本文档介绍了 Solar API 如何计算用于推荐安装太阳能板以及估算美国地址的费用和节省费用的各种值。
如果您输入位于美国覆盖区域的住宅地址，Solar API 会向您显示以下估算值：
- 住宅每年接收的日照量
- 屋顶安装太阳能装置的空间有多大
- 在太阳能系统的 20 年使用寿命内，住宅预计可节省多少美元
- 您所在地区住宅的平均每月电费（您可以根据自己的住宅进行调整）
- 住宅太阳能系统的推荐尺寸（以千瓦 [kW] 为单位）
虽然 Solar API 会为其拥有数据的任何建筑结构提供估算值，但其提供的估算值最适合住宅或小型商业建筑结构。Solar API 会推荐安装太阳能装置的大小，以最大限度地节省费用，同时确保一年内产生的电量不超过住宅的用电量。Solar API 不会计算与过剩能量生产相关的值。
建议的安装规模受年度能源消耗所限，原因有很多，但主要原因是美国家庭目前从过剩的能源生产中获得的经济利益很少或没有。在美国采用净计量的地区，因产生过剩电量而获得的抵用金通常会随着时间的推移而失效。
美国境内营业地点的财务分析所需的值
在 API 响应的每个 SolarPanelConfig 实例中，您需要两个值才能对该实例执行财务分析：
panelsCount：安装的太阳能板数量。您可以在计算installationSize时使用此值。yearlyEnergyDcKwh：在给定特定panelsCount的情况下，布局在一年中捕获的阳光能量（以直流千瓦时为单位）。您可以在计算每个installationSize的年太阳能交流发电量 (initialAcKwhPerYear) 时使用此值。
此外，您还需要收集将在计算中使用的以下变量的特定于位置的值：
- billCostModel()：用于确定家庭因使用给定数量的千瓦时而支付的费用（以本地货币为单位）的模型。公用事业公司收取的电费可能会因天或因小时而异，具体取决于需求、时段和家庭用电量等因素。您可能需要估算平均费用。
- costIncreaseFactor：Solar API 针对美国境内的位置使用 1.022（每年上调 2.2%）。
- dcToAcDerate：逆变器将太阳能板产生的直流电转换为家庭使用的交流电的效率。Solar API 针对美国境内的地理位置使用 85% 的比例。
- discountRate：Solar API 针对美国境内的位置使用 1.04（每年增长 4%）。
- efficiencyDepreciationFactor：太阳能板每年的效率下降幅度。Solar API 针对美国境内的地理位置使用 0.995（每年减少 0.5%）。
- 奖励：请列出您所在地区政府实体为安装太阳能板提供的所有金钱奖励。
- installationCostModel()：您用于估算给定
installationSize的本地货币安装太阳能系统费用的方法。成本模型通常会考虑给定installationSize的当地劳动力和材料费用。 - installationLifeSpan：太阳能装置的预期使用寿命。 Solar API 使用 20 年。根据您所在地区的需要调整此值。
- kWhConsumptionModel()：您用于根据每月账单确定家庭用电量的模型。最简单的方法是，将账单金额除以住宅所在位置的每千瓦时平均费用。
- monthlyBill：被调查家庭的平均每月电费。
- monthlyKWhEnergyConsumption：给定地点的家庭在一个月内消耗的电量的估算值，以千瓦时为单位。
有了这些值和 API 响应提供的信息，您就可以执行必要的计算，为 Solar API 未涵盖的位置推荐最佳 installationSize。
工作原理
平均每月电费是计算其余部分的关键。
Solar API 最初会根据预选的每月账单金额进行计算。如果需要，您可以选择其他金额，以更准确地反映您自己的平均月账单金额。
知道给定地点的月度账单金额和电费后，Solar API 可以估算一户家庭每月消耗的电量（千瓦时 [kWh]）。如需了解美国各地的电费，以及根据月度账单确定千瓦时数，Solar API 会引用 Clean Power Research 维护的数据库。
Solar API 会根据一户家庭的用电量、住宅屋顶的可用面积以及住宅所在位置的太阳能板发电潜力，评估一个或多个可能的太阳能装置安装规模，并推荐可节省最多费用的规模。
太阳能电池板安装规模的衡量标准是其额定功率 (kW)。kW 额定功率取决于配置中的太阳能电池板数量以及每个电池板的额定功率（以瓦为单位）。
安装设备的 kW 额定功率不同于安装设备的能量输出，后者以 kWh 为单位，并且可变。安装的千瓦时输出取决于以下因素：
- 当前时段
- 天气
- 板块朝向太阳的方向
- 附近物体投射在面板上的任何阴影
- 区域太阳能发电潜力
- 安装年份
Solar API 在估算太阳能装置的全年发电量时，会考虑地区太阳能发电潜力和装置年龄等因素。
为了确定屋顶的可用面积并估算其可支持的太阳能装置规模，Solar API 会使用航拍图像和先进的 3D 建模技术。
值和计算方法的详细说明
以下部分介绍了 Solar API 如何计算美国境内给定结构的太阳能安装费用、节省金额和大小。
计算说明中使用术语来表示计算中的值。如需了解这些术语的说明，请参阅计算中使用的术语的定义。
家庭年度能耗
如前所述，Solar API 会根据每月账单金额和住宅所在地的用电费，确定每月的用电量。确定家庭的每月用电量后，我们会使用以下公式计算每年的用电量（以千瓦时为单位）：
annualKWhEnergyConsumption = monthlyKWhEnergyConsumption x 12
假设一户家庭的能源消耗在太阳能装置的整个生命周期内保持不变。Solar API 假定太阳能装置的使用寿命为 20 年。
年度太阳能发电量
Solar API 会考虑阳光强度、阳光角度以及某个区域每年的可利用日照小时数等因素，估算太阳能装置的年发电量。
太阳能装置产生的是直流 (DC) 电力，必须先由逆变器转换为交流 (AC) 电力，然后才能在家中使用。在转换过程中会损失一些电力，而逆变器的效率决定了损失的程度。
转换过程的效率称为直流到交流转换率。为了考虑损失，Solar API 会将太阳能装置的年产量乘以 0.85（直流到交流降额）。结果是交流电的年产量，如以下公式所示：
initialAcKwhPerYear = yearlyEnergyDcKwh x 0.85
在安装装置的整个生命周期内，其发电量每年会下降约 0.5%。为此，在第一年之后，Solar API 会在安装设备的预计 20 年生命周期内，每年将安装设备的交流电年输出乘以 99.5%（即 0.995）。下表对此进行了说明。
| 年 | 每年太阳能发电量（千瓦时） |
|---|---|
| 1 | initialAcKwhPerYear |
| 2 | initialAcKwhPerYear x 0.995 |
| : | : |
| 20 | initialAcKwhPerYear x 0.99519 |
由于太阳能板的效率会以恒定的速率衰减，因此本质上是一个几何级数，其中 a = initialAcKwhPerYear 且 r = efficiencyDepreciationFactor。我们可以使用几何级数来计算 LifetimeProductionAcKwh：
LifetimeProductionAcKwh = (dcToAcDerate * initialAcKwhPerYear * (1 - pow(efficiencyDepreciationFactor, installationLifeSpan)) / (1 - efficiencyDepreciationFactor))
太阳能发电的费用
如果安装规模受屋顶面积或其他因素的限制，太阳能装置产生的电量可能会低于家庭用电量。在这些情况下，家庭每年可能需要支付一定量的电费，如下公式所示：
annualKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear = annualUtilityEnergyRequired
为了考虑此费用，Solar API 会将账单费用模型应用于家庭在太阳能装置使用寿命内需要从公用事业公司购买的预计电量（以千瓦时为单位）。下方公式演示了此计算：
annualUtilityBillEstimate = billCostModel(utilityEnergyRequired)
为了考虑电费每年上涨的情况，我们为美国境内的地理位置应用了每年 2.2%（即 0.22）的 costIncreaseFactor：
costIncreaseFactor = 1 + 2.2% = 1.022
由于通货膨胀，我们在估算未来费用时必须对币种价值进行折扣。为此，我们会对美国境内的营业地点应用 4% 的折扣率：
discountRate = 1 + 4% = 1.04
下表显示了在太阳能装置的整个生命周期内，每年的公共事业缴费是如何计算的。remainingLifetimeUtilityBill 是指太阳能装置生命周期 20 年内每年的公共事业缴费总和。
| 年 | 当前本地货币价值的年度公共事业缴费金额 (USD) (annualUtilityBillEstimate) |
|---|---|
| 1 | billCostModel (yearlyKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear) = annualUtilityBillEstimateYear1 |
| 2 | billCostModel (yearlyKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear x 0.995) x 1.022 / 1.04 = annualUtilityBillEstimateYear2 |
| : | : |
| 20 | billCostModel (yearlyKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear x 0.99519) x 1.02219 / 1.0419 = annualUtilityBillEstimateYear2 |
| 总计 | remainingLifetimeUtilityBill = annualUtilityBillEstimateYear1 + annualUtilityBillEstimateYear2 + …. + annualUtilityBillEstimateYear20 |
不使用太阳能时的电费
为了计算安装太阳能后家庭可能会节省多少钱，我们还需要计算不安装太阳能后家庭可能会支付多少钱。
我们再次需要考虑电费上涨和通货膨胀，方法是将 costIncreaseFactor（费用增加系数）1.022 和 discountRate（折扣率）1.04 应用于计算，就像在计算太阳能发电费用时所做的那样。
下表显示了在太阳能装置的整个生命周期内，未安装太阳能时每年的电费是如何计算的。costOfElectricityWithoutSolar 是指在我们计算太阳能发电费用时所用的那 20 年内缴纳的公用事业费用的总和。
| 年 | 每年的水电煤气等费用账单（美元） |
|---|---|
| 1 | monthlyBill x 12 |
| 2 | monthlyBill x 12 x 1.022 / 1.04 |
| : | : |
| 20 | monthlyBill x 12 x 1.02219 / 1.0419 |
| 总计 | 所有年度账单的总和，也可以表示为 costOfElectricityWithoutSolar = 204.35 x monthlyBill |
安装太阳能装置的费用
Solar API 在其提供的估算中包含安装建议的太阳能配置的费用。为了估算安装费用，Solar API 会使用本地化安装费用模型和安装规模。
installationCost = InstallationCostModel (installationSize)
奖励
政府实体可能会针对安装太阳能设备提供补贴。这些激励措施通常以税收抵免的形式提供。Solar API 会根据住宅所在的位置，从总费用估算值中扣除住宅目前可享受的所有激励措施。
太阳能装置的总费用
Solar API 使用以下公式计算太阳能配置的 20 年总费用：
totalCostWithSolar = installationCost + remainingLifetimeUtilityBill - incentives
节省总额
Solar API 使用以下公式计算家庭的节省费用：
savings = costOfElectricityWithoutSolar - totalCostWithSolar
Solar API 会针对每种可能的安装规模执行上述计算，然后推荐可为家庭带来最大节省的安装规模。系统会随建议一起返回预计节省金额。