T E L K O M N I K A ,   V o l . 1 0 ,   N o . 2 ,   J u n e   2 0 1 2 ,   p p .   3 5 9 ~ 3 7 0   I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   a c c r e d i t e d   b y   D G H E   ( D I K T I ) ,   D e c r e e   N o :   5 1 / D i k t i / K e p / 2 0 1 0           3 5 9       R e c e i v e d   D e c e m b e r   1 9 ,   2 0 1 1 ;   R e v i s e d   M a y   5 ,   2 0 1 2 ;   A c c e p t e d   M a y   1 4 ,   2 0 1 2   O p t i m i z a t i o n   a n d   F e a s i b i l i t y   A n a l y s i s   o f   S a t e l l i t e   E a r t h   S t a t i o n   P o w e r   S y s t e m   U s i n g   H o m e r       H a n a a   T .   E l - M a d a n y 1 * ,   F a t e n   H .   F a h m y 1 ,   N i n e t   M .   A .   E l - R a h m a n 1 ,   H a s s e n   T .   D o r r a h 2   1 El e c t r o n i c s   R e s e a r c h   I n s t i t u t e ,   N a t i o n a l   R e s e a r c h   C e n t e r   B u i l d i n g ,   C a i r o ,   E g y p t   2 El e c t r i c a l   Po w e r   M a c h i n e s   D e p t . ,   C a i r o   U n i v e r s i t y ,   Eg y p t   e - m a i l :   h a n a a _ t o l b a @ y a h o o . c o m *       A b s t r a k   St a s i u n   s a t e l i t   b u m i   y a n g   t e r l e t a k   d i   d a e r a h   t e r p e n c i l   a d a l a h   s a l a h   s a t u   d a r i   b a n y a k   a p l i k a s i   y a n g   d i d u k u n g   o l e h   s u m b e r   e n e r g i   t e r b a r u k a n .   S i s t e m   b u m i   u n t u k   s a t e l i t   t e r d i r i   d a r i   s t a s i u n   b u m i   d a n   p u s a t - p u s a t   k e n d a l i   y a n g   b e k e r j a   s a m a   u n t u k   m e n d u k u n g   s a t e l i t   d a n   p e n g g u n a   d a t a .   St a s i u n   b u m i   t e r d i r i   d a r i   s u b s i s t e m   u t a m a ,   p e m a n c a r ,   p e n e r i m a ,   a n t e n a ,   p e r a l a t a n   p e l a c a k a n ,   p e r a l a t a n   a n t a r m u k a   t e r e s t r i a l   d a n   c a t u   d a y a .   S u b s i s t e m   d a y a   a d a l a h   b a g i a n   p e n t i n g   y a n g   d i b u t u h k a n   u n t u k   m e m a s o k   s t a s i u n   b u m i   d e n g a n   d a y a   l i s t r i k   u n t u k   t e r u s   b e r k o m u n i k a s i   d e n g a n   s a t e l i t - n y a .   M a k a l a h   i n i   m e m b a h a s   s i m u l a s i   d a n   p e n e n t u a n   u k u r a n   o p t i m a l   d a r i   s i s t e m   d a y a   s t a s i u n   b u m i   m e n g g u n a k a n   s o f t w a r e   H O M ER .   Ko m b i n a s i   d u a   s u m b e r   e n e r g i   ( s u r y a   d a n   a n g i n )   u n t u k   m e n y e d i a k a n   p r o d u k s i   t e n a g a   l i s t r i k   t e r u s - m e n e r u s   d i g u n a k a n   u n t u k   m e n e n t u k a n   o p e r a s i   s i s t e m   y a n g   o p t i m a l .   T e r d a p a t   t i g a   k o n f i g u r a s i   s i s t e m   y a n g   d i b a n d i n g k a n   d a l a m   h a l   n e t   p r e s e n t   c o s t   ( N PC )   a n d   l e v e l i z e d   c o s t   o f   e n e r g y   ( C O E) .   J u g a ,   s e b u a h   s t u d i   s e c a r a   e k o n o m i s   a k a n   d i a n a l i s i s   d a l a m   a s p e k   p e r m i n t a a n   e n e r g i   d a n   a n a l i s i s   s e n s i t i f i t a s   a k a n   d i l a k u k a n .       K a t a   k u n c i :   d a e r a h   t e r p e n c i l ,   H O M ER ,   p h o t o v o l t a i c ,   s t a s i u n   b u m i ,   u k u r a n   o p t i m a l       A b s t r a c t   Sa t e l l i t e   e a r t h   s t a t i o n s   w h i c h   l o c a t e d   i n   r e m o t e   a r e a s   a r e   o n e   o f   m a n y   a p p l i c a t i o n s   p o w e r e d   b y   t h e   r e n e w a b l e   e n e r g y   s o u r c e s .   G r o u n d   s y s t e m   c o n s i s t s   o f   g r o u n d   s t a t i o n   a n d   c o n t r o l   c e n t e r s   w o r k i n g   t o g e t h e r   t o   s u p p o r t   t h e   s p a c e c r a f t   a n d   t h e   d a t a   u s e r .   Ea r t h   s t a t i o n   c o n s i s t s   o f   m a j o r   s u b s y s t e m s ,   t r a n s m i t t e r ,   r e c e i v e r ,   a n t e n n a ,   t r a c k i n g   e q u i p m e n t ,   t e r r e s t r i a l   i n t e r f a c e   e q u i p m e n t   a n d   p o w e r   s u p p l y .   Po w e r   s u b s y s t e m   i s   a n   i m p o r t a n t   p a r t   t h a t   r e q u i r e d   f o r   s u p p l y i n g   t h e   e a r t h   s t a t i o n   w i t h   e l e c t r i c a l   p o w e r   t o   c o n t i n u e   c o m m u n i c a t i n g   w i t h   i t s   r e m o t e   s e n s i n g   s a t e l l i t e .   T h i s   p a p e r   d e a l s   w i t h   s i m u l a t i o n   a n d   o p t i m a l   s i z i n g   o f   e a r t h   s t a t i o n   p o w e r   s y s t e m   u s i n g   H O M ER   s o f t w a r e .   c o m b i n a t i o n   o f   t w o   e n e r g y   s o u r c e s   ( s o l a r ,   a n d   w i n d )   t o   p r o v i d e   a   c o n t i n u o u s   e l e c t r i c   p o w e r   p r o d u c t i o n   i s   u s e d   t o   d e t e r m i n e   t h e   o p t i m u m   s y s t e m   o p e r a t i o n .   T h r e e   s y s t e m   c o n f i g u r a t i o n s   a r e   c o m p a r e d   w i t h   r e s p e c t   t o   t h e   t o t a l   n e t   p r e s e n t   c o s t   ( N PC )   a n d   l e v e l i z e d   c o s t   o f   e n e r g y   ( C O E) .   Al s o ,   e c o n o m i c a l   s t u d y   w i l l   b e   a n a l y z e d   f o r   e n e r g y   d e m a n d   a n d   s e n s i t i v i t y   a n a l y s i s   w i l l   b e   p e r f o r m e d .     K e y w o r d s :   e a r t h   s t a t i o n ,   H O M ER ,   o p t i m a l   s i z i n g ,   p h o t o v o l t a i c ,   r e m o t e   a r e a       1 .   I n t r o d u c t i o n   T e r r e s t r i a l   s o l a r   p h o t o v o l t a i c   ( P V )   s y s t e m s   a r e   p r e s e n t l y   e c o n o m i c a l   f o r   m a n y   r e m o t e   a p p l i c a t i o n s ,   w h e r e   t h e   c o s t   o f   o t h e r   a l t e r n a t i v e s ,   s u c h   a s   e x t e n d i n g   u t i l i t y   p o w e r   l i n e s   o r   t r a n s p o r t i n g   f u e l ,   a r e   v e r y   h i g h .   T e l e c o m m u n i c a t i o n   i s   o n e   o f   s e v e r a l   a p p l i c a t i o n s   o f   r e n e w a b l e   e n e r g y   i n   r e m o t e   a r e a s .   T h e   f u n c t i o n a l   e l e m e n t s   o f   a n   e a r t h   s t a t i o n   a r e   s h o w n   i n   F i g u r e   1   [ 1 ] .   T h e   e a r t h   s t a t i o n   c o n s i s t s   o f   f o u r   m a j o r   s u b s y s t e m s ,   t r a n s m i t t e r ,   r e c e i v e r ,   a n t e n n a ,   a n d   t r a c k i n g   e q u i p m e n t   [ 2 ] .   T w o   o t h e r   i m p o r t a n t   s u b s y s t e m s   a r e   t e r r e s t r i a l   i n t e r f a c e   e q u i p m e n t   a n d   p o w e r   s u p p l y .   T h e s e   c o m p o n e n t s   d o   n o t   s i g n i f i c a n t l y   c h a n g e   w i t h   t h e   t y p e   o f   s p a c e c r a f t   b e i n g   c o n t r o l l e d ,   a n d   t h e r e f o r e   a p p l i e s   t o   s e v e r a l   a p p l i c a t i o n s   s u c h   a s   e a r t h   o b s e r v a t i o n ,   r e m o t e   s e n s i n g ,   a n d   t e l e c o m m u n i c a t i o n s .   I t   i s   a l s o   a p p l i c a b l e   t o   l o w   e a r t h   o r b i t s   a s   i t   i s   t o   g e o s t a t i o n a r y   o r b i t s   o r   i n t e r p l a n e t a r y   o r b i t s .   P o w e r   s y s t e m   i s   r e q u i r e d   f o r   s u p p l y i n g   a l l   m e n t i o n e d   s u b s y s t e m s   w i t h   e l e c t r i c a l   p o w e r   d e m a n d .     T h i s   p a p e r   i n v e s t i g a t e s   t h e   l i f e   c y c l e   c o s t   a n a l y s i s   f o r   t h e   p o w e r   s y s t e m .   A l s o ,   t h e   o p t i m a l   s i z i n g   a n d   c o s t   e v a l u a t i o n   u s i n g   H O M E R   s o f t w a r e   i s   p r e s e n t e d .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                        I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   T E L K O M N I K A     V o l .   1 0 ,   N o .   2 ,     J u n e   2 0 1 2   :     3 5 9     4 7 0   3 6 0   2 .   R e s e a r c h   M e t h o d   2 . 1 .   S i t e   S e l e c t i o n   T h e   p r o c e d u r e   t o   d e t e r m i n e   w h e r e   t h e   e a r t h   s t a t i o n   i s   t o   b e   i n s t a l l e d   i s   g e n e r a l l y   k n o w n   a s   t h e   s i t e   s e l e c t i o n   p r o c e s s .   A l t h o u g h   a   s e t   o f   " r u l e s "   f o r   s i t e   s e l e c t i o n   h a s   n o t   b e e n   a d o p t e d ,   t h e r e   a r e   c e r t a i n   g u i d e l i n e s   t h a t   a r e   g e n e r a l l y   a d h e r e d   t o   i n   s e l e c t i n g   t h e   m o s t   a p p r o p r i a t e   s i t e .   T h e   g r o u n d   s h o u l d   b e   c a p a b l e   o f   b e a r i n g   t h e   l o a d   o f   t h e   e a r t h   s t a t i o n   a n t e n n a   a n d   b u i l d i n g .   T h i s   i s   o f   p a r t i c u l a r   c o n c e r n   f o r   t h e   l a r g e r   a n d   h e a v i e r   a n t e n n a   s t r u c t u r e s .   R a d i o   f r e q u e n c y   i n t e r f e r e n c e   m u s t   b e   m i n i m i z e d   b e t w e e n   t h e   e a r t h   s t a t i o n   a n d   o t h e r   t e l e c o m m u n i c a t i o n   s e r v i c e .   M o s t   r e c e i v i n g   e a r t h   s t a t i o n s   t h a t   a r e   f o u n d   i n   r u r a l   a n d   r e m o t e   a r e a s   r e q u i r e   a n   e n v i r o n m e n t a l l y   c l e a n   p o w e r   s u p p l y .   A t   t h e   s a m e   t i m e ,   t h e   e l e c t r i c a l   l o a d   o f   t h e   r e c e i v i n g   e a r t h   s t a t i o n   i s   c r i t i c a l   a n d   r e q u i r e s   a   c o n t i n u o u s l y   p o w e r   s u p p l y .   F r o m   t h i s   p o i n t   o f   v i e w ,   i t   i s   i m p o r t a n t   t o   i n t r o d u c e   a   m o d e l   f o r   a   r e c e i v i n g   e a r t h   s t a t i o n   p o w e r e d   b y   u s i n g   p h o t o v o l t a i c   s y s t e m .   A s w a n   w a s   s e l e c t e d   a s   t h e   s i t e   u n d e r   c o n s i d e r a t i o n   b e c a u s e   i t   e n j o y s   v e r y   h i g h   l e v e l   o f   s o l a r   r a d i a t i o n .   A s w a n   i s   l o c a t e d   a t   L a t i t u d e   2 4 o   0 4 '   n o r t h   a n d   L o n g i t u d e   3 2 o   5 7 '   e a s t   [ 3 ] .                                       F i g u r e   1 .   G e n e r a l   c o n f i g u r a t i o n   o f   a n   e a r t h   s t a t i o n             2 . 2 .   P o w e r   S y s t e m   I m p l e m e n t a t i o n   U s i n g   H o m e r   H O M E R   i s   a   c o m p u t e r   p r o g r a m   t h a t   s i m p l i f i e s   t h e   t a s k   o f   e v a l u a t i n g   d e s i g n   o p t i o n s   f o r   b o t h   o f f - g r i d   ( s t a n d - a l o n e ,   a n d   h y b r i d )   s y s t e m   a n d   d i s t r i b u t e d   g e n e r a t i o n   ( D G )   a p p l i c a t i o n s   [ 4 ] .   I t   h a s   b e e n   d e v e l o p e d   b y   U n i t e d   S t a t e   ( U S )   N a t i o n a l   R e n e w a b l e   E n e r g y   L a b o r a t o r y   ( N R E L )   s i n c e   1 9 9 3 .   I t   i s   d e v e l o p e d   s p e c i f i c a l l y   t o   m e e t   t h e   n e e d s   o f   r e n e w a b l e   e n e r g y   i n d u s t r y s   s y s t e m   a n a l y s i s   a n d   o p t i m i z a t i o n .   T h e r e   a r e   t h r e e   m a i n   t a s k s   t h a t   c a n   b e   p e r f o r m e d   b y   H O M E R :   s i m u l a t i o n ,   o p t i m i z a t i o n   a n d   s e n s i t i v i t y   a n a l y s i s .   I n   t h e   s i m u l a t i o n   p r o c e s s ,   H O M E R   m o d e l s   a   s y s t e m   a n d   d e t e r m i n e s   i t s   t e c h n i c a l   f e a s i b i l i t y   a n d   l i f e   c y c l e .   I n   t h e   o p t i m i z a t i o n   p r o c e s s ,   H O M E R   p e r f o r m s   s i m u l a t i o n   o n   d i f f e r e n t   s y s t e m   c o n f i g u r a t i o n s   t o   c o m e   o u t   w i t h   t h e   o p t i m a l   s e l e c t i o n .   I n   t h e   s e n s i t i v i t y   a n a l y s i s   p r o c e s s ,   H O M E R   p e r f o r m s   m u l t i p l e   o p t i m i z a t i o n s   u n d e r   a   r a n g e   o f   i n p u t s   t o   a c c o u n t   f o r   u n c e r t a i n t y   i n   t h e   m o d e l   i n p u t s .   H O M E R   h a s   b e e n   u s e d   a s   t h e   s i z i n g   a n d   o p t i m i z a t i o n   s o f t w a r e   t o o l   f o r   t h e   r e c e i v i n g   e a r t h   s t a t i o n   p o w e r   s y s t e m .   T h e   p o w e r   s y s t e m   c o n s i s t s   o f   a   r e n e w a b l e   e n e r g y   s o u r c e s   ( s o l a r   e n e r g y ,   a n d   w i n d   t u r b i n e ) ,   b a t t e r i e s   f o r   e n e r g y   s t o r a g e   a n d   p o w e r   i n v e r t e r   t o   m a i n t a i n   t h e   f l o w   o f   e n e r g y   b e t w e e n   t h e   A C   a n d   D C   s i d e s .   F i g u r e   2   s h o w s   t h e   p r o p o s e d   s c h e m e   a s   i m p l e m e n t e d   i n   t h e   H O M E R   s i m u l a t i o n   t o o l .     2 . 3 .   E c o n o m i c   C r i t e r i a   B a s e d   o n   L C C   C o n c e p t   T h e   e c o n o m i c a l   a p p r o a c h ,   a c c o r d i n g   t o   t h e   c o n c e p t   o f   L i f e   C y c l e   C o s t   ( L C C ) ,   i s   d e v e l o p e d   t o   b e   t h e   b e s t   i n d i c a t o r   o f   e c o n o m i c   p r o f i t a b i l i t y   o f   s y s t e m   c o s t   a n a l y s i s   i n   t h i s   s t u d y .   T h e   L C C   m e t h o d   o f   e c o n o m i c   a n a l y s i s   c a l c u l a t e s   a   s y s t e m ' s   t o t a l   c o s t   o v e r   i t s   u s e f u l   l i f e .   T h i s   s e r s   B a s e b a n d   e q u i p m e n t   u x \   M o d u l a t o r   U p   H i g h   p o w e r   L o w   n o i s e   D o w n   D e - e m u x \   T r a c k i n g   e q u i p m e n t   D u p l e x e r   T r a n s m i t t e r   R e c e i v e r   P o w e r   s u p p l y   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L K O M N I K A     I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0       O p t i m i z a t i o n   a n d   F e a s i b i l i t y   A n a l y s i s   o f   S a t e l l i t e   E a r t h   S t a t i o n ( H a n n a   T .   E l - M a d a n y )   3 6 1   m e t h o d   t a k e s   i n t o   a c c o u n t   t h e   i n i t i a l   ( c a p i t a l )   a n d   a l l   o t h e r   c o s t s   r e q u i r e d   f o r   t h e   s y s t e m   t o   o p e r a t e   p r o p e r l y   o v e r   i t s   l i f e   [ 5 ] .   F o u r   m a i n   p a r t s   a r e   c o n s i d e r e d :   P V   a r r a y ,   w i n d   t u r b i n e ,   b a t t e r y   b a n k ,   a n d   t h e   i n v e r t e r .   A c c o r d i n g   t o   t h e   s t u d i e d   s y s t e m ,   L C C   t a k e s   i n t o   a c c o u n t   t h e   i n i t i a l   c a p i t a l   c o s t   ( C IC ) ,   t h e   p r e s e n t   v a l u e   o f   r e p l a c e m e n t   c o s t   ( C r e p   ) ,   t h e   p r e s e n t   v a l u e   o f   o p e r a t i o n   a n d   m a i n t e n a n c e   c o s t   ( C O &M   ) ,   t h e   s a l v a g e   v a l u e   ( S a l ) .   T h u s ,   L C C   m a y   b e   e x p r e s s e d   a s   f o l l o w s   [ 6 -   8 ] :     S a l C C C ( $ ) L C C M & o r e p I C - + + =                                                                                                                                                             ( 1 )     a .   T h e   I n i t i a l   C a p i t a l   C o s t   T h e   i n i t i a l   c a p i t a l   c o s t   o f   e a c h   s y s t e m   c o m p o n e n t   c o n s i s t s   o f   t h e   c o m p o n e n t   p r i c e ,   i n c l u d i n g   s y s t e m s   d e s i g n   a n d   i n s t a l l a t i o n   c o s t s .   T h i s   i s   a   o n e - t i m e   p a y m e n t   a t   t h e   s t a r t   o f   a   p r o j e c t .   T h e n   t h e   i n i t i a l   c a p i t a l   c o s t   f o r   t h e   P V / w i n d / b a t t e r y   s y s t e m ,   ( C IC )   i s   g i v e n   b y   [ 9 ,   1 0 ] :     ) C * ( P ) C * ( C ) C * ( P ) C * ( P C i i n v i n v i b a t b t i w w i P V P V I C + + + =                                                                                                                                                       ( 2 )     w h e r e   ( P PV   ,   C i p v )   a r e   t h e   t o t a l   c a p a c i t y   ( k W )   a n d   u n i t   c o s t   ( $ / k W )   o f   P V   a r r a y   r e s p e c t i v e l y ;   ( P w   ,   C i w )   a r e   t h e   t o t a l   c a p a c i t y   ( k W )   a n d   u n i t   c o s t   ( $ / k W )   o f   w i n d   t u r b i n e   r e s p e c t i v e l y ;   ( C b t   ,   C i b a t )   a r e   t h e   t o t a l   c a p a c i t y   ( k W h )   a n d   u n i t   c o s t   ( $ / k W h )   o f   t h e   b a t t e r y   b a n k   r e s p e c t i v e l y ;   a n d   ( P i n v   ,   C i i n v   )   a r e   t h e   n o m i n a l   c a p a c i t y   ( k W )   a n d   u n i t   c o s t   ( $ / k W )   o f   t h e   i n v e r t e r   r e s p e c t i v e l y .     b .   T h e   R e p l a c e m e n t   C o s t   R e p l a c e m e n t   c o s t s   p r e s e n t   v a l u e   r e f l e c t s   m a j o r   r e p a i r s   a n d   e q u i p m e n t   r e p l a c e m e n t s   w h i c h   o c c u r   w h e n   t h e   n o r m a l   d u t y   l i f e   o f   a n y   s y s t e m   c o m p o n e n t s   i s   s h o r t e r   t h a n   t h e   l i f e   e x p e c t a n c y   o f   t h e   e n t i r e   s y s t e m .   A s   t h e   l i f e   p e r i o d   o f   b a t t e r y   b a n k   a n d   i n v e r t e r   a r e   s h o r t e r   t h a n   P V   s y s t e m ;   t h e   r e p l a c e m e n t   c o s t   o f   t h e   w i n d   t u r b i n e ,   t h e   b a t t e r i e s   a n d   t h e   i n v e r t e r   h a v e   t o   b e   i n c l u d e d   i n   t h e   c o s t   a n a l y s i s   o f   t h e   p o w e r   s y s t e m   [ 1 1 - 1 4 ] .     T h e   w i n d   t u r b i n e   w i l l   b e   p u r c h a s e d   a f t e r   1 5   y e a r s .   T h e r e f o r e ,   t h e   r e p l a c e m e n t   c o s t   o f   w i n d   t u r b i n e   c a n   b e   c a l c u l a t e d   f r o m :         i ) ( 1 1   . . C P     C 1 5 r e p w w r e p w + =   ( 3 )   T h e   g r o u p   o f   b a t t e r y   b a n k   w i l l   b e   p u r c h a s e d   ( a f t e r   N   =   5 ,   1 0 ,   1 5 ,   a n d   2 0   y e a r s ) .   T h e r e f o r e ,   t h e   r e p l a c e m e n t   c o s t   o f   b a t t e r y   b a n k   c a n   b e   c a l c u l a t e d   f r o m :       i ) ( 1 1 i ) ( 1 1 i ) ( 1 1 i ) ( 1 1   . . C C     C 2 0 1 5 1 0 5 r e p b a t b t r e p b + + + + + + + =   ( 4 )     T h e   i n v e r t e r   w i l l   b e   r e p l a c e d   a f t e r   1 5   y e a r s ,   s o   t h e   r e p l a c e m e n t   c o s t   o f   i n v e r t e r   c a n   b e   e v a l u a t e d   a s   f o l l o w s :           i ) ( 1 1   . C   .   P     C 1 5 r e p i n v i n v r e p i n v + =   ( 5 )     T h e   p r e s e n t   v a l u e   o f   t o t a l   r e p l a c e m e n t   c o s t   ( C r e p )   c a n   b e   d e t e r m i n e d   a s   f o l l o w s :     r e p i n v r e p b r e p w r e p P V r e p C C C C C + + + =   ( 6 )     w h e r e   C r e p   i s   t h e   t o t a l   s y s t e m   r e p l a c e m e n t   c o s t ,   ( C r e p PV   ,   C r e p w )   a r e   t h e   r e p l a c e m e n t   c o s t   o f   P V   a r r a y   ( $ )   a n d   t h e   r e p l a c e m e n t   c o s t   o f   w i n d   t u r b i n e   ( $ )   r e s p e c t i v e l y ,   ( C r e p b a t   ,   C r e p i n v )   a r e     t h e   u n i t   c o m p o n e n t   c o s t   b a t t e r y   b a n k   ( $ / k W h )   a n d   i n v e r t e r   ( $ / k W )   r e s p e c t i v e l y ,   a n d   i   i s   t h e   i n t e r e s t   r a t e   ( 8 . 2 5   % ) .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                        I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   T E L K O M N I K A     V o l .   1 0 ,   N o .   2 ,     J u n e   2 0 1 2   :     3 5 9     4 7 0   3 6 2       F i g u r e   2 .   H O M E R   i m p l e m e n t a t i o n   o f   p o w e r   s y s t e m       F i g u r e   3 .   E a r t h   s t a t i o n   p o w e r   s y s t e m   l o a d   p r o f i l e       c .   T h e   O p e r a t i o n   a n d   M a i n t e n a n c e   C o s t   I n   i t s   g e n e r a l   f o r m ,   t h e   p r e s e n t   w o r t h   f a c t o r   o f   o p e r a t i o n   a n d   m a i n t e n a n c e   ( P W F O &M )       a n d   t h e   p r e s e n t   v a l u e   o f   o p e r a t i o n   a n d   m a i n t e n a n c e   c o s t   o f   t h e   P V / w i n d / b a t t e r y   s y s t e m   ( C O &M   )   a r e   e x p r e s s e d   a s   [ 1 5 ] :           i ) ( 1 i 1 i ) ( 1       P W F N N M & O + - + =   ( 7 )         ) P W F . C . ( P ) . P W F . C C ( ) P W F . C . P ( C C M & O M i n v & O i n v M & O M b a t & O b t M & o M w & o w M P V & O M & O + + + =   ( 8 )     w h e r e   ( C O &M PV   C O &M w ,   C O &M b a t a n d   C O &M i n v   )   a r e     t h e   o p e r a t i o n   a n d   m a i n t e n a n c e   c o s t   o f   P V ,   w i n d   t u r b i n e ,   b a t t e r y   b a n k   a n d   i n v e r t e r   r e s p e c t i v e l y ,   a n d   N   i s   t h e   s y s t e m     l i f e t i m e .     d .   S a l v a g e   V a l u e   S a l v a g e   p r e s e n t   v a l u e   o r   t h e   r e c o v e r y   v a l u e   o f   t h e   e q u i p m e n t   i s   t h e   n e t   v a l u e   o f   t h e   e q u i p m e n t   u s e d   a t   t h e   e n d   o f   t h e   s y s t e m ' s   s e r v i c e   l i f e .   T h e   s a l v a g e   o r   t h e   r e s i d u a l   v a l u e   o f   c o m p o n e n t s   i s   b a s e d   o n   t h e   p o s s i b i l i t i e s   o f   a l t e r n a t i v e   u s e s   a t   t h e   e n d   o f   t h e   p r o j e c t   l i f e t i m e .   I n   t h i s   a n a l y s i s   a   s a l v a g e   v a l u e   c a n   b e   c a l c u l a t e d   a s   f o l l o w s   [ 1 6 ] :     c o m p r e m r e p R R   . C     S a l =   ( 9 )     R r e m ,   t h e   r e m a i n i n g   l i f e   o f   t h e   c o m p o n e n t   a t   t h e   e n d   o f   t h e   p r o j e c t   l i f e t i m e ,   i s   g i v e n   b y :     ] R N [ R R r e p c o m p r e m - - =   ( 1 0 )     R r e p ,   t h e   r e p l a c e m e n t   c o s t   d u r a t i o n ,   i s   g i v e n   b y :     = c o mp c o mp r e p R N I N T . R R     ( 1 1 )     w h e r e   C r e p ,   R c o m p ,   a n d   R p r o j   a r e   r e p l a c e m e n t   c o s t   ( $ ) ,   c o m p o n e n t   l i f e t i m e   ( y r ) ,   a n d   p r o j e c t   l i f e t i m e   ( y r )   r e s p e c t i v e l y .   0 2 4 6 8 1 0 1 2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 2 1 2 2 2 3 2 4 H o u r L o a d   ( K w ) Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L K O M N I K A     I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0       O p t i m i z a t i o n   a n d   F e a s i b i l i t y   A n a l y s i s   o f   S a t e l l i t e   E a r t h   S t a t i o n ( H a n n a   T .   E l - M a d a n y )   3 6 3   2 . 4 .   E l e c t r i c a l   L o a d   I n p u t   D e t a i l s   T h e   l o a d   d e t a i l s   a r e   i n p u t s   t o   t h e   H O M E R   s i m u l a t i o n s .   T h e   l o a d   i n p u t s   d e s c r i b e   t h e   e l e c t r i c   d e m a n d   t h a t   t h e   s y s t e m   m u s t   s e r v e .   T h e   e a r t h   s t a t i o n   p o w e r   s y s t e m   l o a d   p r o f i l e   i n d i c a t e d   i n   F i g u r e   3 .       2 . 5 .   R e s o u r c e s   M o n t h l y   a v e r a g e   d a t a   o f   g l o b a l   s o l a r   r a d i a t i o n   i n   A s w a n   a r e   d e s c r i b e d   i n   T a b l e   1   [ 4 ] .   A s   s h o w n   i n   T a b l e   I ,   t h e   s o l a r   r a d i a t i o n   d a t a   f o r   t h e   s e l e c t e d   r e m o t e   a r e a   a r e   o b t a i n e d   t o   b e   i n   t h e   r a n g e   b e t w e e n   8 . 0 2   k W h / m 2 / d   ( i n   J u n e )   a n d   4 . 3 9   k W h / m 2 / d   ( i n   D e c e m b e r ) .   T h e   s c a l e d   a n n u a l   a v e r a g e   o f   t h e   s o l a r   r a d i a t i o n   i s   e s t i m a t e d   t o   b e   6 . 4 9   k W h / m 2 / d .   T h e   H O M E R   s o f t w a r e   c a n   g e n e r a t e   t h e   c l e a r n e s s   i n d e x   f r o m   t h e   s o l a r   r a d i a t i o n   d a t a   a c c o r d i n g   t o   t h e   l a t i t u d e   o f   t h e   p l a c e   h a s   b e e n   c h o s e n .   I f   t h e   s o l a r   r a d i a t i o n   d a t a   i s   n o t   a v a i l a b l e ,   c l e a r n e s s   i n d e x   c a n   a l s o   b e   u s e d   t o   g e n e r a t e   t h e   s o l a r   r a d i a t i o n   d a t a .   T h e r e f o r e ,   e i t h e r   t h e   c l e a r n e s s   i n d e x   o r   t h e   s o l a r   r a d i a t i o n   d a t a   c a n   b e   u s e d   t o   r e p r e s e n t   t h e   s o l a r   r e s o u r c e   i n p u t ,   a s   l o n g   a s   t h e   d a t a   o f   l a t i t u d e   i s   a v a i l a b l e   t o   t h e   H O M E R   s o f t w a r e .   A l s o ,   t h e   w i n d   s p e e d   i s   i n d i c a t e d   i n   F i g u r e   4 .   I t   i s   c l e a r e d   f r o m   F i g u r e   4   t h a t   t h e   m o s t   y e a r   m o n t h s   h a v e   w i n d   s p e e d   v a l u e s   r a n g i n g   f r o m   4   m / s   t o   4 . 7 7   m / s .       3 .   S i m u l a t i o n   R e s u l t s   a n d   D i s c u s s i o n   T h r e e   p o w e r   s y s t e m s   c o n f i g u r a t i o n s   u s i n g   d i f f e r e n t   e n e r g y   s t o r a g e   t e c h n o l o g i e s ,   n a m e l y ,   P V / b a t t e r y   s y s t e m ,   w i n d / b a t t e r y   s y s t e m ,   a n d   P V / w i n d / b a t t e r y   s y s t e m   a r e   s i m u l a t e d   i n   H O M E R   e n v i r o n m e n t   f o r   o p t i m a l   s i z i n g   w h i c h   m i n i m i z e s   t h e   s y s t e m   c o s t .   T h e   s i m u l a t i o n   r e s u l t s   p r o v i d e   c o m p a r i s o n   a m o n g   t h e s e   c o n f i g u r a t i o n s .   S i m u l a t i o n   s t u d i e s   a r e   c l a s s i f i e d   a s :   C a s e   A   ( P V / b a t t e r y   s y s t e m ) ,   C a s e   B   ( P V / w i n d / b a t t e r y   s y s t e m ) ,   a n d   C a s e   C   ( w i n d / b a t t e r y   s y s t e m ) .     T a b l e   1 .   M o n t h l y   a v e r a g e   v a l u e s   o f   d a i l y   g l o b a l   s o l a r   r a d i a t i o n   ( k W h / m 2 / d )   o v e r   A s w a n   D a i l y   R a d i a t i o n   k W h / m 2 / d   M o n t h   4 . 7   J a n u a r y   5 . 6 5   F e b r u a r y   6 . 6 1   M a r c h   7 . 4 1   A p r i l   7 . 6 8   M a y   8 . 0 2   J u n e   7 . 9 4   J u l y   7 . 4 5   A u g u s t   6 . 7 6   S e p t e m b e r   5 . 8 1   O c t o b e r   5 . 4   N o v e m b e r   4 . 3 9   D e c e m b e r         F i g u r e   4 .   W i n d   s p e e d     T a b l e   2 .   S y s t e m   c o m p o n e n t s   i n   c a s e   A   C o m p o n e n t s   N o .   o f   u n i t s   U n i t   s i z e   P V   1   4 5   k W   B a t t e r y   1 7   4 8   k W h   I n v e r t e r   1   1 1   k W     T a b l e   3 .   N e t   p r e s e n t   c o s t s   i n   c a s e   A   C o m p o n e n t   C a p i t a l   ( $ )   R e p l a c e m e n t ( $ )   O & M   ( $ )   S a l v a g e   ( $ )   T o t a l   (   ) $   P V   2 4 7 , 5 0 0   0   0   0   2 4 7 , 5 0 0   B a t t e r y   1 8 0 , 3 3 6   2 3 3 , 4 3 7   8 5 , 2 7 8   0   4 9 9 , 0 5 1   I n v e r t e r   8 , 8 0 0   2 , 5 1 2   4 , 5 9 8   - 3 7 9   1 5 , 5 3 1   S y s t e m   4 3 6 , 6 3 6   2 3 5 , 9 5 0   8 9 , 8 7 6   - 3 7 9   7 6 2 , 0 8 3       3 . 1 .   C a s e   A :   P V / B a t t e r y   P o w e r   S y s t e m   T h e   P V   w a s   u s e d   a s   t h e   b a s e   l o a d   s u p p l y   w h i c h   p r o d u c e s   D C   p o w e r   w h i c h   i s   c o n v e r t e d   i n t o   A C   p o w e r   b y   u s i n g   a n   i n v e r t e r .   S i n c e   t h e   P V   w i l l   c h a r g e   t h e   b a t t e r y   b a n k ,   t h i s   h a p p e n s   w h e n   t h e r e   i s   e x t r a   p o w e r   a f t e r   m e e t i n g   t h e   d e m a n d   o f   t h e   e n d   u s e r   l o a d .   I f   t h e   P V   c a n n o t   m e e t   t h e   d e m a n d ,   t h e   b a t t e r y   b a n k   w i l l   n o t   b e   c h a r g e d ,   b u t   b e i n g   d i s c h a r g e d   t o   c a t e r   f o r   t h e   d e m a n d .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                        I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   T E L K O M N I K A     V o l .   1 0 ,   N o .   2 ,     J u n e   2 0 1 2   :     3 5 9     4 7 0   3 6 4   T a b l e   2   s h o w s   t h e   o p t i m a l   u n i t   s i z e   a n d   n u m b e r   o f   u n i t s   o f   e a c h   c o m p o n e n t   i n   t h e   s y s t e m .   T o t a l   n e t   p r e s e n t   c o s t   ( c o m p r i s e   o f   c a p i t a l ,   r e p l a c e m e n t ,   O & M   a n d   s a l v a g e )   o f   t h e   P V   s t a n d   a l o n e   s y s t e m   a n d   i t s   e a c h   c o m p o n e n t   i s   i l l u s t r a t e d   i n   T a b l e   3 .   T h e   l e v e l i z e d   c o s t   o f   e n e r g y   ( C O E )   f o r   C a s e   A   i s   e q u a l   t o   0 . 8 5 4   $ / k W h .     3 . 2 .   C a s e   B :   P V / W i n d / B a t t e r y   P o w e r   S y s t e m   T h i s   c a s e   h a s   c o n s i d e r e d   o n l y   b a t t e r y   a s   e n e r g y   s t o r a g e   o p t i o n   w i t h   P V / w i n d   e n e r g y   p o w e r   s y s t e m .   I n   t h i s   c a s e   P V   a n d   w i n d   g e n e r a t o r   a r e   t h e   e l e c t r i c   p o w e r   g e n e r a t o r   d e v i c e s .   T h e r e f o r e ,   9 7 %   o f   t o t a l   e l e c t r i c a l   p r o d u c t i o n   i s   o b t a i n e d   b y   t h e   P V   a n d   3 %   o f   t o t a l   e l e c t r i c a l   p r o d u c t i o n   i s   o b t a i n e d   b y   t h e   w i n d   g e n e r a t o r .   T h e   o p t i m a l   u n i t   s i z e   a n d   n u m b e r   o f   u n i t s   o f   e a c h   c o m p o n e n t   i n   t h e   s y s t e m   i s   s h o w n   i n   T a b l e   4 .   T o t a l   n e t   p r e s e n t   c o s t   o f   t h e   c o m p l e t e   s y s t e m   a n d   i t s   c o m p o n e n t   i s   i l l u s t r a t e d   i n   T a b l e   5 ,   w h i c h   i s   m u c h   h i g h e r   c o m p a r e d   t o   C a s e   A   d u e   t o   t h e   a d d i t i o n a l   p o w e r   g e n e r a t i n g   d e v i c e .   T h e   C O E   f o r   t h i s   c a s e   ( 0 . 8 6 8   $ / k W h )   i s   h i g h e r   t h a n   C a s e   A .       3 . 3 .   C a s e   C :   W i n d / B a t t e r y   P o w e r   S y s t e m   T h i s   c a s e   h a s   c o n s i d e r e d   o n l y   b a t t e r y   a s   e n e r g y   s t o r a g e   o p t i o n   w i t h   w i n d   t u r b i n e   p o w e r   s y s t e m .   I n   t h i s   c a s e   w i n d   g e n e r a t o r   i s   t h e   o n l y   e l e c t r i c   p o w e r   g e n e r a t o r   d e v i c e .         T a b l e   4 .   S y s t e m   c o m p o n e n t s   i n   c a s e   B   C o m p o n e n t s   N o .   o f   u n i t s   U n i t   s i z e   P V   1   4 2   k W   W i n d   T u r b i n e   2   3   k W   B a t t e r y   1 7   4 8   k W h   I n v e r t e r   1   1 1   k W       T a b l e   5 .   N e t   p r e s e n t   c o s t s   i n   C a s e   B   C o m p o - n e n t   C a p i t a l   ( $ )   R e p l a - c e m e n t   ( $ )   O & M   ( $ )   S a l v a g e   ( $ )   T o t a l   (   ) $   P V   2 3 1 , 0 0 0   0   0   0   2 3 1 , 0 0 0   W i n d   t u r b i n e   1 8 , 6 0 0   4 , 5 6 7   5 , 0 7 9   - 6 8 9   2 7 , 5 5 7   B a t t e r y   1 8 0 , 3 3 6   2 3 3 , 4 3 7   8 5 , 2 7 8   0   4 9 9 , 0 5 1   I n v e r t e r   8 , 8 0 0   2 , 5 1 2   4 , 5 9 8   - 3 7 9   1 5 , 5 3 1   S y s t e m   4 3 8 , 7 3 6   2 4 0 , 5 1 7   9 4 , 9 5 5   - 1 , 0 6 8   7 7 3 , 1 4 0       T h e r e f o r e ,   1 0 0 %   o f   t o t a l   e l e c t r i c a l   p r o d u c t i o n   i s   b y   w i n d   g e n e r a t o r .   T h e   o p t i m a l   u n i t   s i z e   a n d   n u m b e r   o f   u n i t s   o f   e a c h   c o m p o n e n t   i n   t h e   s y s t e m   i s   s h o w n   i n   T a b l e   6 .   T o t a l   n e t   p r e s e n t   c o s t   o f   t h e   c o m p l e t e   s y s t e m   a n d   i t s   c o m p o n e n t   i s   i l l u s t r a t e d   i n   T a b l e   7 ,   w h i c h   i s   m u c h   h i g h e r   c o m p a r e d   t o   C a s e   B   d u e   t o   s i n g l e   s t o r a g e   a n d   p o w e r   g e n e r a t i n g   s y s t e m .   T h e   C O E   ( 1 . 6 7 3   $ / k W h )   f o r   t h i s   C a s e   i s   h i g h e r   t h a n   t h e   p r e v i o u s   t w o   c a s e s .         T a b l e   6 .   S y s t e m   c o m p o n e n t s   i n   c a s e   C   C o m p o n e n t s   N o .   o f   u n i t s   U n i t   s i z e   W i n d   t u r b i n e   4 2   3   k W   B a t t e r y   3 0   4 8   k W h   I n v e r t e r   1   1 1   k W       T a b l e   7 .   N e t   p r e s e n t   c o s t s   i n   c a s e   C       F i g u r e   5   i n c l u d e s   t h e   c o s t   s u m m a r y   o f   t h e   P V / b a t t e r y   s y s t e m   w h i c h   i n d i c a t e s   t h a t   t h e   b a t t e r y   i s   v e r y   e f f e c t i v e   i n   c a l c u l a t i n g   t h e   t o t a l   s y s t e m   c o s t s   d u e   t o   t h e   s h o r t   l i f e   t i m e   ( 5   y e a r s ) ,   s o   t h e   b a t t e r y   i s   r e p l a c e d   5   t i m e s   d u r i n g   t h e   p r o j e c t   l i f e   t i m e .   F r o m   H O M E R   s i m u l a t i o n ,   t h e   u s e   o f   s t a n d a l o n e   P V   s y s t e m   w a s   t h e   c h e a p e s t ,   w i t h   t h e   t o t a l   N e t   P r e s e n t   C o s t   ( N P C )   o f   $   7 6 2 , 0 8 3 .   T h i s   w a s   a c c o r d i n g   t o   t h e   g l o b a l   s o l a r   i r r a d i a n c e   o f   6 . 4 9   k W h / m 2 / d .   T h e   m o n t h l y   a v e r a g e   C o m p o n e n t   C a p i t a l     ( $ )   R e p l a c e m e n t     ( $ )   O & M     ( $ )   S a l v a g e     ( $ )   T o t a l     (   ) $   W i n d   t u r b i n e   3 9 0 , 6 0 0   9 5 , 9 1 6   1 0 6 , 6 6 0   - 1 4 , 4 7 1   5 7 8 , 7 0 5   B a t t e r y   3 1 8 , 2 4 0   4 1 1 , 9 4 9   1 5 0 , 4 9 0   0   8 8 0 , 6 7 9   I n v e r t e r   8 , 8 0 0   2 , 5 1 2   4 , 5 9 8   - 3 7 9   1 5 , 5 3 1   S y s t e m   7 1 7 , 6 4 0   5 1 0 , 3 7 7   2 6 1 , 7 4 8   - 1 4 , 8 5 0   1 , 4 7 4 , 9 1 5   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L K O M N I K A     I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0       O p t i m i z a t i o n   a n d   F e a s i b i l i t y   A n a l y s i s   o f   S a t e l l i t e   E a r t h   S t a t i o n ( H a n n a   T .   E l - M a d a n y )   3 6 5   e l e c t r i c   p r o d u c t i o n   i s   s h o w n   i n   F i g u r e   6 .   T h e   P V   a r r a y   p r o v i d e d   e n e r g y   o f   1 0 3 , 0 5 0   k W h / y e a r   ( 1 0 0 % ) .           F i g u r e   5 .   C o s t   s u m m a r y                               F i g u r e   6 .   M o n t h l y   a v e r a g e   e l e c t r i c   p r o d u c t i o n   f o r   P V / b a t t e r y   s y s t e m       3 . 4 .   S e n s i t i v i t y   A n a l y s i s   A   c h a l l e n g e   t h a t   o f t e n   c o n f r o n t s   t h e   s y s t e m   d e s i g n e r   i s   u n c e r t a i n t y   i n   k e y   v a r i a b l e s .   S e n s i t i v i t y   a n a l y s i s   c a n   h e l p   t h e   d e s i g n e r   t o   u n d e r s t a n d   t h e   e f f e c t s   o f   u n c e r t a i n t y   a n d   m a k e   g o o d   d e s i g n   d e c i s i o n s   d e s p i t e   t h e   u n c e r t a i n t y .   A   s e n s i t i v i t y   a n a l y s i s   c a n   b e   p e r f o r m e d   b y   e n t e r i n g   m u l t i p l e   v a l u e s   f o r   a   p a r t i c u l a r   i n p u t   v a r i a b l e .   H O M E R   r e p e a t s   i t s   o p t i m i z a t i o n   p r o c e s s   f o r   e a c h   v a l u e   o f   t h a t   v a r i a b l e .   A n   i n p u t   v a r i a b l e   f o r   w h i c h   y o u   h a v e   s p e c i f i e d   m u l t i p l e   v a l u e s   i s   c a l l e d   a   s e n s i t i v e   v a r i a b l e ,   a n d   m a n y   s e n s i t i v e   v a r i a b l e s   c a n   b e   d e f i n e d .     A   s e n s i t i v i t y   a n a l y s i s   c a n   b e   r e f e r r e d   t o   a s   o n e - d i m e n s i o n a l   i f   t h e r e   i s   a   s i n g l e   s e n s i t i v e   v a r i a b l e .   I f   t h e r e   a r e   t w o   s e n s i t i v e   v a r i a b l e s ,   i t   i s   a   t w o - d i m e n s i o n a l   s e n s i t i v i t y   a n a l y s i s ,   a n d   s o   o n .   H O M E R ' s   h a s   t h e   m o s t   p o w e r f u l   g r a p h i c a l   c a p a b i l i t i e s   w h i c h   i s   d e v e l o p e d   t o   h e l p   a n d   e x a m i n e   t h e   r e s u l t s   o f   s e n s i t i v i t y   a n a l y s e s   o f   t w o   o r   m o r e   d i m e n s i o n s   [ 1 7 ] .     a .   S e n s i t i v i t y   t o   E l e c t r i c a l   L o a d   a n d   W i n d   S p e e d   P r i m a r y   l o a d   d a t a   m a y   b e   s p e c i f i e d   w i t h   a n   a n n u a l   a v e r a g e   o f   2 4 0   k W h / d ,   t h e n   s p e c i f y   1 0 0 ,   a n d   4 2 0   k W h / d   f o r   t h e   p r i m a r y   l o a d   s c a l i n g   v a r i a b l e .   A l s o ,   w i n d   s p e e d   r a n g e s   f r o m   4 . 3 5   m / s   t o   1 0   m / s .   T h e   g r a p h   i n   F i g u r e   7   s h o w s   t h a t ,   f o r   t h e   a s s u m p t i o n s   u s e d   i n   t h i s   a n a l y s i s   ( g l o b a l   s o l a r   r a d i a t i o n   =   6 . 4 9   k W h / m 2 / d ,   a n d   i n t e r e s t   r a t e   =   8 . 2 5 % ) ,   t h e   P V / b a t t e r y   s y s t e m s   a r e   o p t i m a l   f o r   s m a l l   s y s t e m s   ( u p   t o   2 4 0   k W h / d )   a n d   a   w i n d   s p e e d   u p   t o   8 . 5   m / s .   A t   h i g h   w i n d   s p e e d s ,   a s   t h e   l o a d   s i z e   i s   s t i l l   u p   t o   2 4 0 k W h / d ,   t h e   o p t i m a l   s y s t e m   t y p e   c h a n g e s   t o   W i n d / b a t t e r y .   A t   h i g h   w i n d   s p e e d s ,   a s   t h e   l o a d   s i z e   i n c r e a s e s ,   t h e   o p t i m a l   s y s t e m   t y p e   c h a n g e s   t o   P V / w i n d / b a t t e r y .                             P V                                                                                         B a t t e r y                                                 C o n v e r t e r       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                        I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   T E L K O M N I K A     V o l .   1 0 ,   N o .   2 ,     J u n e   2 0 1 2   :     3 5 9     4 7 0   3 6 6       F i g u r e   7 .   S e n s i t i v i t y   t o   e l e c t r i c a l   l o a d   a n d   w i n d   s p e e d       b .   S e n s i t i v i t y   t o   E l e c t r i c a l   L o a d   a n d   S o l a r   I n s o l a t i o n   T w o   p a r a m e t e r s   r e m a i n s   w i t h o u t   a n y   v a r i a t i o n s   ( w i n d   s p e e d = 4 . 3 5   m / s ,   a n d   i n t e r e s t   r a t e = 8 . 2 5 % ) .   W h i l e   t h e   s c a l i n g   p r o c e s s   c h a n g e s   t h e   m a g n i t u d e   o f   t h e   l o a d   d a t a   a n d   g l o b a l   s o l a r   r a d i a t i o n .   F i g u r e   8   d e s c r i b e s   t h e   s e n s i t i v i t y   t o   l o a d   d a t a   a n d   s o l a r   r a d i a t i o n .   A t   s o l a r   i n s o l a t i o n   b e t w e e n   6 . 5   k W h / m 2 / d   a n d   1 0   k W h / m 2 / d ,   t h e   P V / b a t t e r y   s y s t e m   b e c o m e s   c o m p e t i t i v e   t o   P V / w i n d / b a t t e r y   s y s t e m   u p   t o   2 4 0   k W h / d   l o a d   e n e r g y   a t   ( w i n d   s p e e d   =   4 . 3 5   m / s ,   a n d   i n t e r e s t   r a t e   =   8 . 2 5 % )   w h i l e   P V / w i n d / b a t t e r y   i s   t h e   o p t i m a l   c a s e   a t   i n c r e a s i n g   t h e   l o a d   s i z e s   a n d   t h e   s a m e   r a n g e   o f   s o l a r   i n s o l a t i o n .         F i g u r e   8 .   S e n s i t i v i t y   t o   e l e c t r i c a l   l o a d   a n d   g l o b a l   s o l a r   i n s o l a t i o n       c .   S e n s i t i v i t y   t o   W i n d   S p e e d   a n d   S o l a r   I n s o l a t i o n   T w o   v a r i a b l e s   a r e   c o n s i d e r e d ,   s o l a r   i n s o l a t i o n   a n d   w i n d   s p e e d   b u t   t h e   l o a d   a n d   i n t e r e s t   r a t e   i s   s t i l l   c o n s t a n t   ( l o a d   e n e r g y   =   2 4 0   k W h / d ,   a n d   i n t e r e s t   r a t e   =   8 . 2 5 % ) .   F i g u r e   9   e x p l o r e s   t h e   f e a s i b i l i t y   t o   w i n d   s p e e d   a n d   s o l a r   r a d i a t i o n .   T h e   P V / b a t t e r y   s y s t e m   i s   t h e   m o s t   e c o n o m i c a l   s o l u t i o n   a t   h i g h e r   s o l a r   i n s o l a t i o n   a n d   l o w   w i n d   s p e e d ,   i n   c o n t r a s t ,   t h e   w i n d   / b a t t e r y   i s   t h e   c o m p e t i t i v e   s y s t e m   a t   h i g h e r   w i n d   s p e e d   ( b e t w e e n   9 . 2 5   m / s   a n d   1 0   m / s ) .   W h i l e   t h e   P V / w i n d / b a t t e r y   s y s t e m   i s   t h e   o p t i m a l   o n e   a t   w i n d   s p e e d   b e t w e e n   5 . 2   m / s   a n d   9 . 2   m / s .   1 6 0 2 4 0 3 2 0 4 0 0 5 6 7 8 9 1 0 W i n d   S p e e d   ( m / s )   ( m / s ) O p t i m a l   S y s t e m   T y p e R e c e i v i n g   e a r t h   s t a t i o n   L o a d     ( k W h / d )   ( k W h / d ) S y s t e m   T y p e s P V / B a t t e r y W i n d / B a t t e r y W i n d / P V / B a t t e r y F i x e d G l o b a l   S o l a r   =   6 . 4 9   k W h / m ² / d I n t e r e s t   R a t e   =   8 . 2 5   % 1 6 0 2 4 0 3 2 0 4 0 0 6 . 5 7 . 0 7 . 5 8 . 0 8 . 5 9 . 0 9 . 5 1 0 . 0 G l o b a l   S o l a r   ( k W h / m ² / d ) O p t i m a l   S y s t e m   T y p e R e c e i v i n g   e a r t h   s t a t i o n   L o a d     ( k W h / d ) S y s t e m   T y p e s P V / B a t t e r y W i n d / P V / B a t t e r y F i x e d W i n d   S p e e d   =   4 . 3 5   m / s I n t e r e s t   R a t e   =   8 . 2 5   % Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L K O M N I K A     I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0       O p t i m i z a t i o n   a n d   F e a s i b i l i t y   A n a l y s i s   o f   S a t e l l i t e   E a r t h   S t a t i o n ( H a n n a   T .   E l - M a d a n y )   3 6 7       F i g u r e   9 .   S e n s i t i v i t y   t o   w i n d   s p e e d   a n d   g l o b a l   s o l a r   i n s o l a t i o n       3 . 5 .   S e n s i t i v i t y   R e s u l t s   T h e   P V   p r o d u c t i o n   a s   a   f u n c t i o n   o f   g l o b a l   s o l a r   r a d i a t i o n ,   w i n d   s p e e d ,   i s   s h o w n   i n   F i g u r e   1 0   t o   F i g u r e   1 1   r e s p e c t i v e l y .   T h e   P V   p r o d u c t i o n   i n c r e a s e s   w i t h   t h e   g l o b a l   s o l a r   r a d i a t i o n .   I n   c o n t r a s t ,   i t   i s   i n v e r s e l y   p r o p o r t i o n a l   t o   w i n d   s p e e d   d u e   t o   t h e   w i n d   e n e r g y   s y s t e m   c o n t r i b u t e s   w i t h   p e r c e n t a g e   o f   t h e   t o t a l   e n e r g y   p r o d u c t i o n .   T h e   t o t a l   N P C   v e r s u s   t h e   f o u r   d a t a   s e t s   ( l o a d   e n e r g y ,   i n t e r e s t   r a t e ,   g l o b a l   s o l a r   r a d i a t i o n ,   a n d   w i n d   s p e e d )   i s   p r e s e n t e d   i n   F i g u r e   1 2   t o   F i g u r e   1 5   r e s p e c t i v e l y .   I t   i s   f o u n d   t h a t ,   t h e   N P C   i n c r e a s e s   g r a d u a l l y   w i t h   l o a d   e n e r g y   d u e   t o   m o r e   e n e r g y   p r o d u c t i o n   a r e   n e e d e d   t o   c o v e r   t h e   l o a d   d e m a n d .   W h i l e   t h e   N P C   d e c r e a s e d   w i t h   i n t e r e s t   r a t e ,   g l o b a l   s o l a r   r a d i a t i o n ,   a n d   w i n d   s p e e d .   A s   a   r e s u l t   o f ,   t h e   u n i t   s i z e   o f   e a c h   c o m p o n e n t   i n   t h e   s y s t e m   d e c r e a s e s   t o   f e e d   t h e   s a m e   l o a d .           F i g u r e   1 0 .   P V   p r o d u c t i o n   a s   a   f u n c t i o n   o f   s o l a r   i n s o l a t i o n     6 . 5 7 . 0 7 . 5 8 . 0 8 . 5 9 . 0 9 . 5 1 0 . 0 5 6 7 8 9 1 0 W i n d   S p e e d   ( m / s ) O p t i m a l   S y s t e m   T y p e G l o b a l   S o l a r   ( k W h / m ² / d ) S y s t e m   T y p e s P V / B a t t e r y W i n d / B a t t e r y W i n d / P V / B a t t e r y F i x e d R e c e i v i n g   e a r t h   s t a t i o n   L o a d     =   2 4 0   k W h / d I n t e r e s t   R a t e   =   8 . 2 5   % 6 . 8 7 . 2 7 . 6 8 . 0 1 0 3 , 0 0 0 1 0 3 , 5 0 0 1 0 4 , 0 0 0 1 0 4 , 5 0 0 1 0 5 , 0 0 0 1 0 5 , 5 0 0 P V   P r o d u c t i o n   ( k W h / y r ) P V   P r o d u c t i o n   v s .   G l o b a l   S o l a r G l o b a l   S o l a r   ( k W h / m ² / d ) F i x e d R e c e i v i n g   e a r t h   s t a t i o n   L o a d     =   2 4 0   k W h / d W i n d   S p e e d   =   4 . 3 5   m / s I n t e r e s t   R a t e   =   8 . 2 5   % Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                        I S S N :   1 6 9 3 - 6 9 3 0   T E L K O M N I K A     V o l .   1 0 ,   N o .   2 ,     J u n e   2 0 1 2   :     3 5 9     4 7 0   3 6 8     F i g u r e   1 1 .   P V   p r o d u c t i o n   a s   a   f u n c t i o n   o f   w i n d   s p e e d       F i g u r e   1 2 .   T o t a l   N P C   v s .   l o a d   p r o f i l e           F i g u r e   1 3 .   T o t a l   N P C   v s .   i n t e r e s t   r a t e       F i g u r e   1 4 .   T o t a l   N P C   v s .   g l o b a l   s o l a r   i n s o l a t i o n   5 6 7 8 9 1 0 0 3 0 , 0 0 0 6 0 , 0 0 0 9 0 , 0 0 0 1 2 0 , 0 0 0 P V   P r o d u c t i o n   ( k W h / y r ) P V   P r o d u c t i o n   v s .   W i n d   S p e e d W i n d   S p e e d   ( m / s ) F i x e d R e c e i v i n g   e a r t h   s t a t i o n   L o a d     =   2 4 0   k W h / d G l o b a l   S o l a r   =   6 . 4 9   k W h / m ² / d I n t e r e s t   R a t e   =   8 . 2 5   % 2 4 0 2 8 0 3 2 0 3 6 0 4 0 0 7 0 0 , 0 0 0 8 0 0 , 0 0 0 9 0 0 , 0 0 0 1 , 0 0 0 , 0 0 0 1 , 1 0 0 , 0 0 0 1 , 2 0 0 , 0 0 0 1 , 3 0 0 , 0 0 0 T o t a l   N e t   P r e s e n t   C o s t   ( $ ) T o t a l   N e t   P r e s e n t   C o s t   v s .   R e c e i v i n g   e a r t h   s t a t i o n   L o a d   R e c e i v i n g   e a r t h   s t a t i o n   L o a d     ( k W h / d ) F i x e d G l o b a l   S o l a r   =   6 . 4 9   k W h / m ² / d W i n d   S p e e d   =   4 . 3 5   m / s I n t e r e s t   R a t e   =   8 . 2 5   % 8 . 5 9 . 0 9 . 5 1 0 . 0 1 0 . 5 1 1 . 0 1 1 . 5 6 8 0 , 0 0 0 7 0 0 , 0 0 0 7 2 0 , 0 0 0 7 4 0 , 0 0 0 7 6 0 , 0 0 0 7 8 0 , 0 0 0 T o t a l   N e t   P r e s e n t   C o s t   ( $ ) T o t a l   N e t   P r e s e n t   C o s t   v s .   I n t e r e s t   R a t e I n t e r e s t   R a t e   ( % ) F i x e d R e c e i v i n g   e a r t h   s t a t i o n   L o a d     =   2 4 0   k W h / d G l o b a l   S o l a r   =   6 . 4 9   k W h / m ² / d W i n d   S p e e d   =   4 . 3 5   m / s 6 . 8 7 . 2 7 . 6 8 . 0 7 3 0 , 0 0 0 7 3 5 , 0 0 0 7 4 0 , 0 0 0 7 4 5 , 0 0 0 7 5 0 , 0 0 0 7 5 5 , 0 0 0 7 6 0 , 0 0 0 7 6 5 , 0 0 0 T o t a l   N e t   P r e s e n t   C o s t   ( $ ) T o t a l   N e t   P r e s e n t   C o s t   v s .   G l o b a l   S o l a r G l o b a l   S o l a r   ( k W h / m ² / d ) F i x e d R e c e i v i n g   e a r t h   s t a t i o n   L o a d     =   2 4 0   k W h / d W i n d   S p e e d   =   4 . 3 5   m / s I n t e r e s t   R a t e   =   8 . 2 5   % Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.