يوضّح هذا المستند كيفية احتساب واجهة برمجة التطبيقات Solar API للقيم المختلفة التي تستخدمها لاقتراح عمليات تركيب الألواح الشمسية وتقدير التكاليف وتوفير التكاليف للعناوين في الولايات المتحدة.
إذا أدخلت عنوان محل إقامة في منطقة مشمولة في الولايات المتحدة، تعرض لك واجهة برمجة التطبيقات Solar API التقديرات التالية:
- مقدار ضوء الشمس الذي يتلقّاه المنزل سنويًا
- مساحة السطح المتاحة لتركيب الألواح الشمسية
- المبلغ الذي يمكن أن يتوقعه المنزل بالدولار الأمريكي على مدار 20 عامًا من استخدام نظام الطاقة الشمسية
- متوسط فاتورة الكهرباء الشهرية للمنازل في منطقتك، ويمكنك تعديلها لمنزلك
- الحجم المقترَح، الذي يُقاس بالكيلوواط (kW)، لنظام الطاقة الشمسية على المنزل
على الرغم من أنّ Solar API تقدّم تقديرات لأيّ بنية متوفّرة لها بيانات، فإنّ التقديرات التي تقدّمها هي الأنسب للمساكن أو المباني التجارية الصغيرة. تقترح Solar API أحجام تركيب الألواح الشمسية التي تحقّق أكبر قدر من التوفير بدون إنتاج طاقة في السنة تتجاوز ما يمكن أن يستهلكه المنزل. لا تحتسب واجهة برمجة التطبيقات Solar API القيم المرتبطة بإنتاج طاقة زائدة.
تقتصر أحجام التركيب المقترَحة على استهلاك الطاقة السنوي لعدة أسباب، ولكن السبب الرئيسي هو أنّ المنازل الأمريكية لا تستفيد حاليًا من إنتاج الطاقة الزائدة بشكلٍ مالي أو بالكاد. في المواقع الجغرافية في الولايات المتحدة التي توفّر ميزة قياس صافي الطاقة، تنتهي صلاحية الأرصدة التي يتم اكتسابها عادةً من توليد الطاقة الزائدة بمرور الوقت.
القيم المطلوبة للتحليل المالي للمواقع الجغرافية في الولايات المتحدة
من كل مثيل SolarPanelConfig في استجابة واجهة برمجة التطبيقات، تحتاج إلى قيمتَين للقيام بالتحليل المالي لذلك المثيل:
-
panelsCount: عدد الألواح الشمسية في عملية التركيب تستخدِم هذه القيمة في احتسابinstallationSize. yearlyEnergyDcKwh: مقدار طاقة أشعة الشمس التي يجمعها التصميم على مدار العام، بالكيلوواط ساعة (DC)، استنادًا إلىpanelsCountمحدّد. يمكنك استخدام هذه القيمة في احتساب الإنتاج السنوي للطاقة الشمسية من التيار المتردد (initialAcKwhPerYear) لكلinstallationSize.
بالإضافة إلى ذلك، عليك جمع قيم خاصة بالموقع الجغرافي للvariabel التالية التي ستستخدمها في العمليات الحسابية:
- billCostModel(): نموذجك لتحديد التكلفة، بالعملة المحلية، التي تدفعها الأسرة مقابل استخدام عدد معيّن من كيلوواط ساعة. يمكن أن تختلف رسوم استهلاك الكهرباء التي تحصّلها شركة الخدمات من يوم لآخر أو من ساعة لأخرى، وذلك تبعًا لعوامل مثل الطلب ووقت اليوم وكمية الكهرباء التي يستهلكها المنزل. قد تحتاج إلى تقدير متوسط التكلفة.
- costIncreaseFactor: تستخدِم Solar API القيمة 1.022 (زيادة سنوية بنسبة 2.2%) لمواقع الولايات المتحدة الجغرافية.
- dcToAcDerate: الكفاءة التي يحوّل بها محوِّل التيار الكهربائي تيار DC الكهرباء الذي تنتجه الألواح الشمسية إلى تيار AC الذي يُستخدَم في المنزل تستخدِم واجهة برمجة التطبيقات Solar API نسبة %85 لمواقع الولايات المتحدة.
- discountRate: تستخدِم واجهة برمجة التطبيقات Solar API القيمة 1.04 (زيادة سنوية تبلغ 4%) للمواقع الجغرافية في الولايات المتحدة.
- efficiencyDepreciationFactor: مقدار انخفاض كفاءة الألواح الشمسية كل عام تستخدِم واجهة برمجة التطبيقات Solar API قيمة 0.995 (انخفاض سنوي بنسبة 0.5%) للمواقع الجغرافية في الولايات المتحدة.
- الحوافز: أدرِج أي حوافز مالية تمنحها الجهات الحكومية في منطقتك لتثبيت ألواح الطاقة الشمسية.
- installationCostModel(): طريقة تقدير تكلفة
تركيب الألواح الشمسية بالعملة المحلية لنظام
installationSizeمعيّن. عادةً ما يأخذ نموذج التكلفة في الاعتبار تكاليف العمالة والمواد المحلية لinstallationSizeمعيّن. - installationLifeSpan: العمر المتوقّع لنظام الطاقة الشمسية. تستخدِم واجهة برمجة التطبيقات Solar API فترة 20 عامًا. عدِّل هذه القيمة حسب الحاجة لمنطقة الاستهداف.
- kWhConsumptionModel(): نموذجك لتحديد كمية الطاقة التي يستهلكها المنزل استنادًا إلى الفاتورة الشهرية في أبسط أشكاله، عليك تقسيم الفاتورة على متوسط تكلفة كيلوواط ساعة في موقع المنزل.
- monthlyBill: متوسط فاتورة الكهرباء الشهرية لمنزل تابع لموضوع الدراسة
- monthlyKWhEnergyConsumption: تقدير لمتوسط كمية الكهرباء التي تستهلكها الأسرة في موقع جغرافي معيّن في الشهر، ويتم قياسه بالكيلوواط في الساعة.
باستخدام هذه القيم والمعلومات المقدَّمة في ردّ واجهة برمجة التطبيقات، يمكنك
إجراء العمليات الحسابية اللازمة لاقتراح أفضل installationSize ل
المواقع الجغرافية التي لا تغطّيها واجهة برمجة التطبيقات Solar API.
آلية العمل
يُعدّ متوسط فاتورة الكهرباء الشهرية مفتاحًا لبقية العمليات الحسابية.
تستند Solar API في البداية إلى مبلغ محدد مسبقًا للفاتورة الشهرية عند إجراء عمليات الحساب. إذا لزم الأمر، يمكنك اختيار مبلغ مختلف يعكس بشكل أدق متوسط فواتيرك الشهرية.
من خلال معرفة قيمة الفاتورة الشهرية والتكلفة الحالية للكهرباء في موقع جغرافي معيّن، يمكن لواجهة برمجة التطبيقات Solar API تقدير عدد كيلوواط ساعة (kWh) من الكهرباء التي يستهلكها منزل كل شهر. للاطّلاع على التكلفة الحالية ل الكهرباء في جميع أنحاء الولايات المتحدة، وتحديد الكيلوواط في الساعة من فاتورة شهرية، تشير واجهة برمجة التطبيقات Solar API إلى قواعد بيانات تديرها Clean Power Research.
باستخدام عدد كيلوواط ساعة التي يستهلكها المنزل، والمساحة القابلة للاستخدام من سطح المنزل، وإمكانية توليد الطاقة الشمسية في موقع المنزل، تقيِّم واجهة برمجة التطبيقات Solar API حجمًا واحدًا أو أكثر من أحجام تركيب الألواح الشمسية المقترحة وتقترح الحجم الذي يحقّق أكبر قدر من التوفير.
يتم قياس حجم تركيب الألواح الشمسية حسب تقييم الكيلوواط. يعتمد تقييم الكيلوواط على عدد الألواح الشمسية في الإعداد وتقييم القوة ، الذي يتم قياسه بالواط، لكل لوح.
لا يتطابق تقييم الكيلوواط لأحد أنظمة الطاقة الشمسية مع ناتج الطاقة الذي ينتج عنه، والذي يتم قياسه بوحدة كيلوواط ساعة وهو متغيّر. تعتمد كمية كيلوواط ساعة التي ينتجها أحد المنشآت على عوامل مثل ما يلي:
- الوقت من اليوم
- الطقس
- اتجاه اللوحة بالنسبة إلى الشمس
- أي ظلال تلقيها الأجسام القريبة على الألواح
- إمكانية توليد الطاقة الشمسية على مستوى المنطقة
- عمر عملية التثبيت
تتضمّن Solar API عوامل مثل الإمكانات الإقليمية لتوليد الطاقة الشمسية وسنوات التركيب في تقديرها لإنتاج الطاقة السنوي لنظام توليد الطاقة الشمسية.
لتحديد المساحة القابلة للاستخدام من سطح المنزل وتقدير حجم تركيب الألواح الشمسية الذي يمكن أن يستوعبه، تستخدِم Solar API الصور الجوية والتصاميم الثلاثية الأبعاد المتقدمة.
شرح مفصّل للقيم والحسابات
توضِّح الأقسام التالية كيفية احتساب Solar API لتكاليف أنظمة الطاقة الشمسية ومزاياها وحجمها في بنية معيّنة في الولايات المتحدة.
تستخدِم شرح العمليات الحسابية عبارات لتمثيل القيم في العمليات الحسابية. للحصول على تفسير للمصطلحات، يُرجى الاطّلاع على تعريف المصطلحات المستخدَمة في عمليات الحساب.
الاستهلاك السنوي للطاقة في المنازل
كما ذكرنا سابقًا، تحدِّد واجهة برمجة التطبيقات Solar API الاستهلاك الشهري لل الكهرباء استنادًا إلى مبلغ الفاتورة الشهرية وتكلفة الكهرباء في مكان إقامة المنزل. بعد تحديد الاستهلاك الشهري للكهرباء في إحدى المنازل، نحسب استهلاك الطاقة السنوي بالكيلوواط ساعة باستخدام الصيغة التالية:
annualKWhEnergyConsumption = monthlyKWhEnergyConsumption x 12
من المفترض أن يظل استهلاك الطاقة في المنزل كما هو من عام إلى آخر على مدار فترة استخدام نظام الطاقة الشمسية. تفترض واجهة برمجة التطبيقات Solar API أنّ عمر أنظمة الطاقة الشمسية هو 20 عامًا.
الإنتاج السنوي للطاقة الشمسية
تقترح واجهة برمجة التطبيقات Solar API تقديرًا لإنتاج الطاقة السنوي لنظام توليد طاقة شمسية، وذلك من خلال مراعاة عوامل مثل كثافة ضوء الشمس وزاوية ضوء الشمس وعدد ساعات ضوء الشمس الصالحة لتوليد الكهرباء التي تحصل عليها المنطقة سنويًا.
تُنتج أنظمة الطاقة الشمسية كهرباءً بالتيار المباشر (DC)، ويجب تحويلها إلى كهرباء بالتيار المتناوب (AC) باستخدام محوِّل قبل أن تتمكّن من استخدامها في منزلك. يتم فقدان بعض الكهرباء أثناء عملية التحويل، ويحدِّد محوِّل الجهد مقدار الكهرباء المفقودة.
ويُشار إلى كفاءة عملية التحويل باسم تخفيض التيار الثابت إلى تيار متردد. لاحتساب الخسارة، تُضاعِف Solar API القيمة السنوية للطاقة الناتجة عن تركيب الطاقة الشمسية بمعامل خفض من التيار المباشر إلى التيار المتردد يبلغ 0.85. وتكون النتيجة هي الإنتاج السنوي للكهرباء المتناوبة، كما هو موضّح في الصيغة التالية:
initialAcKwhPerYear = yearlyEnergyDcKwh x 0.85
تنخفض كمية الطاقة التي يولدها نظام الطاقة الشمسية بنسبة %0.5 تقريبًا كل عام على مدار عمر النظام. ولأخذ ذلك في الاعتبار، بعد السنة الأولى، تُضاعِف Solar API ناتج التيار المتناوب السنوي لعملية التركيب بنسبة 99.5% أو 0.995 كل عام على مدار عمر عملية التركيب المقدَّر الذي يبلغ 20 عامًا. توضِّح هذه الميزة في الجدول التالي.
| سنة | الإنتاج السنوي للطاقة الشمسية (بالكيلوواط ساعة) |
|---|---|
| 1 | initialAcKwhPerYear |
| 2 | initialAcKwhPerYear x 0.995 |
| : | : |
| 20 | initialAcKwhPerYear x 0.99519 |
بما أنّ كفاءة الألواح الشمسية تنخفض بمعدّل ثابت، فإنّها تشكل أساسًا
سلسلة هندسية حيث أ = القيمة الأولية لـ AcKwhPerYear ور =
معامل الانخفاض في الكفاءة. يمكننا استخدام مجموع هندسي لاحتساب
LifetimeProductionAcKwh:
LifetimeProductionAcKwh = (dcToAcDerate * initialAcKwhPerYear * (1 - pow(efficiencyDepreciationFactor, installationLifeSpan)) / (1 - efficiencyDepreciationFactor))تكلفة الكهرباء باستخدام الطاقة الشمسية
إذا كان حجم عملية التركيب محدودًا بحجم السطح أو عوامل أخرى، قد ينتج عن عملية التركيب الشمسية كمية كهرباء أقل من تلك التي تستهلكها الأسرة. في هذه الحالات، من المرجّح أن تدفع الأسرة رسومًا مقابل استخدام كمية معيّنة من الكهرباء كل عام، كما هو موضّح في الصيغة التالية:
annualKWhEnergyConsumption - initialAcKwhPerYear = annualUtilityEnergyRequired
لاحتساب هذه التكلفة، تطبّق Solar API نموذج تكلفة الفاتورة على الكمية المقدَّرة من الكهرباء، بالكيلوواط ساعة، التي ستحتاجها الأسرة من شركة الخدمات خلال فترة تركيب الألواح الشمسية. توضِّح الصيغة التالية عملية القسمة هذه:
annualUtilityBillEstimate = billCostModel(utilityEnergyRequired)
لمراعاة الزيادة السنوية في تكلفة الكهرباء، نطبّق costIncreaseFactor الذي يبلغ %2.2 أو 0.22 سنويًا في المواقع الجغرافية في الولايات المتحدة:
costIncreaseFactor = 1 + 2.2% = 1.022
بسبب التضخّم، علينا خصم قيمة العملة في تقديراتنا للتكاليف المستقبلية. ونطبّق معدّل خصم بنسبة %4 على نموذجنا الخاص بتحديد أسعار الإعلانات في المواقع الجغرافية في الولايات المتحدة:
discountRate = 1 + 4% = 1.04
يوضّح الجدول التالي كيفية احتساب فاتورة الخدمات السنوية على مدار فترة تركيب نظام الطاقة الشمسية. remainingLifetimeUtilityBill هو مجموع فواتير الخدمات لكل عام من الأعوام العشرين التي تمثل مدة استخدام منظومة الطاقة الشمسية.
| سنة | فاتورة الخدمات السنوية بقيمة العملة المحلية الحالية (بالدولار الأمريكي) (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 |
| المجموع | remainingLifetimeUtilityBill = annualUtilityBillEstimateYear1 + annualUtilityBillEstimateYear2 + …. + annualUtilityBillEstimateYear20 |
تكلفة الكهرباء بدون الطاقة الشمسية
لاحتساب المبلغ الذي قد يُوفّره المنزل في حال تركيب أنظمة الطاقة الشمسية، علينا أيضًا احتساب المبلغ الذي قد يدفعه المنزل في حال عدم تركيب هذه الأنظمة.
علينا مرة أخرى مراعاة التكلفة المتزايدة للكهرباء والتضخّم من خلال تطبيق مُعدّل زيادة التكلفة الذي يبلغ 1.022 ومعدّل الخصم الذي يبلغ 1.04 على حساب الاستهلاك، كما فعلنا عند احتساب تكلفة الكهرباء باستخدام الطاقة الشمسية.
يوضّح الجدول التالي كيفية حساب فاتورة الخدمات السنوية بدون الطاقة الشمسية على مدار عمر تركيب الطاقة الشمسية. القيمة costOfElectricityWithoutSolar هي مجموع فواتير الخدمات خلال الفترة نفسها التي تبلغ 20 عامًا والتي استخدمناها لتكلفة الكهرباء مع الطاقة الشمسية.
| سنة | فاتورة الخدمات السنوية (بالدولار الأمريكي) |
|---|---|
| 1 | monthlyBill x 12 |
| 2 | monthlyBill x 12 x 1.022 / 1.04 |
| : | : |
| 20 | monthlyBill x 12 x 1.02219 / 1.0419 |
| المجموع | مجموع كل الفواتير السنوية، ويمكن أيضًا التعبير عنها على النحو التالي: costOfElectricityWithoutSolar = 204.35 x monthlyBill |
تكلفة تركيب الألواح الشمسية
تتضمّن واجهة برمجة التطبيقات Solar API تكلفة تركيب الإعدادات المُقترَحة للطاقة الشمسية في التقديرات التي تقدّمها. لاحتساب تكلفة العملية، تستخدِم واجهة برمجة التطبيقات Solar API نموذجًا مترجَمًا لتكلفة التركيب و حجم عملية التركيب.
installationCost = InstallationCostModel (installationSize)
الحوافز
قد تقدّم الجهات الحكومية حوافز لتركيب أنظمة الطاقة الشمسية. وغالبًا ما تكون ال incentives على شكل أرصدة ضريبية. استنادًا إلى الموقع الجغرافي للعائلة، تطرح واجهة برمجة التطبيقات Solar API أي حوافز متاحة حاليًا للعائلة من التقدير الإجمالي للتكاليف.
التكلفة الإجمالية لتركيب الألواح الشمسية
تحتسب واجهة برمجة التطبيقات Solar API إجمالي تكلفة تركيب نظام طاقة شمسية على مدار 20 عامًا باستخدام الصيغة التالية:
totalCostWithSolar = installationCost + remainingLifetimeUtilityBill - incentives
إجمالي المبالغ التي تم توفيرها
تحسب واجهة برمجة التطبيقات Solar API التوفير الذي يحقّقه المنزل باستخدام الصيغة التالية:
savings = costOfElectricityWithoutSolar - totalCostWithSolar
تُجري واجهة برمجة التطبيقات Solar API العمليات الحسابية أعلاه لكل حجم تركيب ممكن، ثم تقترح حجم التركيب الذي يحقّق الحد الأقصى من التوفير للمنزل. يتم عرض مبلغ التوفير المقدَّر مع الاقتراح.