本文說明 Solar API 如何計算各種值，以便建議安裝太陽能板，以及估算美國地址的成本和節省費用。
如果您輸入美國境內涵蓋地區的住家地址，Solar API 會顯示下列預估值：
- 住家每年接收的日照量
- 屋頂可安裝太陽能裝置的空間大小
- 住家在太陽能系統 20 年的生命週期內，預計可節省多少美元
- 您所在區域的住家每月平均電費，您可以根據自家情況調整
- 建議的太陽能系統發電量 (以千瓦為單位)
雖然 Solar API 可為任何有資料的建築物提供預估值，但最適合住宅或小型商業建築。Solar API 會建議太陽能裝置尺寸，盡可能節省電費，同時確保年發電量不會超過住家用電量。Solar API 不會計算與過剩能源生產相關的值。
建議的安裝規模會受到年度能源消耗量限制，原因有很多，但主要是因為美國家庭目前從過多的能源生產中獲得的經濟效益很少或沒有。在實施淨計量的美國地區，因生產過剩能源而獲得的抵免額通常會過期。
美國境內地點的財務分析必要值
在 API 回應中，您需要從每個 SolarPanelConfig 執行個體取得兩個值，才能對該執行個體執行財務分析：
panelsCount：裝置中的太陽能板數量。您會在計算installationSize時使用這個值。yearlyEnergyDcKwh：特定panelsCount的配置在一年內可擷取的日照能量，以直流電千瓦時為單位。您會在計算每個installationSize的年度太陽能交流電發電量 (initialAcKwhPerYear) 時使用這個值。
此外，您還需要收集下列變數的特定位置值，以用於計算：
- billCostModel()：用來判斷住戶使用特定度數的電量時，應支付的當地貨幣金額。電力公司收取的電費可能會因需求、時段和住家用電量等因素而異。您可能需要估算平均費用。
- costIncreaseFactor：Solar API 會為美國境內地點使用 1.022 (每年調漲 2.2%)。
- dcToAcDerate：變流器將太陽能板產生的直流電轉換為家用交流電的效率。Solar API 在美國境內使用 85% 的資料。
- discountRate：Solar API 在美國境內使用 1.04 (每年增加 4%)。
- efficiencyDepreciationFactor：太陽能板每年效率的衰退程度。Solar API 會為美國境內位置使用 0.995 (每年減少 0.5%)。
- 獎勵：納入您所在地區政府機構提供的太陽能板安裝現金獎勵。
- installationCostModel()：這個方法用於估算特定
installationSize的太陽能安裝費用 (以當地幣別計價)。成本模式通常會計入特定installationSize的當地勞工和材料成本。 - installationLifeSpan：太陽能裝置的預期壽命。 Solar API 使用 20 年。請視需要調整所在區域的這項值。
- kWhConsumptionModel()：這個模型會根據月結單，判斷住家消耗的能源量。最簡單的計算方式是將帳單金額除以住家所在位置的每度電平均費用。
- monthlyBill：目標住家的每月平均電費。
- monthlyKWhEnergyConsumption：特定地點的住家每月平均用電量預估值，以千瓦時為單位。
有了這些值和 API 回應提供的資訊，您就能執行必要計算，為 Solar API 未涵蓋的地點建議最佳 installationSize。
運作方式
每月平均電費是後續計算的關鍵。
Solar API 最初會根據預選的每月帳單金額進行計算。如有需要，可以選取其他金額，更準確地反映自己的每月平均帳單。
只要知道每月帳單金額和特定地點的目前電費，Solar API 就能估算住家每月用電量 (以千瓦時為單位)。如要瞭解美國目前的電費，以及根據月結單判斷用電量 (以 kWh 為單位)，Solar API 會參考 Clean Power Research 維護的資料庫。
太陽能 API 會根據住家的用電量 (以 kWh 為單位)、屋頂可用面積和太陽能發電潛能，評估一或多個可能的太陽能裝置大小，並建議最能節省費用的裝置大小。
太陽能裝置的發電量以千瓦 (kW) 為單位。千瓦額定值取決於設定中的太陽能板數量，以及每塊太陽能板的功率額定值 (以瓦為單位)。
裝設的千瓦額定值與裝設的能源輸出量不同，後者以千瓦時 (kWh) 為單位，且會有所變動。裝置的 kWh 輸出量取決於下列因素：
- 時段
- 天氣
- 太陽能板面向太陽的方向
- 附近物體在面板上投下的陰影
- 區域太陽能發電潛力
- 安裝時間
Solar API 在估算太陽能裝置的年發電量時，會納入區域太陽能發電潛力和裝置年齡等因素。
為判斷屋頂可用面積並估算可支援的太陽能裝置尺寸，Solar API 會使用空拍圖和進階 3D 模型。
值和計算方式的詳細說明
以下各節說明 Solar API 如何計算美國境內特定建築物的太陽能裝置費用、節省金額和大小。
計算說明會使用字詞代表計算中的值。如需用語說明，請參閱「計算中使用的用語定義」。
家庭年能源消耗量
如前所述，Solar API 會根據每月帳單金額和住家所在地的電費，判斷每月用電量。決定住家的每月用電量後，我們會使用下列公式計算每年用電量 (以千瓦時為單位)：
annualKWhEnergyConsumption = monthlyKWhEnergyConsumption x 12
假設家庭用電量在太陽能裝置的生命週期內每年都維持不變。Solar API 假設太陽能裝置的壽命為 20 年。
年太陽能發電量
Solar API 會考量日照強度、日照角度，以及某個地區每年可利用的日照時數等因素，估算太陽能裝置的年發電量。
太陽能裝置會產生直流電 (DC)，必須先透過變流器轉換為交流電 (AC)，才能在家中使用。轉換過程中會損失部分電力，而逆變器的效率決定了損失量。
轉換程序的效率稱為 DC 至 AC 降額。為考量損失，Solar API 會將太陽能裝置的年產量乘以 0.85 的直流電/交流電降額比率。結果是交流電的年產量，如下列公式所示：
initialAcKwhPerYear = yearlyEnergyDcKwh x 0.85
裝置的發電量在裝置使用壽命期間，每年會減少約 0.5%。為考量這點，在第一年過後，Solar API 會在安裝裝置的預估 20 年生命週期內，每年將安裝裝置的年度交流電輸出量乘以 99.5% 或 0.995。如下表所示。
| 年 | 每年太陽能發電量 (kWh) |
|---|---|
| 1 | initialAcKwhPerYear |
| 2 | initialAcKwhPerYear x 0.995 |
| : | : |
| 20 | initialAcKwhPerYear x 0.99519 |
由於太陽能板效率會以固定速率衰減，因此基本上是幾何級數，其中 a = initialAcKwhPerYear，而 r = efficiencyDepreciationFactor。我們可以利用幾何總和計算 LifetimeProductionAcKwh：
LifetimeProductionAcKwh = (dcToAcDerate * initialAcKwhPerYear * (1 - pow(efficiencyDepreciationFactor, installationLifeSpan)) / (1 - efficiencyDepreciationFactor))太陽能發電的電費
如果屋頂大小或其他因素限制了安裝規模，太陽能裝置產生的電力可能少於家庭用電量。在這些情況下，家庭每年可能必須支付一定金額的電費，如以下公式所示：
annualKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear = annualUtilityEnergyRequired
為計算這筆費用，Solar API 會對家庭在太陽能發電設備使用壽命期間，從公用事業取得的預估用電量 (以 kWh 為單位) 採用帳單費用模型。以下公式說明這項計算：
annualUtilityBillEstimate = billCostModel(utilityEnergyRequired)
為考量電費每年都會增加，我們在美國地區套用 2.2% 的 costIncreaseFactor，也就是每年 0.22：
costIncreaseFactor = 1 + 2.2% = 1.022
由於通貨膨脹，我們必須在未來成本的預估值中，將貨幣價值折價。為此，我們對美國地區的模型套用 4% 的折扣率：
discountRate = 1 + 4% = 1.04
下表顯示太陽能裝置使用年限內，每年電費的計算方式。remainingLifetimeUtilityBill 是指太陽能裝置 20 年使用壽命期間，每年水電費的總和。
| 年 | 以目前當地貨幣價值計算的年度水電費 (美元) (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 |
| 總計 | remainingLifetimeUtilityBill = annualUtilityBillEstimateYear1 + annualUtilityBillEstimateYear2 + …. + annualUtilityBillEstimateYear20 |
未安裝太陽能系統時的電費
如要計算住家安裝太陽能後可能節省的費用，我們也必須計算住家未安裝太陽能時可能支付的費用。
我們必須再次考量電費和通膨的漲幅，將 1.022 的 costIncreaseFactor 和 1.04 的 discountRate 套用至計算，就像計算太陽能電費時一樣。
下表顯示太陽能裝置使用年限內，每年未安裝太陽能裝置的電費計算方式。「costOfElectricityWithoutSolar」costOfElectricityWithoutSolar是 20 年期間的總電費，與計算太陽能電費時的期間相同。
| 年 | 每年公用事業費帳單 (美元) |
|---|---|
| 1 | monthlyBill x 12 |
| 2 | monthlyBill x 12 x 1.022 / 1.04 |
| : | : |
| 20 | monthlyBill x 12 x 1.02219 / 1.0419 |
| 總計 | 所有年費的總和，也可以表示為 costOfElectricityWithoutSolar = 204.35 x monthlyBill |
安裝太陽能裝置的費用
Solar API 提供的估算值包含安裝建議太陽能配置的費用。如要估算安裝費用，Solar API 會使用當地安裝費用模型和安裝規模。
installationCost = InstallationCostModel (installationSize)
獎勵
政府機關可能會提供太陽能安裝補助。獎勵通常以稅額扣抵的形式提供。根據住家所在位置，Solar API 會從總費用預估值中扣除住家目前可用的任何獎勵措施。
安裝太陽能裝置後的總費用
Solar API 會使用下列公式，計算太陽能配置的 20 年總費用：
totalCostWithSolar = installationCost + remainingLifetimeUtilityBill - incentives
節省總額
太陽能 API 會使用下列公式計算住家的節省金額：
savings = costOfElectricityWithoutSolar - totalCostWithSolar
Solar API 會針對每種可能的安裝尺寸執行上述計算，然後建議可為住戶節省最多費用的安裝尺寸。預估節省金額會與建議一併傳回。