Tài liệu này giải thích cách API năng lượng mặt trời tính toán các giá trị khác nhau mà API này sử dụng để đề xuất 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 của một nơi cư trú trong một khu vực được đề cập của Hoa Kỳ, thì API năng lượng mặt trời sẽ cho bạn thấy các thông tin ước tính sau đây:
- Lượng ánh sáng mặt trời mà ngôi nhà nhận được hằng năm
- Diện tích mái để lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời
- Tính bằng đô la Mỹ, ngôi nhà này có thể tiết kiệm được bao nhiêu tuổi cho một hệ mặt trời trong vòng 20 năm
- Hoá đơn tiền điện trung bình hằng tháng cho các hộ gia đình trong khu vực bạn sinh sống. Bạn có thể điều chỉnh hoá đơn này cho phù hợp với nhà của mình
- Kích thước được đề xuất, được đo bằng kilowatt (kW), cho hệ thống năng lượng mặt trời trong nhà
Mặc dù API năng lượng mặt trời cung cấp số liệu ước tính cho mọi cấu trúc mà API này có dữ liệu, nhưng dữ liệu ước tính mà API đó cung cấp phù hợp nhất với nhà ở hoặc công trình thương mại nhỏ. API năng lượng mặt trời đề xuất các kích thước lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời để tối đa hóa mức tiết kiệm mà không tạo ra nhiều năng lượng hơn trong một năm so với mức tiêu thụ của một hộ gia đình. API năng lượng mặt trời không tính toán các giá trị liên quan đến việc sản xuất năng lượng dư thừa.
Kích thước lắp đặt được đề xuất 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 dư thừa. Tại Hoa Kỳ có định mức ròng, khoản tín dụng kiếm được từ việc sản xuất năng lượng vượt mức thường hết hạn theo thời gian.
Giá trị bắt buộc để phân tích tài chính cho các địa điểm ở Hoa Kỳ
Từ mỗi thực thể SolarPanelConfig trong phản hồi của API, bạn cần có hai giá trị để thực hiện việc phân tích tài chính cho thực thể đó:
panelsCount: Số lượng tấm pin mặt trời trong một lượt lắp đặt. Bạn sẽ sử dụng giá trị này khi tính toáninstallationSize.yearlyEnergyDcKwh: Năng lượng ánh sáng mặt trời mà một bố cục thu được trong suốt một năm, tính bằng DC kWh, cho mộtpanelsCountcụ thể. Bạn sử dụng giá trị này khi tính toán mức sản xuất AC năng lượng mặt trời hằng năm (initialAcKwhPerYear) trên mỗiinstallationSize.
Ngoài ra, bạn cần thu thập giá trị theo vị trí cụ thể cho các biến sau đây mà bạn sẽ sử dụng trong việc tính toán:
- billCostModel(): Mô hình để xác định chi phí (bằng nội tệ) do một hộ gia đình chi trả để sử dụng một số kWh nhất định. Mức phí tiện ích có thể thay đổi theo ngày hoặc theo giờ, tuỳ thuộc vào những yếu tố như nhu cầu, thời gian trong ngày và lượng điện tiêu thụ của hộ gia đình. Bạn có thể cần ước tính chi phí trung bình.
- costIncreaseFactor: API năng lượng mặt trời sử dụng 1.022 (2.2% mức tăng hằng năm) 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 tạo ra thành điện xoay chiều sử dụng trong một hộ gia đình. API năng lượng mặt trời sử dụng 85% cho các vị trí ở Hoa Kỳ.
- discountRate: API năng lượng mặt trời sử dụng 1.04 (4% mức tăng hằng năm) cho các địa điểm ở Hoa Kỳ.
- efficiencyDepreciationFactor (Hệ số giảm hiệu suất): Mức độ hiệu suất của tấm pin mặt trời giảm đi mỗi năm. API năng lượng mặt trời sử dụng 0,995 (mức giảm hằng năm là 0,5%) cho các địa điểm ở Hoa Kỳ.
- ưu đãi: Bao gồm mọi ưu đãi bằng tiền để lắp đặt tấm pin mặt trời do các cơ quan chính phủ tại khu vực của bạn cung cấp.
- installationCostModel(): Phương pháp ước tính chi phí
lắp đặt năng lượng mặt trời bằng nội tệ cho một
installationSizenhất định. Mô hình chi phí thường sẽ tính đến chi phí nhân công và vật liệu tại địa phương cho mộtinstallationSizenhất định. - installationLifeSpan: Tuổi thọ dự kiến của hệ thống năng lượng mặt trời được lắp đặt. API năng lượng mặt trời sử dụng 20 năm. Điều chỉnh giá trị này nếu cần cho khu vực của bạn.
- kWhConsumptionModel(): Mô hình dùng để xác định mức năng lượng mà một hộ gia đình tiêu thụ dựa trên hoá đơn hằng tháng. Nói một cách đơn giản nhất, bạn sẽ chia hoá đơn cho chi phí trung bình của một kWh tại địa điểm của hộ gia đình.
- monthlyBill: hoá đơn tiền điện trung bình hằng tháng của một hộ gia đình chủ thể.
- monthlyKWhEnergyConsumption: Đây là mức điện năng ước tính mà hộ gia đình tại một địa điểm cụ thể 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 phép tính cần thiết để đề xuất installationSize phù hợp nhất cho những vị trí không thuộc phạm vi API năng lượng mặt trời.
Cách hoạt động
Hoá đơn tiền điện trung bình hằng tháng là chìa khoá cho các phép tính còn lại.
Ban đầu, API năng lượng mặt trời dựa trên số tiền trên hoá đơn hằng tháng đã chọn sẵn để tính toán. Nếu cần, bạn có thể chọn một số tiền khác thể hiện chính xác hơn hoá đơn trung bình hằng tháng của mình.
Khi biết số tiền của hoá đơn hằng tháng và chi phí điện năng hiện tại ở một địa điểm nhất định, API năng lượng mặt trời có thể ước tính số kilowatt giờ (kWh) mà một hộ gia đình tiêu thụ mỗi tháng. Đối với chi phí điện năng hiện tại ở Hoa Kỳ và để xác định kWh từ hoá đơn hằng tháng, API năng lượng mặt trời tham chiếu đến cơ sở dữ liệu do Nghiên cứu về năng lượng sạch duy trì.
Dựa trên số kWh một hộ gia đình tiêu thụ, diện tích sử dụng của mái nhà và tiềm năng điện mặt trời tại vị trí của ngôi nhà, Solar API đánh giá một hoặc nhiều kích thước lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời và đề xuất kích thước tiết kiệm nhiều năng lượng nhất.
Kích thước của một tấm pin mặt trời được đo bằng giá trị kW tương ứng. Chỉ số kW phụ thuộc vào số lượng tấm pin mặt trời trong cấu hình và mức công suất (được đo bằng watt) của mỗi tấm pin.
Giá trị kW của một lượt lắp đặt không giống với mức năng lượng đầu ra của một lượt lắp đặt, được đo bằng kWh và có thể thay đổi. Sản lượng kWh của một lượt cài đặt phụ thuộc vào các yếu tố như:
- Thời gian trong ngày
- Thời tiết
- Hướng của bảng điều khiển hướng về phía mặt trời
- Mọi bóng đổ trên bảng điều khiển bởi các vật thể ở gần
- Tiềm năng điện mặt trời tại khu vực
- Thời gian lắp đặt
API năng lượng mặt trời bao gồm các yếu tố như tiềm năng điện mặt trời trong khu vực và thời gian lắp đặt trong số liệu ước tính về sản lượng năng lượng hằng năm cho một hệ thống lắp đặt điện mặt trời.
Để xác định diện tích có thể sử dụng của mái nhà và ước tính kích thước lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời mà hệ thống năng lượng mặt trời 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 đây giải thích cách API năng lượng mặt trời tính toán chi phí, tiết kiệm và kích thước của các hệ thống năng lượng mặt trời được lắp đặt cho một cấu trúc nhất định ở 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, vui lòng xem Định nghĩa về các thuật ngữ được dùng trong tính toán của chúng tôi.
Mức tiêu thụ năng lượng hộ gia đình hằng năm
Như đã đề cập trước đó, API năng lượng mặt trời xác định mức tiêu thụ điện hằng tháng dựa trên số tiền trên hoá đơn hằng tháng và chi phí điện năng ở nơi cư trú của một hộ gia đình. Sau khi xác định mức tiêu thụ điện hằng tháng của một hộ gia đình, chúng tôi tính mức tiêu thụ năng lượng hằng năm tính bằng KWh theo công thức sau:
annualKWhEnergyConsumption = monthlyKWhEnergyConsumption x 12
Mức tiêu thụ năng lượng của một hộ gia đình được giả định là không thay đổi so với cùng kỳ năm trước trong suốt thời gian lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời. API năng lượng mặt trời giả định tuổi thọ của một lượt lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời là 20 năm.
Sản lượng năng lượng mặt trời hằng năm
Solar API ước tính sản lượng năng lượng hằng năm của một hệ thống năng lượng mặt trời được lắp đặt 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 nhận được hằng năm.
Hệ thống năng lượng mặt trời tạo ra điện dòng điện trực tiếp (DC) và biến tần phải chuyển đổi thành điện xoay chiều (AC) trước khi bạn có thể sử dụng trong nhà. Một số điện bị thất thoát trong quá trình chuyển đổi và hiệu suất của bộ biến tần xác định mức thất thoát.
Hiệu quả của quá trình chuyển đổi được gọi là giảm tốc từ DC sang AC. Để bù đắp tổn thất này, API năng lượng mặt trời sẽ nhân sản lượng hằng năm của hệ thống năng lượng mặt trời với mức giảm từ 0,85 một chiều xuống AC. Kết quả là sản lượng điện xoay chiều sản xuất hằng năm, như thể hiện trong công thức sau:
initialAcKwhPerYear = yearlyEnergyDcKwh x 0.85
Mức năng lượng mà một lượt cài đặt tạo ra sẽ giảm khoảng 0,5% mỗi năm trong suốt vòng đời lắp đặt. Để tính đến điều này, sau năm đầu tiên, API năng lượng mặt trời sẽ nhân sản lượng điện xoay chiều hằng năm của một lượt lắp đặt với 99,5% hoặc 0, 995 mỗi năm trong thời gian ước tính là 20 năm lắp đặt. Điều này được minh hoạ trong bảng sau.
| Năm | Sản lượng năng lượng mặt trời hằng năm (kWh) |
|---|---|
| 1 | initialAcKwhPerYear |
| 2 | initialAcKwhPerYear x 0,995 |
| : | : |
| 20 | initialAcKwhPerYear x 0,99519 |
Vì hiệu suất của tấm pin mặt trời giảm theo tốc độ không đổi, nên về cơ bản, đây là một cấp số nhân, trong đó a = initialAcKWhPerYear và r = efficiencyDepreciationFactor. Chúng ta có thể sử dụng tổng hình học để tính LifetimeProductionAcKwh:
LifetimeProductionAcKwh = (dcToAcDerate * initialAcKwhPerYear * (1 - pow(efficiencyDepreciationFactor, installationLifeSpan)) / (1 - efficiencyDepreciationFactor))## Chi phí điện năng lượng mặt trời khi sử dụng năng lượng mặt trời Nếu quy mô lắp đặt bị giới hạn do kích thước mái nhà hoặc các yếu tố khác, thì 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 tiền điện cho mỗi năm, như thể hiện trong công thức sau:
annualKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear = annualUtilityEnergyRequired
Để tính đến chi phí này, API năng lượng mặt trời áp dụng mô hình chi phí hoá đơn cho lượng điện ước tính (tính bằng kWh) hộ gia đình sẽ cần từ một tiện ích trong suốt thời gian lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời. Công thức sau đây minh hoạ cách tính này:
annualUtilityBillEstimate = billCostModel(utilityEnergyRequired)
Để tính đến mức tăng chi phí điện hằng năm, chúng tôi áp dụng costIncreaseFactor là 2,2% hoặc 0, 22/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 4% cho mô hình của mình đối với các địa điểm ở Hoa Kỳ:
discountRate = 1 + 4% = 1.04
Bảng sau đây cho biết cách tính hoá đơn dịch vụ tiện ích mỗi năm trong suốt thời gian hoạt động của một hệ thống năng lượng mặt trời. remainingLifetimeUtilityBill là tổng tổng của các hoá đơn dịch vụ tiện ích cho mỗi 20 năm của toàn bộ thời gian hoạt động của hệ thống năng lượng mặt trời.
| Năm | Hoá đơn dịch vụ tiện ích hằng năm bằng 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 = annualUtilityBillYear2annualYear2 |
| : | : |
| 20 | billCostModel (yearlyKWhEnergyConsumption – initialAcKWhPerYear x 0,99519) x 1,02219 / 1,0419 = annualUtilityBillannualYear2 |
| Tổng | remainingLifetimeUtilityBill |
Chi phí điện khi không có năng lượng mặt trời
Để tính toán số tiền một hộ gia đình có thể tiết kiệm được nếu lắp đặt năng lượng mặt trời, chúng tôi cũng phải tính toán số tiền hộ gia đình có thể chi trả nếu không lắp đặt.
Một lần nữa, chúng ta lại phải tính đến chi phí điện và lạm phát gia tăng bằng cách áp dụng costIncreaseFactor 1,022 và costIncreaseFactor của 1,04 vào phép tính, như chúng tôi đã làm khi tính toán chi phí điện bằng năng lượng mặt trời.
Bảng sau đây cho biết cách tính hoá đơn dịch vụ tiện ích mỗi năm không có năng lượng mặt trời trong suốt thời gian lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời. costOfElectricityWithoutSolar là tổng của các hoá đơn dịch vụ tiện ích trong cùng khoảng thời gian 20 năm mà chúng ta đã dùng để trả chi phí điện năng bằng 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 của tất cả hoá đơn hằng năm, cũng có thể biểu thị bằng costOfElectricityWithoutSolar = 204,35 x costOfElectricityWithoutSolar |
Chi phí lắp đặt năng lượng mặt trời
API năng lượng mặt trời bao gồm chi phí cài đặt cấu hình năng lượng mặt trời được đề xuất trong số liệu ước tính mà API đó đưa ra. Để ước tính chi phí cài đặt, API năng lượng mặt trời sẽ sử dụng mô hình chi phí lắp đặt đã bản địa hoá và quy mô lắp đặt.
installationCost = InstallationCostModel (installationSize)
Chương trình khuyến khích
Các cơ quan chính phủ có thể đưa ra các chương trình khuyến khích để lắp đặt năng lượng mặt trời. Ưu đãi thường ở dạng tín dụng thuế. Tuỳ vào vị trí của hộ gia đình, API năng lượng mặt trời sẽ trừ mọi ưu đãi hiện đang dành cho hộ gia đình khỏi số liệu ước tính tổng chi phí.
Tổng chi phí lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời
API năng lượng mặt trời tính tổng chi phí trong 20 năm cho 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 cài 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.