חישוב העלויות והחיסכון של אנרגיה סולארית במיקומים מחוץ לארה"ב

בקטע הזה נסביר איך לבצע את החישובים שמאפשרים לקבוע את ההגדרה הטובה ביותר של אנרגיה סולארית לבית במדינות שאינן ארה"ב. כדי לחשב את ההמלצות, צריך ליצור מודל של העלויות של התקנת פאנלים סולאריים והחיסכון שהם מספקים, על סמך הנתונים בתגובה של Solar API.

למיקומים בארה"ב, Solar API מחזיר מופע של האובייקט FinancialAnalysis לכל גודל של חשבון חשמל במיקום הקלט. במקרים כאלה, המידע הזה משמש לקביעת החשבונית, צריכת האנרגיה ובסופו של דבר החיסכון שמשויך לכל גודל של מתקן אנרגיה סולארית.

במיקומים שאינם בארה"ב, תגובת ה-API לא כוללת את המופעים של FinancialAnalysis, כך שצריך לחשב בעצמכם את העלות והחיסכון של כל הגדרה של אנרגיה סולארית כדי שתוכלו להמליץ על ההגדרה הטובה ביותר. כדי לבצע את החישובים, צריך לאסוף נתונים ספציפיים למיקום ולפעול לפי ההנחיות במסמך הזה.

אתם יכולים לבסס את החישובים שלכם על החישובים שבהם Solar API משתמש למיקומים בארה"ב. הסבר על החישובים האלה זמין במאמר חישוב החיסכון בעלויות (בארה"ב).

הגדרות של לוחות סולאריים

במיקומים מחוץ לארה"ב, המידע על כל הגדרה של פאנל סולארי שנחוץ לניתוח הפיננסי זמין בשדה SolarPanelConfig. מספר המופעים של SolarPanelConfig שמוחזרים תלוי בגודל הגג של מיקום הקלט. כדי לבצע את החישובים, צריך את הערכים משני השדות הבאים:

• panelsCount: מספר החלוניות שבהן נעשה שימוש בתצורה הזו.
• yearlyEnergyDcKwh: כמות האנרגיה הסולארית, בקילוואט-שעה של חשמל ישר (DC), שהתצורה הזו מייצרת במהלך שנה, בהתאם לגודל הלוח שמוגדר בשדות הבאים באובייקט SolarPotential:
  • panelHeightMeters: גובה הלוח במטרים.
  • panelWidthMeters: רוחב הלוח במטרים.
  • panelCapacityWatts: דירוג הספק של הלוח בוולט.

בדוגמה הבאה מוצגת מופע אחד של האובייקט SolarPanelConfig בשדה solarPanelConfigs בתשובה לבקשה:

  "solarPanelConfigs": [
      {
        "panelsCount": 4,
        "yearlyEnergyDcKwh": 1709.2424,
        "roofSegmentSummaries": [
          {
            "pitchDegrees": 16.253168,
            "azimuthDegrees": 169.41516,
            "panelsCount": 4,
            "yearlyEnergyDcKwh": 1709.2424
          }
        ]
      }
  ]

במערכות סולאריות, הערך של installationSize מתייחס לפלט בקילוואט ולא לאזור או למספר הלוחות, והוא מוגדר באופן הבא:

installationSize = panelsCount * panelCapacityWatts/1000 kW

שינוי האומדנים של ייצור האנרגיה לדירוגים שונים של פאנלים

כדי לחשב את הערך yearlyEnergyDcKwh, ה-Solar API משתמש בדירוג ההספק בשדה panelCapacityWatts, שהוא כרגע 250W.

אם אתם צריכים להשתמש בדירוג הספק שונה של הפאנלים בחישובים, והמידות של הפאנלים דומות בערך לערכי השדות panelHeightMeters ו-panelWidthMeters, תוכלו לשנות את החישובים על ידי הכפלת הערך שה-API מחזיר בשדה yearlyEnergyDcKwh ביחס בין דירוג הספק לערך בשדה panelCapacityWatts.

לדוגמה, אם דירוג ההספק של הלוחות הוא 400W ו-panelCapacityWatts הוא 250W, מכפילים את הערך של yearlyEnergyDcKwh, שה-API חישב באמצעות panelCapacityWatts, בגורם 400/250, או 1.6. אם הספק של הפאנל הוא 200W, מכפילים את yearlyEnergyDcKwh ב-200/250, או ב-0.8.

ייצור עודף של אנרגיה

החישובים של Solar API לא כוללים את האנרגיה העודפת שעשויה להיווצר מהתקנה סולארית. למעשה, אם ה-Solar API מחזיר כמה מכונות SolarPanelConfig אפשריות לאותו בית, ה-Solar API לא מתייחס לתוצאות או לתצורות שמניבות יותר חשמל מהצריכה הממוצעת של משק בית בארה"ב ב-FinancialAnalysis.

עם זאת, יכולות להיות סיבות לכך שתרצו לכלול בהמלצות שלכם התקנות שמניבות עודף חשמל. לדוגמה, יכול להיות שתרצו לקזז את הירידה ההדרגתית ביעילות הפאנלים (efficiencyDepreciationFactor) על ידי הקצאת ייצור עודף בחלק הראשון של חיי ההתקנה. למידע נוסף, ראו ערכים נדרשים לניתוח פיננסי.

לא משנה מה הסיבה, אם אתם כוללים בחישוב שלכם מתקנים סולאריים שמפיקים חשמל עודף, חשוב לדעת שהחישובים שמפורטים כאן לא כוללים את התרחיש הזה.

ערכים נדרשים לניתוח פיננסי במיקומים שאינם בארה"ב

מכל מופע של SolarPanelConfig בתשובת ה-API, צריך שני ערכים כדי לבצע את הניתוח הפיננסי של המופע:

• panelsCount: מספר הלוחות הסולאריים בהתקנה. משתמשים בערך הזה לחישוב הערך של installationSize.
• yearlyEnergyDcKwh: כמות האנרגיה הסולארית שפריסת מסוימת קולטת במהלך שנה, בקילוואט-שעה של חשמל ישר (DC), בהתאם ל-panelsCount ספציפי. משתמשים בערך הזה כדי לחשב את כמות האנרגיה הסולארית שאפשר להשתמש בה כחשמל AC בבית (initialAcKwhPerYear) של כל installationSize, תוך התחשבות באובדן האנרגיה במהלך ההמרה מ-DC ל-AC.

בנוסף, צריך לאסוף ערכים ספציפיים למיקום של המשתנים הבאים, שבהם תשתמשו בחישובים:

• billCostModel(): המודל שלכם לקביעת העלות, במטבע המקומי, שמשלמת משפחה על שימוש במספר נתון של קילוואט-שעה. סכום החיוב על חשמל יכול להשתנות מיום ליום או משעה לשעה, בהתאם לגורמים כמו הביקוש, השעה ביום וכמות החשמל שהבית צורך. יכול להיות שתצטרכו להעריך עלות ממוצעת.
• costIncreaseFactor: הפקטור שבו עלות החשמל עולה מדי שנה. ב-Solar API נעשה שימוש ב-1.022 (עלייה שנתית של 2.2%) למיקומים בארה"ב. משנים את הערך הזה לפי הצורך באזור שלכם.
• dcToAcDerate: היעילות שבה הממיר ממיר את החשמל במתח ישר (DC) שנוצר על ידי הפאנלים הסולאריים לחשמל במתח חילופי (AC) שמשמש ביתי. ב-Solar API נעשה שימוש ב-85% מהמיקומים בארה"ב. משנים את הערך הזה לפי הצורך באזור שלכם.
• discountRate: ב-Solar API נעשה שימוש בערך 1.04 (עלייה שנתית של 4%) למיקומים בארה"ב. משנים את הערך הזה לפי הצורך באזור שלכם.
• efficiencyDepreciationFactor: מידת הירידה ביעילות של הפאנלים הסולאריים בכל שנה. ב-Solar API נעשה שימוש ב-0.995 (ירידה שנתית של 0.5%) למיקומים בארה"ב. משנים את הערך הזה לפי הצורך לאזור שלכם.
• תמריצים: יש לכלול תמריצים כספיים להתקנת לוחות סולאריים שמעניקות ישויות ממשלתיות באזור שלכם.
• installationCostModel(): השיטה שלכם להערכת העלות של התקנת אנרגיה סולארית במטבע המקומי עבור installationSize נתון. בדרך כלל, מודל העלות כולל את עלויות העבודה והחומרים המקומיים ל-installationSize נתון.
• installationLifeSpan: משך החיים הצפוי של ההתקנה הסולארית. ב-Solar API נעשה שימוש ב-20 שנים. משנים את הערך הזה לפי הצורך לאזור שלכם.
• kWhConsumptionModel(): המודל שלכם לקביעת כמות האנרגיה שמשפחה צורכת על סמך חשבון חודשי. בצורה הפשוטה ביותר, צריך לחלק את החיוב בעלות הממוצעת של קילוואט-שעה במיקום של הבית.
• monthlyBill: חשבון החשמל החודשי הממוצע של משק בית נבדק.
• monthlyKWhEnergyConsumption: אומדן של כמות החשמל הממוצעת שצרכה משפחה במיקום נתון בחודש, שנמדדת בקוט"ש.

בעזרת הערכים האלה והמידע שמסופק בתגובה מה-API, תוכלו לבצע את החישובים הנדרשים כדי להמליץ על הערך הטוב ביותר של installationSize למיקומים שלא מכוסים על ידי Solar API.

שלבי החישוב

השלבים הבאים מבוססים על המתודולוגיה של Solar API. יכול להיות שתצטרכו לשנות את השיטה שלכם בהתאם למידע שזמין לגבי המיקום שלכם.

1. מחשבים את צריכת האנרגיה השנתית של משק הבית במיקום הקלט:

   1. להעריך או לבקש את החיוב החודשי של הבית.
   2. מחשבים את הערך של monthlyKWhEnergyConsumption מהחשבון החודשי. (אם ידוע לכם מה הערך של monthlyKWhEnergyConsumption, אתם יכולים לדלג על השלב הזה). לדוגמה:

   monthlyKWhEnergyConsumption = kWhConsumptionModel(monthlyBill)

   1. כדי לחשב את annualKWhEnergyConsumption, מכפילים את monthlyKWhEnergyConsumption ב-12:

   annualKWhEnergyConsumption = monthlyKWhEnergyConsumption x 12

2. מקבלים את תגובת ה-API לאותו בית אב:

   https://solar.googleapis.com/v1/buildingInsights:findClosest?location.latitude=lat-number&location.longitude=long-number&key=yourAPIKey
   

   התשובה כוללת את כמות אור השמש שזמינה, את שטח הגג שזמין ואת אחת או יותר מההגדרות האפשריות של הפאנלים הסולאריים.

3. כדי לחשב את התפוקה השנתית של אנרגיית השמש בזרם חילופי (AC) של כל installationSize שה-API מציע, מכפילים את הערך yearlyEnergyDcKwh שסופק על ידי ה-API בכל מופע SolarPanelConfig בdcToAcDerate המקומי:

   initialAcKwhPerYear = yearlyEnergyDcKwh x dcToAcDerate

4. אפשר גם להסיר מהבדיקה כל מכונה של SolarPanelConfig שמפיקה יותר חשמל ממה שהבית צורך מדי שנה (initialAcKwhPerYear > annualKWhEnergyConsumption).

5. מחשבים את הפקת האנרגיה הסולארית בכל משך החיים (LifetimeProductionAcKwh) של כל installationSize שהוחזר:

   1. בכל שנה במהלך משך החיים של התקנת האנרגיה הסולארית, מחשבים את כמות החשמל שההתקנה תפיק מדי שנה, ומחילים את הערך של efficiencyDepreciationFactor באופן מעריכי על כל שנה אחרי השנה הראשונה.
   2. מוסיפים את הסכומים הכוללים של כל השנים.

   בטבלה הבאה מוצגת דוגמה לחישוב של ייצור האנרגיה במהלך כל משך החיים, בהנחה ש-installationLifeSpan הוא 20 שנה. כל שורה מייצגת שנה של ייצור. אחרי השנה הראשונה, הירידה ביעילות חלה באופן מעריכי. בסיום, הסכום של כל השורות הוא ההפקה הכוללת של האנרגיה במהלך חיי המערכת הסולארית.

   שנה	ייצור אנרגיה סולארית שנתי (קוט"ש)
   1	initialAcKwhPerYear
   2	+ initialAcKwhPerYear x efficiencyDepreciationFactor
   :	:
   20	+ initialAcKwhPerYear x efficiencyDepreciationFactor19
   סה"כ	LifetimeProductionAcKwh

מכיוון שהיעילות של לוחות סולאריים פוחתת בקצב קבוע, היא למעשה סדרה גיאומטרית שבה a = initialAcKwhPerYear ו-r = efficiencyDepreciationFactor. אפשר להשתמש בסכום גיאומטרי כדי לחשב את הערך של LifetimeProductionAcKwh:

LifetimeProductionAcKwh = (dcToAcDerate * initialAcKwhPerYear * (1 - pow(efficiencyDepreciationFactor, installationLifeSpan)) / (1 - efficiencyDepreciationFactor))

הקוד הבא ב-Python מחשב את הסכום הגיאומטרי שלמעלה:

def LifetimeProductionAcKwh(
    dcToAcDerate,
    yearlyEnergyDcKwh,
    efficiencyDepreciationFactor,
    installationLifeSpan):
  return (
    dcToAcDerate *
    yearlyEnergyDcKwh *
    (1 - pow(
      efficiencyDepreciationFactor,
      installationLifeSpan)) /
    (1 - efficiencyDepreciationFactor))

1. לכל installationSize שהוחזר, מחשבים את עלות צריכת האנרגיה במהלך כל מחזור החיים אם ה-installationSize מותקן:

   1. בכל שנה במהלך משך החיים של המערכת הסולארית, מחשבים את עלות החשמל שהבית יצטרך לרכוש מדי שנה כדי לכסות את צריכת האנרגיה שלא תכסה על ידי האנרגיה הסולארית. משתמשים בערכים של annualKWhEnergyConsumption ו-initialAcKwhPerYear שחושבו קודם. בכל שנה אחרי השנה הראשונה, מחילים על הערכים את הערכים של efficiencyDepreciationFactor,‏ costIncreaseFactor ו-discountRate.
   2. מוסיפים את הסכומים הכוללים של כל השנים.

   בטבלה הבאה מוצגת דוגמה לחישוב עלות החשמל לכל משך החיים. כל שורה מייצגת את עלות החשמל לשנה במהלך חיי המערכת הסולארית. אחרי השנה הראשונה, גם עלות החשמל המוגברת וגם שיעור ההנחה חלים באופן מעריכי. לסיום, הסכום של כל השורות הוא עלות החשמל לכל משך החיים עם ההתקנה הסולארית.

   שנה	חיוב שנתי על שירותי החשמל והמים בערך הנוכחי של המטבע המקומי (USD) (annualUtilityBillEstimate)
   1	annualUtilityBillEstimateYear1 = billCostModel (yearlyKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear)
   2	annualUtilityBillEstimateYear2 = billCostModel (yearlyKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear x efficiencyDepreciationFactor) x costIncreaseFactor / discountRate
   :	:
   20	annualUtilityBillEstimateYear20 = billCostModel (yearlyKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear x efficiencyDepreciationFactor19) x costIncreaseFactor19 / discountRate19
   סה"כ	remainingLifetimeUtilityBill

הקוד הבא ב-Python מחזיר מערך של annualUtilityBillEstimate לכל שנה ב-installationLifeSpan:

def annualUtilityBillEstimate(
    yearlyKWhEnergyConsumption,
    initialAcKwhPerYear,
    efficiencyDepreciationFactor,
    year,
    costIncreaseFactor,
    discountRate):
  return (
    billCostModel(
      yearlyKWhEnergyConsumption -
      annualProduction(
        initialAcKwhPerYear,
        efficiencyDepreciationFactor,
        year)) *
    pow(costIncreaseFactor, year) /
    pow(discountRate, year))

def lifetimeUtilityBill(
    yearlyKWhEnergyConsumption,
    initialAcKwhPerYear,
    efficiencyDepreciationFactor,
    installationLifeSpan,
    costIncreaseFactor,
    discountRate):
  bill = [0] * installationLifeSpan
  for year in range(installationLifeSpan):
    bill[year] = annualUtilityBillEstimate(
      yearlyKWhEnergyConsumption,
      initialAcKwhPerYear,
      efficiencyDepreciationFactor,
      year,
      costIncreaseFactor,
      discountRate)
  return bill

1. חישוב עלות החשמל לכל משך החיים אם לא מתקינים מערכת סולארית:

   1. בכל שנה במהלך משך החיים של המערכת הסולארית, מחשבים את עלות החשמל שהבית יצטרך לרכוש מדי שנה אם לא תהיה התקנה של אנרגיה סולארית. משתמשים בערך של monthlyBill. בכל שנה אחרי השנה הראשונה, מחילים את הערכים של costIncreaseFactor ו-discountRate על monthlyBill.
   2. מוסיפים את הסכומים הכוללים של כל השנים.

   בטבלה הבאה מופיעה דוגמה לחישוב עלות החשמל לכל משך החיים ללא אנרגיה סולארית. כל שורה מייצגת את עלות החשמל לשנה במהלך אותו מספר שנים שמשך החיים של התקנה סולארית. אחרי השנה הראשונה, גם עלות החשמל המוגברת וגם שיעור ההנחה חלים באופן מעריכי. לבסוף, הסכום של כל השורות הוא העלות של חשמל לכל משך החיים ללא התקנה של אנרגיה סולארית.

   שנה	החיוב השנתי על שירותי החשמל והמים במטבע המקומי הנוכחי
   1	annualBill = monthlyBill x 12
   2	annualBill = monthlyBill x 12 x costIncreaseFactor / discountRate
   :	:
   20	annualBill = monthlyBill x 12 x costIncreaseFactor19 / discountRate19
   סה"כ	costOfElectricityWithoutSolar

הקוד הבא מבצע את החישוב שלמעלה:

lifetimeBill = (
    monthlyBill * 12 *
    (1 - pow(costIncreaseFactor / discountRate, installationLifeSpan)) /
    (1 - costIncreaseFactor / discountRate))

1. לכל גודל התקנה, מחשבים את עלות ההתקנה:

   installationCost = localInstallationCostModel(installationSize)

2. מחשבים את כל ההטבות הכספיות שזמינות במיקום הבית.

3. לכל גודל התקנה, מחשבים את העלויות הכוללות שמשויכות להתקנת אנרגיה סולארית:

   totalCostWithSolar = installationCost + remainingLifetimeUtilityBill - incentives

4. לכל גודל התקנה, מחשבים את החיסכון הכולל שמשויך להתקנת אנרגיה סולארית:

   savings = costOfElectricityWithoutSolar - totalCostWithSolar

5. בוחרים את גודל ההתקנה שמניב את החיסכון הגדול ביותר.

בסיום החישובים

על סמך המידע שתספקו, המידע שמוחזר על ידי Solar API והחישובים שלמעלה, תוכלו להמליץ על גדלים של מתקנים סולאריים שיספק חיסכון מקסימלי בעלויות למשקי בית באזור שלכם.

בהמלצות שאתם מספקים למשתמש הקצה, תוכלו לכלול גם את המידע הבא שמוחזר על ידי ה-API באובייקט SolarPotential בשדה solarPotential:

• כמות אור השמש שניתן לנצל ליצירת אנרגיה סולארית שמגיעה לבית מדי שנה, והיא מוחזר בשדה maxSunshineHoursPerYear באובייקט SolarPotential.
• מספר הרגל הרבועות של הגג שאפשר להשתמש בהן להתקנה של אנרגיה סולארית, שמוחזר בשדה wholeRoofStats של האובייקט SolarPotential.
• חשבון החשמל החודשי הממוצע של הבית.