خورشیدی، سال به سال ثابت میماند. Solar API عمر یک سیستم خورشیدی را 20 سال فرض میکند.
تولید سالانه انرژی خورشیدی
API خورشیدی، تولید انرژی سالانه یک تاسیسات خورشیدی را با در نظر گرفتن عواملی مانند شدت نور خورشید، زاویه تابش نور خورشید و تعداد ساعات نور خورشید قابل استفادهای که یک منطقه سالانه دریافت میکند، تخمین میزند.
تأسیسات خورشیدی برق جریان مستقیم (DC) تولید میکنند که قبل از استفاده در خانه، باید توسط یک اینورتر به برق جریان متناوب (AC) تبدیل شود. مقداری برق در طول فرآیند تبدیل هدر میرود و راندمان اینورتر میزان هدر رفت را تعیین میکند.
راندمان فرآیند تبدیل به عنوان ضریب تبدیل DC به AC شناخته میشود. برای محاسبهی این تلفات، Solar API خروجی سالانهی تأسیسات خورشیدی را در ضریب تبدیل DC به AC برابر با 0.85 ضرب میکند. نتیجه، تولید سالانهی برق AC است که در فرمول زیر نشان داده شده است:
initialAcKwhPerYear = yearlyEnergyDcKwh x 0.85
میزان انرژی تولید شده توسط یک تأسیسات، هر ساله در طول عمر تأسیسات حدود ۰.۵٪ کاهش مییابد. برای در نظر گرفتن این موضوع، پس از سال اول، Solar API خروجی AC سالانه یک تأسیسات را در طول عمر تخمینی ۲۰ ساله تأسیسات، هر سال در ۹۹.۵٪ یا ۰.۹۹۵ ضرب میکند. این موضوع در جدول زیر نشان داده شده است.
| سال | تولید انرژی خورشیدی سالانه (کیلووات ساعت) |
|---|---|
| ۱ | مقدار اولیهAcKwhPerYear |
| ۲ | مقدار اولیه AcKwhPerYear x 0.995 |
| : | : |
| ۲۰ | مقدار اولیه AcKwhPerYear x 0.995 19 |
از آنجا که راندمان پنل خورشیدی با نرخ ثابتی کاهش مییابد، اساساً یک سری هندسی است که در آن a = initialAcKwhPerYear و r = efficiencyDepreciationFactor است. میتوانیم از یک جمع هندسی برای محاسبه LifetimeProductionAcKwh استفاده کنیم:
LifetimeProductionAcKwh = (dcToAcDerate * initialAcKwhPerYear * (1 - pow(efficiencyDepreciationFactor, installationLifeSpan)) / (1 - efficiencyDepreciationFactor))هزینه برق با انرژی خورشیدی
اگر اندازه یک سیستم خورشیدی به اندازه سقف یا عوامل دیگر محدود شود، ممکن است برق کمتری نسبت به مصرف یک خانوار تولید کند. در این موارد، خانوار احتمالاً مجبور خواهد بود هر ساله برای مقداری از برق، مبلغی را به شرکت برق بپردازد، همانطور که در فرمول زیر نشان داده شده است:
annualKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear = annualUtilityEnergyRequired
برای محاسبه این هزینه، Solar API یک مدل هزینه صورتحساب را برای میزان تخمینی برق مورد نیاز خانوار از یک شرکت برق در طول عمر نصب سیستم خورشیدی، بر حسب کیلووات ساعت، اعمال میکند. فرمول زیر این محاسبه را نشان میدهد:
annualUtilityBillEstimate = billCostModel(utilityEnergyRequired)
برای در نظر گرفتن افزایش سالانه هزینه برق، ما از costIncreaseFactor با مقدار ۲.۲٪ یا ۰.۲۲ در سال برای مکانهای ایالات متحده استفاده میکنیم:
costIncreaseFactor = 1 + 2.2% = 1.022
به دلیل تورم، ما باید ارزش پول را در تخمین هزینههای آینده خود لحاظ کنیم. برای در نظر گرفتن این موضوع، نرخ تخفیف ۴٪ را برای مدل خود برای مکانهای ایالات متحده اعمال میکنیم:
discountRate = 1 + 4% = 1.04
جدول زیر نحوه محاسبه صورتحساب برق هر سال را در طول عمر یک سیستم خورشیدی نشان میدهد. صورتحساب برق باقیمانده در طول عمر سیستم، مجموع کل صورتحسابهای برق برای هر یک از 20 سال عمر سیستم خورشیدی است.
| سال | صورتحساب سالانه خدمات رفاهی به ارزش فعلی پول محلی (دلار آمریکا) ( annualUtilityBillEstimate ) |
|---|---|
| ۱ | billCostModel ( yearlyKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear ) = annualUtilityBillEstimateYear1 |
| ۲ | billCostModel ( مصرف انرژی سالانه - مقدار اولیه مصرف انرژی سالانه (kWh ) x 0.995) x 1.022 / 1.04 = تخمین هزینه سالانه قبض برق (UtilityBillEstimateYear2) |
| : | : |
| ۲۰ | billCostModel ( مصرف انرژی سالانه - مقدار اولیه مصرف انرژی سالانه (kWh ) x 0.995 19 ) x 1.022 19 / 1.04 19 = تخمین هزینه برق سالانه (UtilityBillEstimateYear2) | مجموع | residualLifetimeUtilityBill = annualUtilityBillEstimateYear1 + annualUtilityBillEstimateYear2 + …. + annualUtilityBillEstimateYear20 |
هزینه برق بدون انرژی خورشیدی
برای محاسبه اینکه یک خانواده در صورت نصب پنل خورشیدی چقدر میتواند صرفهجویی کند، باید محاسبه کنیم که در صورت عدم نصب پنل خورشیدی، چه مبلغی را باید بپردازد.
ما دوباره باید با اعمال ضریب افزایش هزینه ۱.۰۲۲ و نرخ تخفیف ۱.۰۴ در محاسبه، افزایش هزینه برق و تورم را در نظر بگیریم، همانطور که هنگام محاسبه هزینه برق با انرژی خورشیدی انجام دادیم.
جدول زیر نحوه محاسبه صورتحساب برق هر سال بدون انرژی خورشیدی در طول عمر یک نصب خورشیدی را نشان میدهد. هزینه برق بدون انرژی خورشیدی، مجموع کل صورتحسابهای برق در همان دوره 20 ساله است که ما برای هزینه برق با انرژی خورشیدی در نظر گرفتیم.
| سال | قبض آب و برق سالانه (دلار آمریکا) |
|---|---|
| ۱ | صورتحساب ماهانه x 12 |
| ۲ | صورتحساب ماهانه x 12 x 1.022 / 1.04 |
| : | : |
| ۲۰ | صورتحساب ماهانه x 12 x 1.022 19 / 1.04 19 | مجموع | مجموع تمام قبوض سالانه، که میتوان آن را به صورت هزینه برق بدون انرژی خورشیدی نیز بیان کرد = ۲۰۴.۳۵ ضربدر قبوض ماهانه |
هزینه نصب سیستم خورشیدی
Solar API هزینه نصب پیکربندی خورشیدی پیشنهادی را در تخمینهایی که ارائه میدهد، لحاظ میکند. برای تخمین هزینه نصب، Solar API از یک مدل هزینه نصب محلی و اندازه نصب استفاده میکند.
installationCost = InstallationCostModel (installationSize)
مشوقها
نهادهای دولتی ممکن است مشوقهایی برای نصب پنلهای خورشیدی ارائه دهند. این مشوقها اغلب به شکل اعتبارات مالیاتی هستند. بر اساس موقعیت مکانی خانوار، Solar API هرگونه مشوقی را که در حال حاضر برای خانوار در دسترس است از برآورد کل هزینهها کم میکند.
هزینه کل با نصب سیستم خورشیدی
API خورشیدی، هزینه کل ۲۰ ساله یک پیکربندی خورشیدی را با استفاده از فرمول زیر محاسبه میکند:
totalCostWithSolar = installationCost + remainingLifetimeUtilityBill - incentives
کل پس انداز
رابط برنامهنویسی کاربردی انرژی خورشیدی (Solarum API) با استفاده از فرمول زیر، میزان صرفهجویی برای خانوار را محاسبه میکند:
savings = costOfElectricityWithoutSolar - totalCostWithSolar
API خورشیدی محاسبات فوق را برای هر اندازه نصب ممکن انجام میدهد و سپس اندازه نصبی را که حداکثر صرفهجویی را برای خانوار فراهم میکند، توصیه میکند. میزان صرفهجویی تخمینی همراه با توصیه بازگردانده میشود.