I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m pu t er   E ng ineering   ( I J E CE )   Vo l.   15 ,   No .   5 ,  Octo b er   20 25 ,   p p .   4 3 4 1 ~ 4 3 5 4   I SS N:  2088 - 8 7 0 8 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijece. v 15 i 5 . pp 4 3 4 1 - 4 3 5 4           4341       J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ij ec e. ia esco r e. co m   O ptima l si zing  an d perf o rma nc e ev a lua tion o f  hy bri d  pho tov o ltaic - win d - ba tt e ry  sy stem  for reliab le  elect ri city supply       Yo us s ef   E l  B a qq a l 1 ,   M o ha m m ed  F er f ra 1 ,   Reda   Ra beh 2   1 D e p a r t me n t   o f   El e c t r i c a l   En g i n e e r i n g ,   M o h a mm a d i a   S c h o o l   o f   E n g i n e e r s,   M o h a mm e d   V   U n i v e r s i t y ,   R a b a t ,   M o r o c c o   2 LER M A   L a b o r a t o r y ,   S c h o o l   o f   En e r g y   E n g i n e e r i n g ,   I n t e r n a t i o n a l   U n i v e r s i t y   o f   R a b a t ,   S a l a   A l   J a d i d a ,   M o r o c c o       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J u l 1 4 ,   2 0 2 4   R ev is ed   J u n   2 2 ,   2 0 2 5   Acc ep ted   J u n   3 0 ,   2 0 2 5       G iv e n   th e   a d v a n tag e s  o f   h y b ri d   re n e wa b le   e n e rg y   s y ste m s  o v e r  sin g le - so u rc e   sy ste m s,  th is  st u d y   p ro p o se s  th e   o p ti m a l  siz in g   a n d   p e r fo rm a n c e   e v a lu a ti o n   o f  a   h y b ri d   p h o to v o lt a ic - win d   b a tt e ry   sy ste m   to   m e e t  th e   e lec tri c it y   d e m a n d   o f  a n   iso lat e d   c o m m u n it y   i n   Da k h la,  M o r o c c o .   Th e   o b jec ti v e   is  t o   a c h ie v e   a n   e c o n o m ica l  a p p r o a c h   t o   e lec tri c it y   g e n e ra ti o n .   P a rti c le  sw a rm   o p ti m iza ti o n   (P S O)  a n d   g re y   wo lf  o p ti m ize r  (G WO)  tec h n iq u e s  we re   u se d   to   d e term in e   th e   o p ti m a l  c o n f ig u ra ti o n   o f  sy ste m   c o m p o n e n ts,  in c l u d i n g   p h o to v o lt a ic  ( PV )   p a n e ls,  win d   tu r b in e s,  a n d   b a tt e r y   sto ra g e .   T h e   a n n u a l  s y ste m   c o st   (ACS)  is  m i n imiz e d   a s  t h e   o p t imiz a ti o n   o b jec ti v e ,   a n d   th e   lev e li z e d   c o st  o f  e lec tri c it y   (LCOE)   is   u se d   fo r   e c o n o m ic   c o m p a riso n .   M ATLAB  se rv e s  a s  th e   p latf o rm   fo r   imp lem e n t a ti o n   a n d   e v a lu a ti o n .   Re su lt s  d e m o n stra te  th e   c o n v e rg e n c e   a n d   e ffe c ti v e n e ss   o f  P S O   a n d   G WO  in   d e li v e rin g   h i g h - q u a li ty   s o lu t io n s.  P S O,   h o we v e r,   a c h iev e s  su p e rio r  s y ste m   re li a b il it y   wit h   a   lo we r  lo ss   o f   p o we r  su p p l y   p ro b a b i li ty   (LP S P )   d u rin g   p e a k   d e m a n d .   T h e   o p t ima l  c o n f ig u ra ti o n   a c h ie v e s  a   m in ima l  LCOE  o f  0 . 1 0 6 5   USD/ k Wh ,   re p re se n ti n g   a   3 3 . 4 4 %   re d u c ti o n   c o m p a re d   to   th e   a p p li c a b le   ra te.  T h e se   fin d in g s   h i g h l ig h t  th e   p o ten ti a l   o f   a d v a n c e d   o p ti m iza ti o n   tec h n i q u e s  t o   i m p ro v e   th e   e c o n o m ic  a n d   o p e ra ti o n a l   p e rfo rm a n c e   o f   h y b ri d   re n e wa b le  e n e rg y   sy ste m s,  m a k in g   th e m   a   v ia b le   so lu ti o n   fo r  r u ra l  e lec tri fica ti o n   in   re g io n s with   li m it e d   g ri d   a c c e ss .   K ey w o r d s :   Gr ey   wo lf   o p tim izatio n   Hy b r id   s y s tem   Op tim izatio n   tech n iq u es   Par ticle  s war m   o p tim izatio n   P h o t o v o l t a i c   w i n d   b a t t e r y   s y s t em   T h is i s  a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Yo u s s ef   E l Baq q al   Dep ar tm en t o f   E lectr ical  E n g i n ee r in g ,   M o h am m a d ia  Sch o o l   o f   E n g in ee r s ,   Mo h am m ed   V  Un iv er s ity     I b n   Sin a   B . P 7 6 5 ,   Ag d al  R ab a t,  R ab at  1 0 0 0 0 ,   Mo r o cc o   E m ail: y o u s s ef . elb aq q al@ u m 5 r . ac . m a       1.   I NT RO D UCT I O N   T h e  in cr ea s in g   e n er g y   d em an d ,   as  well  as  th e  f o cu s   o n   t h e  u s e  o f   r en ewa b le  en er g ies  f o r   elec tr icity   p r o d u ctio n ,   esp ec ially   f o r   r u r al  elec tr if icatio n ,   h as  r esu lte d   in   th e  ad v an ce m en t  o f   in n o v ativ e  m eth o d s   to   im p r o v e  th e  ef f icien c y   o f   r en e wab le  en er g y   s y s tem s .   T o   ad d r ess   th e  i s s u es  a s s o ciate d   wi th   th e  lim itatio n s   o f   th ese  s y s tem s ,   th e  id ea   o f   a  h y b r id   r en ewa b le   en er g y   s y s tem   ( HR E S)  h as  b ee n   s u g g ested ,   wh ich   in teg r ates  r en ewa b le  e n er g y   r eso u r ce s   lik e  s o lar   p h o to v o ltaic  ( PV)   an d   win d   en er g y ,   alo n g   w ith   en er g y   s to r a g e   s o lu tio n s .   Su ch   s y s tem s   m ay   b e  m o r e  ef f icien t a n d   r eliab le  th an   th o s e  r ely in g   o n   a  s in g u lar   en er g y   s o u r ce   [ 1 ] .  Mo r eo v er ,   th ey   o p tim ize  th e   u s e  o f   ex is tin g   r eso u r ce s   an d   lo wer   th e  e x p en s es  ass o ciate d   with   en er g y   p r o d u ctio n .   I n   r ec en t  y ea r s ,   th er e  h as  b ee n   a  n o tab le  r is e  in   r esear ch   in ter est  in   HR E Ss ,   h ig h lig h tin g   a   g r o win g   r ec o g n itio n   o f   th eir   p o ten tial.  T h e  p r im ar y   f o cu s   o f   th ese  s tu d ies  h as  ce n ter ed   ar o u n d   o p tim izin g   HR E Ss   to   m in im ize  s y s tem   co s ts ,   wh ile  co n s id er atio n s   f o r   r ed u cin g   ca r b o n   e m is s io n s   h av e  also   g ain ed   atten tio n .   T h is   o p tim izatio n   in v o lv es  f o r m u latin g   an   o b jecti v e  f u n ctio n   t h at  co n s id er s   v ar i o u s   p ar am eter s   a n d   lim itatio n s ,   in teg r atin g   tech n ical,   f in an cial,   an d   en v ir o n m e n tal  f ac to r s .   T h is   is   a  co m p lex   an d   m u ltifa ce ted   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   5 ,  Octo b e r   20 25 :   4 3 4 1 - 4 3 5 4   4342   ch allen g e  th at   r eq u ir es  a  c o m p r eh en s iv e   u n d er s tan d in g   o f   v ar io u s   o b jectiv es,  f ac to r s ,   an d   lim itatio n s .   T h ese   s y s tem s   in v o lv e  a  r an g e   o f   o b jectiv es,  v ar iab les,  an d   co n s tr ain ts ,   wh ich   ca n   b e  s in g le - o b jectiv e  o r   m u lti - o b jectiv e,   in teg e r   o r   d is cr ete,   an d   lin ea r   o r   n o n li n ea r ,   m a k i n g   th em   a  h i g h ly   c o m p lex   p r o b lem   [ 2 ] .   Dif f e r en t   m eth o d s   h a v e  e m er g ed   to   h an d le  th e   ch allen g es  o f   o p ti m izin g   th e   p er f o r m a n ce   o f   HR E Ss ,   in clu d in g   m etah eu r is tics   alg o r ith m s   s u ch   as  p ar ticle  s war m   o p tim iza tio n   ( PS O)   an d   g r ey   wo lf   o p tim izatio n   ( GW O) .   Me tah eu r is tic  m eth o d s   ar e  ty p ically   in s p ir ed   b y   n atu r al  p r o ce s s es   [ 3 ] .   Hav in g   an   ex ce s s iv e  ca p ac ity   in   HR E Ss   m ig h t  m ak e  th e  in itial  co s t  h ig h er .   Ho wev er ,   if   th e  s y s tem   d o es   not   h a v e  en o u g h   ca p ac ity ,   it  ca n no t  g u ar an tee  a  r eliab le  p o wer   s u p p ly .   So ,   it   i s   im p o r tan t  to   f in d   th e  r i g h t  b alan ce   a n d   o p tim ize  th e  s y s tem 's   ca p ac ity   to   en s u r e  b o th   co s t - e f f ec tiv en ess   an d   lo n g - ter m   r el iab ilit y   [ 4 ] .   Op tim izin g   h y b r id   r en ewa b le  en e r g y   s y s tem s   aim s   to   d ev elo p   a  s o lu tio n   th at  ef f ec tiv ely   in teg r at es  m u ltip le  en er g y   s o u r ce s ,   ac h iev in g   a  b alan ce   b etwe en   m in im izin g   co s ts   an d   en s u r in g   a  r eliab le  p o wer   s u p p ly   [ 5 ] .   k e y   p ar am eter s   u s ed   in   th e  o p tim izatio n   p r o ce s s ,   p ar ticu lar ly   in   ter m s   o f   ec o n o m ic  an d   r eliab ilit y   cr i ter ia.   Ad d itio n ally ,   am o n g   t h e   ec o n o m ic  cr iter ia,   th e  an n u al  s y s tem   co s t  ( ASC )   an d   th e  lev elize d   co s t  o f   elec tr icity   ( L C OE )   ar e  h ig h lig h ted   as  th e  m o s t   co m m o n l y   u tili ze d   [ 1 ] .   T h e  s tu d ies  co n d u cted   in   M o r o cc o   o n   HR E Ss ,   p ar ticu lar ly   PV/ win d   HR E Ss ,   h av e  m ad e  s ig n if ican t  co n tr ib u tio n s   to   t h e  o p tim izatio n   an d   f ea s ib ilit y   o f   t h ese  s y s tem s   in   v ar i o u s   co n tex ts .   A  r ec en t  s tu d y   co n d u cte d   b y   B o u a f ia  et  a l .  [ 6 ]   s p ec if ically   aim ed   to   o p ti m ize  th e  s izin g   o f   a  PV/ win d   tu r b in e   HR E S  in   1 2   lo ca tio n s   in   Mo r o cc o .   T h e  P SO  alg o r ith m   was  u s ed   t o   m in im ize  th e  L C OE   wh ile  ac h iev in g   th e   d esire d   an n u al  o u tp u t.  An o th er   s tu d y   b y   E l  B o u jd ian i  et   a l .  [ 7 ]   o p tim ized   a  s tan d - alo n e   PV/win d /b atter y /d iesel  h y b r id   en er g y   s y s tem   u s in g   th e  PS O  alg o r ith m ,   en s u r in g   a  r eliab le  an d   c o s t - ef f ec tiv e   p o wer   s u p p l y   f o r   r em o te  ar ea s   in   two   cities  in   Mo r o cc o .   Fu r th er m o r e,   B ey o u d   an d   B o u h ao u s s   [ 8 ]   in v esti g ated   th e  f ea s ib ilit y   an d   o p tim izatio n   o f   a  h y b r i d   g en er ato r - p h o to v o ltaic - win d   f ar m   s y s tem   f o r   a   to u r is t  l o d g e  in   Gu er g ar at,   s o u th west  Mo r o cc o .   T h eir   s tu d y   co n s id er ed   lo a d   p r o f ile  co n s tr ain ts   an d   p r o v id e d   v al u ab le  in s ig h ts   f o r   d esig n in g   co s t - ef f ec tiv e   an d   s u s tain ab le  en er g y   s y s tem s   i n   r em o te  ar ea s .   Ad d itio n ally ,   Kh ar r ich   et   a l .  [ 9 ]   p r esen t  a  n o v el  ap p licatio n   o f   th e  eq u ilib r i u m   o p ti m izer   f o r   th e  o p tim al  d e s ig n   o f   a  h y b r i d   PV/ win d /d iesel/b atter y   m icr o g r id   in   Dak h la,   Mo r o cc o .   T h ey   aim ed   to   m in im ize  co s ts ,   im p r o v e  s y s tem   s tab ilit y ,   an d   en h an ce   r e n ewa b le  en er g y   in te g r atio n .   I n   a n o th er   s tu d y ,   E l - Ho u ar i  et  a l .  [ 1 0 ]   ass ess ed   th e  v iab ilit y   o f   a  h y b r id   r en ewa b le  p o wer   g en e r atio n   s y s tem   to   p r o v id e  s u s tain ab le  elec tr icity   in   th e  r em o te   v illag e  o f   T az o u ta  in   th e  Fe s   Me k n es  r eg io n   o f   Mo r o cc o ,   u s in g   HOM E R   s o f twar e.   An o u n e  et  a l .  [ 1 1 ]   f o cu s ed   o n   th e  s izin g   o p t im izatio n   o f   a  PV/ win d /b a tter y   h y b r id   r en ewa b le  en e r g y   s y s tem   wit h   elec tr o ch em ical  s to r ag e.   T h e y   aim ed   to   m ee t  th e  lo a d   d e m an d   o f   a n   in d u s tr ial  p r o to ty p e  an d   d e v elo p e d   a   h eu r is tic  ap p r o ac h   b ased   o n   a  g en etic  alg o r ith m .   MA T L AB   wa s   u s ed   to   s o lv e  th e  s izin g   o p tim izatio n   p r o b lem .   Fu r th er m o r e,   Mo u a ch i  et  a l .  [ 1 2 ]   d is cu s s ed   th e  i n cr ea s in g   n ee d   f o r   r en ewa b le   en er g y   s y s tem s   to   m ee t  elec tr icity   d em an d   wh il e  r ed u cin g   co s ts   an d   en v ir o n m en tal  im p ac t.  T h ey   p r o p o s ed   a  n at u r e - in s p ir e d   o p tim izatio n   alg o r ith m   ca lled   MD PS O  to   o p tim ize  th e  s izin g   o f   an   a d v an ce d   h y b r id   m icr o g r id   ( A - HM G)   in   a   f is h in g   v illag e   in   Mo r o cc o .   T h e  au th o r s   f ir s t  p r o p o s ed   a   s m ar t  en er g y   m an ag em e n t  s ch em e  ( SEM S)  to   co o r d in ate  th e  p o wer   f lo w  am o n g   th e  d if f e r en t c o m p o n e n ts   o f   th e  A - HM G.   T h ey   th en   in te g r ated   th e  MD PS O   alg o r ith m   with   t h e  SEM S  to   p er f o r m   th e   o p tim al  s izin g   f o r   an   A - HM G  in   a   f is h in g   v illag e  lo ca ted   in   E s s ao u ir a,   Mo r o cc o .   T h e   co m p o n en ts   c o n s id er ed   in   th e   A - HM G  ar e  p h o to v o ltaic  p a n els  ( PV) ,   win d   tu r b i n es  ( W T s ) ,   b atter y   s to r ag e  s y s tem s ,   an d   d iesel  g en er ato r s   ( DGs).   L astl y ,   E l  Hain i  an d   Sak a  [ 1 3 ]   p r esen ted   a   tech n o - ec o n o m ic  ass ess m en t  o f   a  PV/ win d   tu r b in e/b atter y   h y b r id   en e r g y   s y s tem   f o r   p o w er in g   a  s tan d - alo n e   lo ad   in   Mo r o cc o .   Usi n g   HO ME R   s o f twar e,   th e   s tu d y   co n clu d ed   th at  t h e  PV/B atter y   s y s tem   is   th e  m o s t  ec o n o m ically   f e asib le  co n f ig u r atio n   in   th e  s elec ted   g eo g r ap h ical  lo ca tio n s .     T h e  ad o p tio n   o f   HR E Ss   is   s t ill  g ain in g   s ig n if ican t  atten tio n   in   Mo r o cc o   f o r   ap p licatio n s   s u ch   as   s ea wate r   d esalin atio n   an d   r u r al  elec tr if icatio n ,   with   th e  latter   p r esen tin g   a  v e r itab le  is s u e  wh er e  p r o v id in g   r eliab le  an d   s u s tain ab le  elec tr icity   to   is o lated   co m m u n ities   in   r eg io n s   s u ch   as  Dak h la,   M o r o cc o .   T o   a d d r ess   th is   is s u e,   th is   s tu d y   f o cu s es  o n   th e  s im u latio n   an d   o p tim izatio n   o f   an   HR E S  th at  co m b in es  p h o to v o ltaic  ( PV) ,   win d   p o wer ,   an d   b atter y   s to r ag e   tech n o lo g ies  to   m ee t  th e  en e r g y   n ee d s   o f   r em o te   co m m u n ities .   A  k ey   co n tr ib u tio n   o f   th is   s tu d y   is   th e  em p h asis   o n   d esig n in g   HR E Ss   th at  n o t  o n ly   m in im ize   co s ts   b u t  also   en s u r e   a   co n s is ten t  an d   r eliab le  en er g y   s u p p ly .   W h ile  a  s y s tem   m ay   ap p ea r   ec o n o m ically   attr ac tiv e  d u e  to   a  lo w  L C OE ,   its   p r ac tical  ef f ec tiv e n ess   lies   in   its   ab ilit y   to   m e et  d em an d   at  all  tim es.  T h e r ef o r e,   in co r p o r atin g   r eliab ilit y   m etr ics  s u ch   as   th e  lo s s   o f   p o wer   s u p p ly   p r o b a b ilit y   ( L PS P)  in to   th e  o p tim iz atio n   f r am ewo r k   is   ess en tial.  T h is   m ea s u r e  ev alu ates  th e  s y s tem 's  ca p ab ilit y   to   m ee t  en er g y   d em a n d s   u n d e r   d if f er en t  co n d itio n s .   Prio r itizin g   co s t  s av in g s   with o u t  co n s id er in g   r eliab ilit y   co u ld   r esu lt  in   p o wer   s h o r t ag es,  wh ich   wo u ld   co m p r o m is e  th e  g o als o f   r u r al  elec tr if icatio n   an d   s u s tain ab le  en er g y   a v ailab ilit y .   T h e  p r im ar y   p u r p o s e  o f   th is   wo r k   is   to   cr ea te  a  m ath em atica l  m o d el  o f   an   au to n o m o u s   h y b r i d   PV/win d / b atter y   en er g y   s y s tem   f o r   g en e r atin g   elec tr icity   in   an   is o lated   ar ea .   T h e  o b jectiv e   is   to   d eter m in e  th e  ap p r o p r iate  s izes  o f   th e   co m p o n en ts   u s ed   in   th e   p r o p o s e d   s y s tem   to   ac h ie v e  th e   lo w est  L C OE .   W h ile   en s u r in g   a   s p ec if ic  lev el  o f   r eliab ilit y .   T h e  p r o p o s ed   s y s tem ' s   o b jectiv e  f u n ctio n   is   th e  an n u al  s y s tem   co s t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         Op tima l siz in g   a n d   p erfo r ma n ce   ev a lu a tio n   o f  h yb r id   p h o to vo lta ic - w in d - b a tter y   …   ( Yo u s s ef  E l B a q q a l )   4343   ( ASC ) .   T h e  GW O   an d   PSO   alg o r ith m s   ar e  u tili ze d   to   f in d   th e  b est  c o n f ig u r atio n   f o r   t h e  p r o p o s ed   HR E S.  T h ese  alg o r ith m s   wer e  s elec ted   d u e  to   t h eir   ab ilit y   to   d eliv er   p r ec is e  an d   d ep en d ab le  o u t co m es  u s in g   f ewe r   co n tr o l  p ar am eter s   in   co m p a r is o n   to   o t h er   ev o lu tio n a r y   alg o r ith m s .   T h e  c h o ice  o f   th ese  al g o r ith m s   is   d r iv en   b y   th eir   p o ten tial  to   p r o v id e   ac cu r ate  an d   r eliab le  r esu lts   with   a  r elativ ely   s m aller   n u m b er   o f   co n tr o l   p ar am eter s   co m p a r ed   to   o th er   ev o lu tio n a r y   alg o r ith m s .   T o   ass es s   th e  ef f icac y   o f   th e  p r o p o s ed   ap p r o ac h ,   th e   r esu lts   o b tain ed   f r o m   th e  ap p licatio n   o f   th e  GW O  alg o r ith m   ar e  co m p ar ed   a g ain s t  th e  p er f o r m an ce   o f   th e   PS O  alg o r ith m .   A  b r ief   co m p ar is o n   is   m ad e  b ased   o n   th e  L C OE .   T h e  co n f ig u r atio n   with   th e  lo west  L C OE   is   co n s id er ed   id ea l.       2.   M E T H O D    2 . 1 .     Sy s t e m   co m po nents m o dellin g   T h e  f ig u r e  p r o v id ed ,   Fig u r e   1   s h o ws  th e  s ch em atic  d iag r am   o f   th e  h y b r id   PV/ win d /b atter y   s y s tem   s tu d ied   in   th is   r esear ch .   T h is   s y s tem   co n s is ts   o f   s ev er al  co m p o n en ts :  PV  p an els,  win d   tu r b in es,  th e  B atter y   s to r ag e  s y s tem ,   an d   a  lo ad .   T h e  s y s tem   is   d esig n ed   f o r   an   is o lated   co m m u n ity .   T o   estab lis h   th e  co n n ec tio n   to   th e  d ir ec t  cu r r en t ( DC )   b u s   s y s tem ,   th e  win d   tu r b in es,  PV  p an els,  an d   b atter y   s to r ag e  ar e  ap p r o p r iately   lin k ed   th r o u g h   in v er ter s   o r   co n v er ter s .   On   th e  o th er   h an d ,   th e  lo ad   is   co n n ec ted   to   th e  alter n atin g   cu r r en t  ( AC )   b u s   s y s tem .   W h en   r en ewa b le  e n er g y   s o u r c es,  win d   tu r b in es,  an d   PV  ar r a y s   g en er ate  s u f f icien t  p o wer   t o   m ee t  th e   d em an d ,   all  th e  elec tr icity   is   d ir ec tly   s u p p lied   to   th e  lo ad .   E x ce s s   p o wer   is   th en   s to r ed   in   th e  b atter y   b an k .   I n   in s tan ce s   wh er e  th e   g e n er ated   p o wer   f alls   s h o r t   o f   m ee tin g   th e  d em a n d ,   th e  s to r e d   p o wer   in   t h e  b atter ies  is   u tili ze d   to   co m p e n s ate  f o r   t h e  d ef icit.            Fig u r e  1 .   Ov e r v iew  o f   th e  p r o p o s ed   h y b r id   PV/W T / b atter y   s y s tem       2 . 1 . 1 .   Sim ple  ef f iciency   P V  m o du le  m o del   T h e  p o wer   p r o d u ce d   is   ca lcu lated   ac co r d in g   to   [ 1 4 ] :      ( ) =   ( ) ( )     ( 1 )     wh er e     is   th e  n u m b er   o f   PV  u n it  ( Kw) ,   μ   is   th e  ef f icien cy   o f   t h e  in v er ter ,     is   a  r ep r esen ts   th e  d er atin g   f ac to r ,   in clu d in g   s ev er al  lo s s es  s u ch   as  s o ilin g   an d   s h ad in g .   W h ile,    ( ) ,   im p lies   th e  ac tu al  o v er all  ef f icien cy   o f   th e  s o lar   m o d u le  an d   ( )   s y m b o lizes th e  to tal  r ad ia tio n   r ec eiv ed   b y   th e   m o d u les at  tim e  .   T h e  p r ec is e  esti m atio n   o f   s o la r   r ad iatio n   r ec eiv ed   b y   th e   s o lar   f ield   h o l d s   s ig n if ican t   im p o r tan ce   as  it   s er v es  as  a  f u n d am en tal  f ac t o r   in   d eter m in in g   t h e  elec tr icity   en er g y   p r o d u ctio n   p o ten tial  o f   PV  p lan ts .   Ho wev er ,   th e  av ailab le  d ata  m ay   n o t  alwa y s   b e  e x ac tly   w h at  we  u s e  f o r   ca lcu latio n .   F o r   ex am p le,   Glo b al  s o lar   r ad iatio n   m ea s u r em en ts   ar e  ty p ically   tak en   o n   h o r iz o n tal  p lan es,  wh er ea s   s o lar   P V  m o d u les  ar e  n o t   in s talled   h o r izo n tally   b u t  at  a  ce r tain   an g le  o r   with   a  tr ac k in g   s y s tem   to   o p tim ize  th e   r ec ei v ed   s o lar   r a d iatio n .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   5 ,  Octo b e r   20 25 :   4 3 4 1 - 4 3 5 4   4344   T o   im p r o v e  th e   ac cu r ac y   o f   th e  d ata,   it  is ,   th er e f o r e,   n ec es s ar y   to   co n v er t  th e   av ailab le  d ata  in to   u s ef u l  d ata.   T o   d o   s o ,   th e  ca lcu latio n   o f   s o lar   p o s itio n   an d   s o lar   r ad iatio n ,   as we ll a s   th e  co n ce p tio n   co n d itio n s   s u ch   as th e   tilt   an g le  an d   o r ien tatio n ,   s h o u ld   b e  co n s id er ed .   T h is   p ar t  i s   n o t  in clu d ed   in   th is   p ap er ,   b u t  it   i s   tak en   in to   ac co u n t in   t h e  ca lcu latio n   p r o c ess .   T h e  ac tu al  ef f icien cy   o f   th e  PV m o d u le  at  tim e  t is ca lcu lated   as  ( 2 ) :        ( ) =  _ ( 1 + ( ( ) − _ ) )   ( 2 )     wh er e    _   r ep r esen ts   th e  n o m in al  ef f icien cy   o f   th e  PV  m o d u le,     is   th e  tem p er atu r e  f ac to r   ( ex p er im e n tally   m ea s u r e d   b y   th e  co n s tr u ct o r ) .  Ad d itio n ally ,     is   th e  te m p er atu r e  o f   t h e  PV  m o d u le   u n d er   STC.   T h e  ac tu al  o p er atin g   te m p er atu r e  at  wh ich ,     is   ca lcu lated   b ased   o n   th eir   r ate d   o p er atin g   tem p er atu r e   [ 1 4 ] .     2 . 1 . 2 .   Wind   m o del   I n   th e  liter atu r e,   v ar io u s   m o d els  ar e  em p lo y ed   t o   esti m ate  th e  o u tp u t  p o wer   p r o d u ctio n   o f   win d   tu r b in es.  T h ese  m o d els  t y p ic ally   co n s id er   d if f e r en t  win d   s p ee d   r an g es  an d   em p l o y   d is tin ct  ch ar ac ter is tic  tech n iq u es  to   ev alu ate  th e   p er f o r m an ce   o f   th e  win d   tu r b in e.   T h e  win d   tu r b in e  p o wer   g en er atio n      ca n   b e   p r esen ted   as  ( 3 )   [ 1 5 ] :     {    ( ) = 0          ( ) = . ( ) 3 − .    ( ) =   | ( ) <         ( ) >         ≤ ( ) < ( ) ≥ }   ( 3 )     wh er e ,       {         = ( 3 −  3 ) ⁄ =  3 ( 3 −  3 ) ⁄ = 0 , 5 .  . . .  . 3     ( 4 )     in   th is   co n text ,    r ef e r s   to   th e   r ated   p o wer   o f   th e  win d   tu r b in e,   wh ich   r e p r esen ts   th e  m a x i m u m   p o wer   it  ca n   g en e r ate  u n d er   o p tim al   co n d itio n s .   T h e   p ar am eter      s ig n i f ies  th e  r o t o r   ar ea ,   th e   ter m      s tan d s   f o r   th e   cu t - in   win d   s p ee d .   On   th e   o t h er   h an d ,     d en o tes  th e   r ated   win d   s p ee d .   L astl y ,   V o ut     r ep r esen t s   th e  cu t - o f f   win d   s p ee d .   Acc o r d i n g   to   th e  s p ec if icatio n s   p r o v id e d   in   r ef e r en ce   [ 1 6 ] ,   we  h av e  a d o p te d   a n   air   d en s ity   ( )   v alu e  o f   1 . 2 2 5   k g /m ³  f o r   o u r   c alcu latio n s .   Ad d itio n ally ,   we  h av e  u tili ze d   a  p o wer   co e f f ici en t ( )   o f   0 . 4 4 .       2 . 2 .     M a na g e m ent   s t ra t e g ies  o f   H RE Ss   W h en   s izin g   a  h y b r id   PV/ win d /b atter y   s y s tem ,   ca r ef u lly   ev alu atin g   ea ch   co m p o n e n t' s   co n tr ib u tio n   an d   d eter m in in g   th e  r e q u ir ed   s to r ag e  ca p ac ity   a r e  cr itical  s tep s .   T h ese  co n s id er atio n s   n ee d   to   b e   ad ap te d   to   th e  s ite  wea th er   d ata ,   th e  tec h n ical  ch ar ac ter is tics ,   an d   th e   co n ce p tio n   co n d itio n s   o f   ea ch   s y s tem ,   an d   th e   p r o f ile  o f   th e   lo ad   b ein g   s u p p lied .   T o   s elec t  th e  b est  d esig n   f o r   a  h y b r id   PV/ win d /b atter y   s y s tem ,   a n   o p tim izatio n   alg o r ith m   is   em p lo y ed .   T h is   alg o r ith m   aim s   to   o p tim ize  th e  p r o p o s ed   s y s tem   b y   co n s id er in g   s p ec if ic  cr iter ia,   s u ch   as r eliab ilit y   an d   co s t - ef f ec tiv e n ess .     I n   th is   co n tex t,  th e  HR E S  wit h   th e  s p ec if ic  b alan ce   b etwe en   PV  an d   win d   is   d e s ig n ed   to   r ep ly   to   th e  d esire d   lo ad ,   t h e  to tal  p r o d u cti o n   co u l d   b e  wr itten   as  ( 5 ) :     ( ) =  .  ( ) +  .  ( )   ( 5 )     wh er e     ( ) ,   ( )   ar e  p o wer   p r o d u ctio n   b y   PV  an d   win d   t u r b in e   at  t im e  t ,   wh ich   c o u ld   b e  ca lcu l ated   u s in g   ( 1 )   a n d   ( 4 ) ,   r esp ec tiv ely .   W h ile,      is   th e  n u m b e r   o f   PV  s y s tem   u n it  ( K W )   an d      is   th e  n u m b er   o f   win d   s y s tem   u n it ( KW ) .   Fo r   ea ch   c o n f ig u r atio n   (  ,    ) ,   a   to tal  g en er ate d   p o wer   co u ld   b e  ca lcu lated ;  t h is   latter ,   in   a  ce r tain   tim e  t ,   co u ld   b e  eq u al,   g r ea ter ,   o r   less   th an   th e  r eq u ir ed   l o ad   at  th is   tim e.   Fo r   th is   r ea s o n ,   th e   in teg r atio n   o f   a  b atter y   s to r a g e  s y s tem   is   n ec ess ar y .   T h e   r eq u ir ed   to tal  b atter y   ca p ac ity   ca n   b e  d eter m in ed   th r o u g h   a  d etailed   s izin g   p r o c ess .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         Op tima l siz in g   a n d   p erfo r ma n ce   ev a lu a tio n   o f  h yb r id   p h o to vo lta ic - w in d - b a tter y   …   ( Yo u s s ef  E l B a q q a l )   4345   2 . 3 .     B a t t er y   s izing   Fo r   ea ch   co m b in atio n   o f   PV  an d   win d   co n f ig u r atio n s ,   a  s p ec if ic  b atter y   ca p ac ity   n ee d s   to   b e   in s talled   to   m ee t  th e  d esire d   l o ad .   T h e  d eter m in atio n   o f   th is   ca p ac ity   ca n   b e  d o n e  t h r o u g h   a  s izin g   p r o ce s s .   I t  is   cr u cial  to   co n s id er   th e  s tate  o f   ch ar g e  ( SOC )   o f   th e  b atter y   b an k   in   th is   co n tex t.  T wo   k ey   m o d es  s h o u ld   b e  co n s id er ed   in   th is   co n tex t .     2 . 3 . 1 .   Cha rg ing   mo de   I n   th e  ch a r g in g   m o d e,   th er e  a r e  also   two   s u b - m o d es:   a.   W h en   win d   p o wer   p r o d u ctio n   ex ce ed s   th e  r eq u ir ed   lo a d ,   th e  s u r p lu s   en er g y   is   s to r ed   af te r   s u p p ly in g   th e  lo ad   d ir ec tly .   I n   th is   s ce n ar io ,   th e  ch ar g in g   p o wer   is   ca lcu lated   with   th e  f o r m u la   ( 6 ) :     ℎ   ( ) = (  ( ) −  ( ) ) .  +  ( )   ( 6 )     T h e  en er g y   ch a r g ed   at  tim e   t ,  ℎ ( ) ,   is   ca lcu lated   as:     ℎ ( ) = ℎ ( ) . 1ℎ   ( 7 )     I n   ca s es  wh er e  th e  win d   p o we r   p r o d u ctio n   is   n o t  en o u g h   to   s atis f y   th e  d em an d .   T h e  a v ailab le  p r o d u ce d   win d   en er g y   is   in jecte d   an d   th e  s o la r   en er g y   is   u s ed   to   b r id g e  th e  g ap .   T h e  ch a r g er   p o wer   is   ca lcu lated   ac co r d in g   to   ( 8 ) :     ℎ   ( ) =  ( ) − (  ( ) −  ( ) ) /    )     ( 8 )       I n   th e  ca s e  o f   ch ar g in g   m o d e,   th e  s tate  o f   th e  b atter y   is   ca lc u lated   u s in g   ( 9 )   as  f u n ctio n   o f   th e  s tate  o f   ch ar g e  in   p r ev io u s   tim e  ( − 1 ):     ( ) = ( − 1 ) + ℎ     ( 9 )     Ho wev er ,   th is   s tate  o f   ch ar g e   at  tim e  t n o ted   ( )   is   co n d io n n ed   b y   th e  n ex t c o n d itio n s :     ℎ ( ) ≤ ( + ( − 1 ) )     ( 1 0 )     wh er e    is   th e  m ax im al  SOC   a n d   E b ( t − 1 )   r ep r esen t  th e  SOC   in   p r e v io u s   tim e  ( − 1 ) ,   th is   co n d itio n   im p lies   th at  ( )   in   all  tim e  m u s t  b e  less   th an   th e  SOC   m ax im al.   I f   th er e  is   an   ex ce s s   o f   e n er g y   wh en   th e   b atter y   r ea ch es  its   m ax im u m   SOC ,   a  s i tu atio n   o f   wasted   en er g y   m ay   o cc u r   as  a  r esu lt  o f   ex ce s s iv e  g en er atio n ,   th e  ex ce s s   is   d u m p e d   u s in g   a  d u m p e d   lo ad   [ 7 ] .     2 . 3 . 2 .   Dis cha rg ing   m o de   I n   th is   s ce n ar io ,   ( 1 1 )   is   em p lo y ed   to   ca lcu late  th e   d is ch ar g e  p o wer .       ℎ ( ) = (  ( ) / ƞ  ) −  ( ) −  ( )   ( 1 1 )     T h e  en er g y   d is ch ar g ed   at  tim e   ,  E s i t ch ( t ) ,   is   ca lcu lated   as:      ℎ ( ) =   ℎ ( ) . 1ℎ     ( 1 2 )     I n   th e   ca s e   o f   d is ch ar g in g   m o d e,   th e   s tate  o f   th e  b atter y   is   ca lcu lated   u s in g   ( 13 )   as  a   f u n ctio n   o f   th e   s tate  o f   ch ar g e  in   p r ev i o u s   tim e  ( − 1 ):     ( ) = ( − 1 ) −   ℎ ( )   ( 1 3 )     Ho wev er ,   th is   s tate  o f   ch ar g e   at  tim e    n o ted   ( )   is   co n d io n n ed   b y   th e  n e x t c o n d itio n s :     ℎ ( ) = ℎ ( ) . 1ℎ   ( 1 4 )     wh er e,   ,   is   th e  m in im u m   s tate   o f   th e   b atter y .   Fig u r e   2   ill u s tr ates  a  b asic  f lo w  ch ar t   o u tlin in g   th e   o p er atio n al  s tr ateg y   o f   t h e  p r o p o s ed   HR E S,  wh ich   also   co v e r s   b atter y   m an a g em en t.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   5 ,  Octo b e r   20 25 :   4 3 4 1 - 4 3 5 4   4346       Fig u r e  2 .   Ov e r v iew  o f   th e  o p e r atin g   s tr ateg y   f o r   th e  p r o p o s e d   HR E S       2. 4 .    O pti m iza t io n  pro blem   f o rm ula t io n   T h e  o b jectiv e  f u n ctio n   (  )   o f   th e  p r o p o s ed   h y b r id   PV/W T / b atter y   s y s tem   is   d esig n ed   to   r ed u ce   th e   an n u alize d   s y s tem   co s t  ( ASC )   wh ile  s atis f y in g   th e  co n s tr ain t  th at  t h e  p o wer   s y s tem ' s   r eliab ilit y   r em ain s   with in   a  p r ed ef in ed   l im it  ( L PS P  <   L PS P* ) .   Sp ec if ically ,   th e  o b jectiv e  is   to   d et er m in e  th e  o p tim al   v alu es  f o r    ,  ,  an d     r ep r esen tin g   t h e  n u m b er   o f   PV,  win d   tu r b i n es,  an d   b atter y   u n its ,   r esp ec tiv ely ,   th at  s atis f y   th is   o b jectiv e  f u n c tio n .   T h e  c o n f ig u r atio n   with   t h e  least  ASC   i s   d ee m ed   th e  m o s t  o p tim al  s o lu tio n   to   lo wer   th e  lev elize d   co s t o f   e n er g y   ( L C OE ) .   I n   th is   ca s e,   th e  o p tim izatio n   p r o b lem   is   f r am e d   to   m in im iz e  th e  ASC ,   s u b ject  to   s p ec if ic  co n s tr ain ts   th at  will  b e  d is cu s s ed   later .   T h is   is   ex p r ess ed   as  a  f u n ctio n   o f   a  v ec to r   X,   wh ich   i n clu d es  t h e  p ar am eter s   to   b e  o p tim ized .   T h e   o b jectiv e  f u n ctio n   f o r   X,   wh er e  X  d en o tes  a  v ec to r   co n tain in g   p a r am et er   in d iceser s   (  ,  , , )   th at  m u s t b e  o p tim ally   d eter m in ed ,   ca n   b e  ex p r ess ed   as   [ 1 7 ] :      =    A SC   =   F [ N   +     + + ]   ( 1 5 )     wh er e   ,   ,    an d     ar e  th e  c o s t  o f   PV,  win d   tu r b in e,   b atter y   a n d   in v er ter   u n its   r esp ec tiv ely .   W h ile,     r ep r esen ts   th e  r atin g   p o wer   o f   th e   in v er te r .   T h e  ASC   in co r p o r ates  v ar io u s   ex p en s es  r elate d   to   th e  s y s tem .   T h ese  co s ts   in clu d e  th e  c ap ital  co s t,  to tal  o p er atio n   a n d   m ain ten an ce   co s t,  an d   th e   co s t  o f   r e p lac em en t.  E ac h   o f   th ese  c o s ts   is   ca lcu lated   f o r   ev e r y   co m p o n en t o f   th e  s y s tem .   T h e    ,   ,    an d     co u ld   b e  ca lcu lated   u s in g   ( 16 )   to   ( 19 )   r esp ec tiv ely .       S tar t   R e a d  İ nput  Da ta   ( ) ∗ + ( ) ≥ ( )   Yes   No   ℎ ( ) = ( ( ) / ƞ ) − ( ) − ( )     ℎ ( ) = ℎ ( ) . 1ℎ   ( ) > ( ) / ƞ     ( − 1 ) − ≥ ℎ ( )   Yes   No   ( ) = ( − 1 ) − ℎ ( )       ℎ             .   Yes   No   ℎ   ( ) = ( ( ) − ( ) )* + ( )   ℎ ( ) = ℎ ( ) . 1ℎ     ℎ   ( ) = ( ) − ( ( ) − ( ) ) /     ℎ ( ) ≤   ( + ( − 1 ) )   ( ) =   ( ) = ( − 1 ) + ℎ       ℎ     .   Ret u rn   Yes   No   Fo r lo o p     8 7 6 0   tim es   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         Op tima l siz in g   a n d   p erfo r ma n ce   ev a lu a tio n   o f  h yb r id   p h o to vo lta ic - w in d - b a tter y   …   ( Yo u s s ef  E l B a q q a l )   4347    =  +  +        ( 16 )      =  +  +        ( 17 )     = + +       ( 18 )     = + +       ( 19 )     E q u atio n   ( 2 0 )   is   u s ed   to   ca lcu l ate  L C OE   b ased   o n   ASC ,   as d etailed   in   [ 1 7 ] :     L  = A  ∑ E g ( ) t = 8760 t = 1 . C R F ( d , )   ( 2 0     th e  p r o ce s s   f o r   ca lcu latin g   th e  ca p ital r ec o v er y   f ac to r   ( C R F)  is   o u tlin ed   in   [ 1 8 ] .      ( , ) = . ( 1 + ) ( 1 + ) − 1   ( 2 1 )     I n   th is   co n te x t,    r e f er s   to   th e   r ate  o f   in ter est,  wh ich   in clu d es  th e  im p ac t  o f   in f latio n ,   wh i le      r ep r esen ts   th e   co m p lete  life s p an   o f   th e  h y b r i d   s y s tem .   T h e  an al y s is   o f   p o wer   r eliab i lity   is   cr u cial   in   th e  d esig n   p h ase  o f   s u ch   s y s tem s ,   s er v in g   as  a   v ital  p ar am eter   f o r   ev alu atin g   s y s tem   p er f o r m a n ce   b ased   o n   t h e  lo ad   d is tr ib u tio n .   T h e  ca lcu latio n   o f   p o wer   r eliab ilit y   is   ex p r ess ed   t h r o u g h   th e   lo s s   o f   p o wer   s u p p ly   p r o b ab ilit y   ( L PS P),   wh ich   r an g es  b etwe en   0   an d   1 .   An   L PS P  v alu e   o f   0   in d icate s   h ig h   r eliab ilit y ,   wh er e   th e   lo ad   d em a n d   will  alwa y s   b e   s atis f ied .   C o n v er s ely ,     an   L PS P  v alu e  o f   1   s ig n if ies  th at  th e  lo ad   d em an d   ca n   n ev er   b e  m et.   T h e  L PS P  ex p r ess io n   f o r   a  y ea r     ( T   =  8 7 6 0   h o u r s )   ca n   b e  r ep r e s en ted   as  ( 2 2 ) :      = ∑  ( ) 8760 1 ∑  ( ) 8760 1 = ∑ ( ( ) 8760 1 − ( ) ) ∑  ( ) 8760 1   ( 2 2 )     wh er e,    ( ) ,   ( ) ,  ( )   p r esen t  th e  en er g y   d ef icit,  th e  to tal  co n s u m er   lo ad   an d   th e  to tal  en er g y   g en er ate d ,   r esp ec tiv ely .       2. 5 .    O pti m iza t io n t e chniq ue   T h e  s tu d y   u s es  PSO   an d   G W O   f o r   th eir   ef f ec tiv en ess   in   f in d in g   g lo b al  o p tim a.   PS O  is   a  p o p u latio n - b ased   m eth o d   in s p ir e d   b y   n at u r al  s war m   b eh av io r ,   wh er e  p ar ticles  ad ju s t  th eir   p o s itio n s   an d   v elo cities  b ased   o n   b o th   th eir   o wn   an d   t h e  g lo b al  b est  f itn ess   v alu es  [ 1 9 ] ,  [ 2 0 ] .   GW O  is   a  m etah eu r is tic  in s p ir ed   b y   th e  s o cial   s tr u ctu r e  an d   h u n tin g   s tr ateg ies  o f   g r ey   wo lf   p ac k s   [ 2 1 ] .   Ad d itio n al  d etails  o n   th e  PS O   an d   GW O  alg o r ith m s   ca n   b e   f o u n d   in   [ 2 0 ]   an d   [ 2 2 ] .   T ab le   1   s u m m a r izes  th e  p a r a m eter   s ettin g s   an d   th e  m ain   s t ep s   o f   t h e  PS O  an d   GW O  alg o r ith m s   u s ed   in   th is   s tu d y .       T ab le  1 .   Par am eter   s ettin g s   an d   th e  m ain   s tep s   o f   th e  PS O  an d   GW O  alg o r ith m s   u s ed   in   t h is   s tu d y   A sp e c t   PSO   G W O   P a r a me t e r s :   D i me n si o n   D   =   3   D   =   3   A g e n t s   P a r t i c l e s   =   4 4 ,   A g e n t s =   6 0   A g e n t s  =   6 0   I t e r a t i o n s   max I t e r   =   1 0 0   max I t e r   =   1 0 0   I n e r t i a   w e i g h t s   w M a x   =   0 . 9 ,   w M i n   =   0 . 2   —   C o n st a n t s   c 1   =   2 ,   c 2   =   2   —   M a i n   st e p s :   I n i t i a l i z e   R a n d o m  p o si t i o n s  a n d   v e l o c i t i e s,  s e t   P _ b e st   & G _ b e st   R a n d o m  p o si t i o n s,  s e t   α,  β ,   δ   Ev a l u a t e   C o m p u t e   f i t n e ss,  u p d a t e   P _ b e st   & G _ b e s t   C o m p u t e   f i t n e ss,  u p d a t e   α,   β,   δ   U p d a t e   V ᵢ   =   w V ᵢ   +   c ₁r ₁( P _ b e st – X ᵢ )   +   c ₂r ₂( G _ b e st – X ᵢ )   X ᵢ   = X ᵢ   + V ᵢ   X ( t + 1 )   =   ( X ₁ +   X ₂ +   X ₃) / 3     U si n g   α,   β,   δ   p o si t i o n s   Te r mi n a t e   U n t i l   m a x I t e r   o r   c o n v e r g e n c e   U n t i l   m a x I t e r       T h e  o b jectiv e  o f   th is   w o r k   is   t o   o p tim ize  th e   o b jectiv e   f u n ctio n   wh ile   co n s id er in g   ce r tain   c o n d itio n s .   T h e  n u m b er   o f   ea ch   u n it  is   li m ited   b y   a   m ax im u m   v al u e,   as  well  as  th e  co n d itio n   o n   th e  r eliab ilit y   u s in g   a   v alu e  o f   L PS P .  As  a  r esu lt,  th e  PSO   an d   G W O   alg o r ith m s   a r e  em p lo y ed   to   ac h iev e  th e  o p tim al  d esig n   o f   th e   p r o p o s ed   co n f ig u r atio n s .   T h es e  alg o r ith m s   tak e  in t o   ac co u n t   th e  f o llo win g   co n s tr ain ts :   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   5 ,  Octo b e r   20 25 :   4 3 4 1 - 4 3 5 4   4348   0 ≤  ≤    ( 2 3 )     0 ≤  ≤     ( 2 4 )     0 ≤ ≤    ( 2 5 )     0 ≤   ≤   ∗   ( 2 6 )     2. 6 .     Ca s e  s t ud y   des cr iptio n   R u r al  elec tr if icatio n   is   f r eq u e n tly   co n s tr ain ed   b y   a  lim ited   s u p p ly   o f   elec tr icity ,   wh ic h   at  ce r tain   tim es  is   o n ly   av ailab le   f o r   a   f e w  h o u r s   ea ch   d a y ,   e v en   wh en   s u p p lied   b y   r en ewa b le   r eso u r c es  s u ch   as  s o lar   o r   win d .   T h ese  ar e  d u e  t o   th e  in ter m itten t  n atu r e  o f   r e n ewa b l e  r eso u r ce s .   As  a  r esu lt,  a  m ajo r   ch allen g e   is   to   d esig n   an   o p tim al   h y b r id   s y s t em   th at  ca n   m ee t   th e  ar ea ' s   lo ad   d em a n d   c o n tin u o u s ly ,   with   a  m in im al   v alu e   o f   L PS P  in   Vo is in   o f   ze r o ,   wh ile   m in im izin g   an n u alize d   s y s tem   co s t  ( AC S).   T h e  p r im ar y   g o al  o f   th is   s tu d y   is   to   co n d u ct  a  f ea s ib ilit y   an aly s is   o f   a  h y b r id   PV/W in d /B atter y   s y s tem   to   m ee t  th e  elec tr i city   d em an d   o f   a   co m m u n ity   in   an   is o lated   ar ea   with in   th e   p r o v in ce   o f   D ak h la  ( ea s t  lo n g itu d e:   2 3 , 4 1   an d   n o r th   latitu d e  - 1 5 , 5 8 ) ,   s itu ated   in   s o u th er n   Mo r o cc o ,   as  d e p icted   in   Fig u r e  3 .   T h e  wea th er   d ata   wer e  o b tain e d   f r o m   th e  Natio n al  So lar   R ad iatio n   Dat ab ase  u s in g   th e  Sy s tem   Ad v is o r   Mo d el  s o f twar e.   T h e  av er a g e  win d   s p ee d   an d   g lo b al  h o r izo n tal  ir r ad ian ce   a r e  p r esen ted   in   Fig u r e  4 .   I t  ca n   b e  o b s er v ed   th at  th e  h ig h est  av er ag e  win d   s p ee d   is   6 , 0 5   m /s   an d   th e  m ax im u m   g lo b al  h o r izo n tal  ir r ad ia n ce   is   ab o u t  3 0 8 . 9 3   W /m ².   T h e  lo ad   d em an d   f o r   tw o   ty p ical  d ay s ,   o n e  in   win te r   a n d   o n e  in   s u m m er ,   is   illu s tr ated   in   Fig u r e   5 .   T h e  m ax im u m   elec tr icity   lo ad   d em an d   is   1 5 0   k W h .           Fig u r e  3 .   T h e  p r o p o s ed   HR E S lo ca tio n   in   Dak h la  p r o v in ce           Fig u r e  4 .   Av e r ag e  win d   s p ee d   an d   g lo b al  h o r izo n tal  ir r a d ian ce   in   Dak h la                                                                                                                                                                                                                                                                      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         Op tima l siz in g   a n d   p erfo r ma n ce   ev a lu a tio n   o f  h yb r id   p h o to vo lta ic - w in d - b a tter y   …   ( Yo u s s ef  E l B a q q a l )   4349       Fig u r e  5 .   T h e  h o u r ly   elec tr ical   en er g y   lo ad   d em an d       3.   SI M UL A T I O N  R E S UL T S  AND  DIS CUSS I O N   I n   th is   p a p er ,   a  s tan d alo n e  HR E S  co n s is tin g   o f   th r ee   co m p o n en ts   ( PV,  W T ,   an d   b atter y )   i s   o p tim ally   ass es s ed   to   m ee t  th e  elec tr ical  d em an d   o f   a  r em o te  co m m u n ity   i n   Dak h la,   Mo r o cc o .   T h e  h y b r id   PV/W T / b atter y   s y s tem   p r o p o s ed   in   th is   r esear ch   was  th o r o u g h ly   an al y ze d   to   ass ess   th e  ef f ec tiv en ess   o f   th e  s u g g ested   alg o r ith m s ,   s p ec if ic ally   th e  GW O  an d   PS O  alg o r ith m s .   T h e  is s u e  o f   id e n tify in g   th e  o p tim al  s izin g   f o r   an   is o lated   HR E S  an d   in t eg r atin g   PV,  win d ,   a n d   b atter y   co m p o n en ts   was  co n s id er ed   as  an   o p tim izatio n   p r o b lem .   T h e  s u g g ested   d u r atio n   f o r   th e  p r o jecte d   s y s tem   was e s tab li s h ed   at  2 5   y ea r s ,   ass u m in g   a  6 % in ter est   r ate.   MA T L AB   was  u tili ze d   to   ap p ly   th e  s elec ted   alg o r ith m s   to   o p tim ize  th e  p r o b lem .   T h e  o p tim izatio n   p r o ce s s   co n s is ted   o f   1 0 0   iter at io n s ,   ea ch   ex ec u ted   in d e p en d e n tly ,   with   th e  b est  s o lu tio n   d e ter m in ed   b ased   o n   th e  lo west  f itn ess   v alu e.   B o th   GW O  an d   PS O  alg o r ith m s   wer e  co n f ig u r ed   with   a   m ax im u m   o f   1 0 0   iter atio n s   an d   6 0   s ea r ch   ag e n ts .       3 . 1 .     P er f o r m a nce   o f   o ptim iz a t io n a lg o ri t hm s   T h e  r esu lts   o b tain ed   f r o m   th e  1 0 0   r u n s   o f   th e  GW O  an d   PS O  alg o r ith m s   f o r   ASC   ar e  id e n tifie d ,   an d   th e  co n v e r g en ce   b eh av i o r   o f   GW O  an d   PS O  is   i llu s tr ated   in   Fig u r e  6 .   I t  is   r em ar k a b le   th at  th e  o b jectiv e   f u n ctio n   v alu es  o b tain ed   b y   b o th   tech n iq u es  v ar y   an d   f lu ctu ate  s lig h tly   b u t  m ain tain   a  r el ativ ely   s tab le  lev el.   W ith in   8   iter atio n s ,   th e  GW O  alg o r ith m   h as  ac h iev ed   q u ick   co n v e r g en ce ,   with   a  s tab le  f itn ess   v alu e  o f   8 3 1 1 1 . 3 3 7 2 3   USD.   T h is   r ap i d   s tab ilizatio n   d em o n s tr ates  its   ab ilit y   to   id en tify   a  n ea r - o p tim al  s o lu tio n   in   a  s h o r t  tim e.   I n   co m p ar is o n ,   t h e  PS O  alg o r ith m   ex h ib ited   a  s lo wer   co n v er g e n ce   r ate,   g r a d u ally   r ed u cin g   its   f itn ess   v alu e  f o r   1 0 0   iter atio n s .   B y   th e  f in al  iter atio n ,   PS O  r ea ch ed   a  s lig h tly   h i g h er   c o s t o f   8 5 9 3 4 . 2 3 4 7   USD.             Fig u r e  6 .   C o n v er s io n   cu r v es o f   o b jectiv e  f u n ctio n s   u s in g   PS O  an d   GW O  alg o r ith m s         T h e  s tatis tical  p ar am eter s   o f   th e  o b tai n ed   ASC   v al u es,  in c lu d in g   th e  m ea n ,   m ax im u m ,   m in im u m ,   an d   s tan d ar d   d ev iatio n ,   wer e   ca lcu lated   alo n g s id e  th e  f in al  L C OE   an d   L PS P.  T ab le  2   s u m m ar izes  th e                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                             Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   5 ,  Octo b e r   20 25 :   4 3 4 1 - 4 3 5 4   4350   co m p ar ativ e   p er f o r m a n ce   m e tr ics  o f   t h e  PS O  an d   GW O  alg o r ith m s .   T h e  GW O  alg o r i th m   d e m o n s tr ates  a  lo wer   m in im u m   ASC   ( 8 2 9 4 3 . 6 9 5 5   USD/y r )   a n d   m ea n   ASC   ( 8 4 8 9 0 . 9 5 5 9   USD/y r )   co m p a r ed   to   PS O,   wh ich   h as  h ig h er   v alu es  o f   8 5 9 3 4 . 2 3 4 7   USD/y r   an d   1 1 8 2 3 3 . 6 8 4 9   USD/y r ,   r esp ec tiv ely .   Ad d itio n ally ,   GW O  ex h ib its   g r ea ter   co n s is ten cy ,   with   a  s ig n if ican tly   s m aller   s tan d ar d   d ev iatio n   ( 1 4 4 7 0 . 1 0 7 )   th a n   PS O  ( 1 4 2 1 8 3 . 3 3 7 6 ) .   I n   ter m s   o f   L C OE ,   GW O  ac h iev es  a  lo wer   v alu e  ( 0 . 0 9 5 4   USD/k W h )   th an   PS O  ( 0 . 1 0 2 1   USD/k W h ) ,   m ak in g   it  m o r e  co s t - ef f ec tiv e.   Ho wev er ,   PS O  s h o ws  a  s lig h t  ad v an tag e  in   r eliab ilit y ,   with   a  lo wer   L PS P o f   0 . 0 0 9 8   c o m p ar ed   to   GW O's 0 . 0 0 9 9 .   T h ese  r esu lts   h ig h lig h t  th e   tr a d e - o f f s   b etwe en   c o s t  ef f icien c y ,   co n s is ten cy ,   co n v er g e n ce   s p ee d ,   a n d   r eliab ilit y   wh en   s elec tin g   o p tim izatio n   alg o r ith m s   f o r   H R E Ss .   I n   ter m s   o f   co s t,  GW O  ac h iev es  a  m o r e  ec o n o m ical  r esu lt  c o m p ar e d   t o   PS O.   Ho wev er ,   wh e n   co n s i d er in g   r eliab ilit y ,   th e  L PS P  o f   PS O  ( 0 . 0 0 9 8 )   is   s lig h tly   b etter   th an   th at  o f   GW O  ( 0 . 0 0 9 9 ) .   I n   ter m s   o f   co n v er g en ce   s p ee d ,   GW O  d em o n s tr ates  f aster   s tab ilizatio n   at  an   o p tim al  s o lu tio n ,   r ea c h in g   b etter   r esu lts   in   f ewe r   iter atio n s ,   wh ile  PS O  r eq u ir es  m o r e   iter atio n s   to   ac h ie v e  its   o p t im al  p er f o r m an ce .   T h ese  d i f f er en ce s   h i g h lig h t   th at  G W O  m ay   b e  m o r e   ad v an tag e o u s   f o r   s ce n a r io s   p r io r itizin g   q u ick   s o lu tio n s   an d   co s t  ef f icien cy ,   wh er ea s   PS O  co u ld   b e  p r ef e r r e d   in   s itu atio n s   wh er e  en s u r in g   s y s tem   r eliab ilit y   is   cr itical .   Ultim ately ,   th e  ch o ice  b et wee n   th e  ex is tin g   o p tim izatio n   alg o r ith m s   d ep e n d s   o n   th e  s p ec if ic  p r io r ities   an d   co n s tr ain ts   o f   t h e  d esig n ed   HR E S.       T ab le  2 .   C o m p a r ativ e  an aly s is   o f   ASC ,   L C OE ,   an d   L PS P  r esu lts   f r o m   PS O  an d   GW O  alg o r ith m   M e t r i c s   G W O   PSO   A S C   V a l u e   ( U S D / y r )       M i n   8 2 9 4 3 . 6 9 5 5   8 5 9 3 4 . 2 3 4 7   M e a n   8 4 8 9 0 . 9 5 5 9   1 1 8 2 3 3 . 6 8 4 9   M a x   2 2 7 4 9 6 . 8 7 6   9 2 4 6 6 2 . 8 5 7 2   S TD .   1 4 4 7 0 . 1 0 7   1 4 2 1 8 3 . 3 3 7 6   Le v e l i z e d   c o st   o f   e n e r g y   ( L C O E)   ( U S D / k W h )   0 . 1 0 6 5   0 . 1 1 0 4   Lo ss  o f   p o w e r   s u p p l y   p r o b a b i l i t y   ( LP S P )   0 . 0 0 9 9   0 . 0 0 9 8       3 . 2 .     Sy s t e m   s izing   a nd   o ptim iza t io n r esu lt s   C o n ce r n in g   th e  e f f icien cy   o f   t h e  s y s tem   an d   th e  d eter m in atio n   o f   t h e  b est  co m b in atio n   o f   th e  HR E S   p r esen ted   in   th is   s tu d y ,   PS O  a n d   GW O  alg o r ith m s   wer e  em p lo y ed   to   d eter m in e  th e  b est  ar r an g em e n t  f o r   th e   p r o p o s ed   PV/win d /b atter y   s y s tem .   T h ese  alg o r ith m s   wer e  u s ed   to   ass ess   an d   id en tif y   th e  b est  d esig n   p ar am eter s   f o r   th e   s y s tem .   T ab le  3   o f f e r s   a  d etailed   o v er v iew  o f   th e   f in d in g s   ac h ie v ed   th r o u g h   t h ese  o p tim izatio n   alg o r ith m s .     Acc o r d in g   to   t h e  o p tim izatio n   r esu lt  o f   th e  PS O  alg o r ith m   p r esen ted   in   th is   tab le,   th e  m o s t  ef f icien t  co n f ig u r atio n   o f   th e  p r o p o s ed   s y s tem   ac h iev es a n   L PS P o f   0 . 0 0 9 8   u tili zin g   1 7 7   u n its   o f   PV m o d u les,  8 6   u n its   o f   th e  win d   s y s tem ,   a n d   1 0 0   u n its   o f   th e  b atter y   s to r a g e  s y s tem .   T h is   co n f ig u r atio n   r esu lts   in   th e  l o west  AC S   o f   8 5 9 3 4 . 2 3 4 7   USD/y r   a n d   an   L C OE   o f   0 . 0 1 1 0 4   US D//k W h .   W h ile  u s in g   GW O ,   th e  m o s t  ef f icien t   co n f ig u r atio n   ac h iev es  an   L P SP   o f   0 . 0 0 9 9   u tili zin g   1 6 8   u n its   o f   PV  m o d u les,  7 7   u n its   o f   win d   s y s tem ,   an d   2 7 8   u n its   o f   th e  b atter y   s to r ag e  s y s tem .     T h e   o p t i m a l   s o l u t i o n   f o r   m e e t i n g   t h e   e l e c t r i c a l   e n e r g y   d e m a n d   o f   t h e   s e l e c t e d   c o m m u n i t y   u s i n g   t h e   H R E S   c o n s is ts   o f   1 6 8   P V   m o d u l e s   c o m b i n e d   w i t h   7 7   w i n d   t u r b i n e s .   I n   t h i s   c o n f i g u r a t i o n ,   e n e r g y   i s   s u p p l i e d   b y   b o t h   P V   m o d u l es   a n d   wi n d   s y s t e m s .   T h is   s e t u p   ac h i e v e s   t h e   lo w e s t   A SC   a n d   L C OE ,   a t   8 2 , 9 4 3 . 7 0   U S D   p e r   y e ar   a n d   0 . 1 0 6 5   U S D   p e r   k W h ,   r e s p e c t i v e l y ,   w h i l e   al s o   m i n i m i zin g   o p e r a t i n g   c o s ts .   T a b l e  4   d e ta i l s   t h e   c o n t r i b u ti o n   o f   e a c h   s y s te m   c o m p o n e n t   t o   th e   t o t a l   a n n u a l   c o s t ,   h i g h l i g h tin g   t h a t   c a p i t al   c o s ts   a r e   t h e   m o s t   s i g n i f i c a n t   f a c t o r ,   p a r t i c u l a r l y   f o r   t h e   P V   s y s t e m ,   w h e r e   t h e y   a r e   s u b s t a n ti a l l y   h ig h e r   c o m p a r e d   t o   o t h e r   e l e m e n t s .   T h e  p r o p o s ed   h y b r id   PV/win d /b atter y   s y s tem ' s   m an ag em en t  s tr ateg y   was  ev alu ated   th r o u g h   a   s im u latio n   co v er i n g   t h e  f ir s t  wee k   o f   J an u ar y .   Fig u r e   7   d ep icts   th e  s y s tem 's  en er g y   e x ch a n g e  th r o u g h o u t  th is   wee k ,   p r o v id in g   i n s ig h ts   in to   th e  en er g y   f lo w  b etwe en   its   v ar io u s   co m p o n en ts .   As  o u tlin ed   in   th e   m an ag em en t  s tr ateg y ,   a  b atte r y   s y s tem   is   u s ed ,   s to r in g   ex ce s s   en er g y   p r o d u ce d   w h en   g en er atio n   s u r p ass es  th e  lo ad   d em a n d .   T h is   s to r ed   en er g y   is   th en   u tili ze d   d u r in g   d is ch ar g e  m o d e  wh en   g en er ati o n   is   in s u f f icien t  to   m ee t  th e  l o ad .   Fig u r e   7   r ev ea ls   n o r m al  o p er atio n   d u r in g   th e  in itial  h o u r s   ( 0 - 1 0 0 ) .   B o th   win d   an d   s o lar   PV   s y s tem s   g en er ate  p o wer   to   m ee t  th e  d esire d   lo ad ,   with   an y   s u r p lu s   s to r ed   in   th e  b atter ie s .   Ho wev er ,   in   th e  f in al  h o u r s   ( 1 0 0 - 1 5 0 )   o f   th e  wee k ,   win d   tu r b in e  p r o d u ctio n   wea k en s   d u e  to   l o wer   win d   s p ee d s ,   r esu ltin g   in   in s u f f icien t  p o wer   g e n er atio n .   T o   en s u r e  a  co n tin u o u s   an d   r eliab le  elec tr icity   s u p p ly ,   th e  b atter y   s to r ag e   s y s tem   au to m atica lly   ac tiv ates,  d eliv er in g   th e   n ec ess ar y   e n er g y   to   b r i d g e  th is   g ap .   T h e   an al y s is   h ig h lig h ts   th e   ad v an tag es  o f   HR E Ss   in   co n tr ast  to   s in g le - s o u r ce   o p tio n s .   T h r o u g h   th e   in teg r atio n   o f   d if f er en t   en er g y   s o u r ce s ,   th e  HR E S  ac h iev es  a  b etter   b ala n ce   o f   co s t - ef f ec tiv en ess ,   r eliab ilit y ,   an d   o p e r atio n al  ef f icien c y ,   d em o n s tr atin g   its   ca p ab ilit y   t o   m ee t d iv er s e  en er g y   r eq u ir em en ts   wh ile  m in im izin g   co s ts .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.