本文档介绍了 Solar API 如何计算用于推荐太阳能电池板安装方案以及估算美国地址的费用和节省费用的各种值。
如果您输入美国境内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
- 屋顶可用于安装太阳能装置的空间大小
- 住宅在太阳能系统 20 年的生命周期内预计可节省多少费用（以美元计）
- 您所在地区住宅的平均每月电费，您可以根据自家住宅的情况进行调整
- 住宅太阳能系统的建议发电量（以千瓦 [kW] 为单位）
虽然 Solar API 可针对其拥有数据的任何结构提供估算值，但其提供的估算值最适合住宅或小型商业结构。Solar API 建议的太阳能装置规模可最大限度地节省费用，同时确保年发电量不会超过家庭的年耗电量。Solar API 不会计算与过剩能源生产量相关的值。
建议的装机容量之所以受限于年度能耗，原因有很多，但主要是因为美国家庭目前从过剩的能源生产中获得的经济效益很少或根本没有。在美国实行净计量的地区，从过剩能源生产中获得的积分通常会随着时间的推移而失效。
美国境内位置的财务分析所需的值
在 API 响应中，您需要从每个 SolarPanelConfig 实例中获取两个值，才能对该实例执行财务分析：
panelsCount：安装中的太阳能电池板数量。您可以在计算installationSize时使用此值。yearlyEnergyDcKwh：在给定特定panelsCount的情况下，布局在一年内捕获的太阳能（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，您还需要收集以下变量的位置特定值，以便在计算中使用：
- billCostModel()：用于确定家庭使用给定数量的千瓦时所支付的费用（以当地货币表示）的模型。公用事业公司收取的电费可能会因需求、时段和家庭耗电量等因素而异，每天或每小时都有可能不同。您可能需要估算平均费用。
- costIncreaseFactor：对于美国境内的位置，Solar API 使用 1.022（每年增加 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 对美国境内的位置使用 85%。
- discountRate：Solar API 针对美国境内的位置使用 1.04（年增长率为 4%）。
- efficiencyDepreciationFactor：太阳能电池板每年效率下降的百分比。对于美国境内的位置，Solar API 使用 0.995（每年减少 0.5%）。
- 补贴：包括您所在区域的政府实体提供的任何安装太阳能板的金钱补贴。
- installationCostModel()：用于估算给定
installationSize的太阳能安装成本（以当地货币表示）的方法。费用模型通常会考虑给定installationSize的当地人工和材料成本。 - installationLifeSpan: 太阳能装置的预期使用寿命。 Solar API 使用 20 年。请根据您所在区域的需要调整此值。
- kWhConsumptionModel()：用于根据月度账单确定家庭能耗的模型。最简单的方法是将账单金额除以家庭所在位置的每千瓦时平均费用。
- monthlyBill：调查对象的家庭的平均每月电费。
- monthlyKWhEnergyConsumption：指定位置的家庭每月消耗的平均电量（以千瓦时为单位）的估计值。
有了这些值以及 API 响应提供的信息，您就可以执行必要的计算，从而为 Solar API 未覆盖的地点推荐最佳 installationSize。
运作方式
平均每月电费是其余计算的关键。
Solar API 最初会根据预先选择的每月账单金额进行计算。如果需要，您可以选择更准确反映您自己平均每月账单金额的其他金额。
在知道每月账单金额和给定位置的当前电费后，Solar API 可以估算家庭每月消耗的千瓦时 (kWh) 电量。为了解美国各地的当前电费，并根据月度账单确定千瓦时数，Solar API 会参考由 Clean Power Research 维护的数据库。
Solar API 会根据家庭的耗电量（以千瓦时为单位）、住宅屋顶的可用面积以及住宅所在位置的太阳能发电潜力，评估一种或多种可能的太阳能装置尺寸，并推荐可节省最多费用的尺寸。
太阳能装置的规模以其千瓦 (kW) 额定值来衡量。千瓦额定值取决于配置中的太阳能板数量以及每个太阳能板的功率额定值（以瓦为单位）。
装置的千瓦额定值与装置的能量输出（以千瓦时为单位，可变）不同。安装的千瓦时输出取决于以下因素：
- 当前时段
- 天气
- 面板相对于太阳的方向
- 附近物体在面板上投下的任何阴影
- 区域太阳能发电潜力
- 安装时间
Solar API 在估算太阳能装置的年发电量时会考虑区域太阳能潜力和装置使用年限等因素。
为了确定屋顶的可用面积并估算其可支持的太阳能装置发电量，Solar API 会使用航拍图像和先进的 3D 建模技术。
值和计算的详细说明
以下部分介绍了 Solar API 如何计算美国境内指定建筑物的太阳能装置的成本、节省的费用和规模。
计算说明使用术语来表示计算中的值。如需了解相关术语，请参阅“计算中使用的术语的定义”。
家庭年能耗
如前所述，Solar API 会根据家庭的月度电费金额和所在地区的电费来确定月度用电量。确定家庭的月度用电量后，我们使用以下公式计算年度能耗（以千瓦时为单位）：
annualKWhEnergyConsumption = monthlyKWhEnergyConsumption x 12
假设家庭的能源消耗量在太阳能装置的整个使用寿命期间每年都保持不变。Solar API 假设太阳能装置的使用寿命为 20 年。
年太阳能发电量
Solar API 会考虑阳光强度、阳光角度以及某个地区每年可利用的日照时数等因素，估算太阳能装置的年发电量。
太阳能装置会产生直流 (DC) 电，必须通过逆变器将其转换为交流 (AC) 电，然后才能在住宅中使用。在转换过程中，部分电能会损耗，而逆变器的效率决定了损耗量。
转化过程的效率称为 DC 到 AC 的降额。为了考虑这种损失，Solar API 会将太阳能装置的年输出量乘以 0.85 的直流到交流降额系数。结果是交流电的年发电量，如以下公式所示：
initialAcKwhPerYear = yearlyEnergyDcKwh x 0.85
在安装装置的整个使用寿命期间，其发电量每年会下降约 0.5%。为了考虑到这一点，在第一年之后，Solar API 会在安装的估计 20 年使用寿命内，每年将安装的年度交流输出乘以 99.5%（即 0.995）。下表对此进行了说明。
| 年 | 年太阳能发电量（千瓦时） |
|---|---|
| 1 | initialAcKwhPerYear |
| 2 | initialAcKwhPerYear x 0.995 |
| : | : |
| 20 | initialAcKwhPerYear x 0.99519 |
由于太阳能电池板的效率以恒定速率衰减，因此它本质上是一个几何级数，其中 a = initialAcKwhPerYear，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))使用太阳能发电的电费
如果安装规模受到屋顶大小或其他因素的限制，太阳能装置的发电量可能低于家庭用电量。在这种情况下，家庭可能每年都需要向公用事业公司支付一定金额的电费，如以下公式所示：
annualKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear = annualUtilityEnergyRequired
为了考虑这笔费用，Solar API 会对家庭在太阳能装置的整个使用寿命期间需要从公用事业公司购买的估计电量（以千瓦时为单位）应用账单费用模型。以下公式展示了此计算：
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，我们必须在未来费用估算中对货币价值进行贴现。为考虑这一点，我们为美国境内的营业地点在模型中应用了 4% 的折扣率：
discountRate = 1 + 4% = 1.04
下表显示了在太阳能装置的整个使用寿命期间，每年电费的计算方式。remainingLifetimeUtilityBill 是太阳能装置 20 年使用寿命期间每年水电费的总和。
| 年 | 以当前本地货币价值（美元）表示的年度水电费账单金额 (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 |
未安装太阳能板时的电费
为了计算家庭安装太阳能板后可能节省的费用，我们还必须计算家庭不安装太阳能板时可能支付的费用。
与计算太阳能发电电费时一样，我们必须通过应用 1.022 的 costIncreaseFactor 和 1.04 的 discountRate 来考虑不断上涨的电费和通货膨胀。
下表显示了在太阳能装置的整个使用寿命期间，每年不使用太阳能的电费是如何计算的。costOfElectricityWithoutSolar 是在与含太阳能发电的电费相同的 20 年时间段内，公用事业账单的总和。
| 年 | 每年水电煤气等费用缴费单（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 |
安装太阳能的费用
Solar API 在其提供的估算值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
政府实体可能会为安装太阳能提供激励措施。激励措施通常以税收抵免的形式提供。根据家庭的地理位置，Solar API 会从总费用估算值中减去该家庭目前可享受的任何激励措施。
安装太阳能装置后的总费用
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节省的费用：
savings = costOfElectricityWithoutSolar - totalCostWithSolar
Solar API 会针对每种可能的安装规模执行上述计算，然后推荐可为住户节省最多费用的安装规模。建议中会返回估计的节省金额。