T E L K O M NIKA   T elec o mm un ica t io n Co m pu t i ng   E lect ro nics   a nd   Co ntr o l   Vo l.  24 ,   No .   1 ,  Feb r u ar y   20 26 ,   p p .   343 ~ 358   I SS N:  1 6 9 3 - 6 9 3 0 ,   DOI :  1 0 . 1 2 9 2 8 / T E L KOM NI K A . v 24 i 1 . 27499          343     J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //jo u r n a l.u a d . a c. id /in d ex . p h p /TELK OM N I K A   O pti m i z a tion a nd  t echno - econ o m i c  a na ly sis  of hybrid renew a ble  sy ste m s i n Nigeri a       L a m be  M uta lub   Adesi na 1 ,   J a m i u L a w a l 1 ,   O la lek a n O g un biy i 1 ,   Abd ulw a heed  M us a 1, 3 ,   B ilk i s u J i m a da   O j uo la pe 1 ,   M o ns ura t   O m o la ra   B a lo g un 1 ,   B a s hiru O la leka n Ar iy o 1, 2   1 D e p a r t me n t   o f   El e c t r i c a l   a n d   C o m p u t e r   En g i n e e r i n g ,   F a c u l t y   o f   En g i n e e r i n g   a n d   T e c h n o l o g y ,   K w a r a   S t a t e   U n i v e r si t y ,   M a l e t e ,   N i g e r i a   2 D e p a r t me n t   o f   El e c t r i c a l   a n d   El e c t r o n i c s E n g i n e e r i n g ,   F a c u l t y   o f   En g i n e e r i n g   a n d   T e c h n o l o g y ,   U n i v e r si t y   o f   I l o r i n ,   I l o r i n ,   Ni g e r i a   3 I n st i t u t e   f o r   I n t e l l i g e n t   S y st e ms,  U n i v e r si t y   o f   Jo h a n n e sb u r g ,   Jo h a n n e sb u r g ,   S o u t h   A f r i c a       Art icle  I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Au g   24 ,  2025   R ev i s ed   No v   16 ,  2 0 2 5   A cc ep ted   Dec   8 ,  2 0 2 5       Risin g   e lec tri c it y   d e m a n d ,   f o ss il   f u e l  d e p letio n ,   a n d   e n v iro n m e n tal  c o n c e rn s   h ig h li g h t  t h e   n e e d   f o r  su sta in a b le  ru ra l  e lec tri f ica ti o n .   T h e   El e n jere   c o m m u n it y   in   Kw a ra   S tate ,   Nig e ria,  d e p e n d s  o n   c o stly   d ies e l  g e n e ra ti o n   a n d   li m it e d   g rid   a c c e ss ,   c re a ti n g   a n   u rg e n t  d e m a n d   f o r  re li a b le   a n d   a ff o rd a b le  a lt e rn a ti v e s.  T h is  stu d y   d e sig n s  a n d   o p ti m ize s  a   h y b rid   re n e w a b le  e n e rg y   s y ste m   ( HRES )  f o r  th e   c o m m u n it y   u sin g   h y b rid   o p ti m iza ti o n   m o d e l  f o r   e lec tri c   re n e w a b les   ( HO M ER )   P r o   sim u latio n .   T h e   p ro p o se d   sy ste m   c o m b in e s  p h o to v o lt a ic  ( P V),  w in d   tu r b in e s  (W T ),   b a tt e ry   sto ra g e   (B A T ),   in v e rter  (INV ),   a n d   a   d ies e l  g e n e ra to r  (DG )  a s  b a c k u p .   F iel d   d a t a   o n   lo a d   d e m a n d ,   so lar  ra d iatio n ,   a n d   w in d   sp e e d   w e re   u se d   f o r  re a li stic   m o d e li n g .   S y st e m   p e rf o r m a n c e   w a s  e v a lu a t e d   u si n g   lev e li z e d   c o st   o f   e n e rg y   (L COE),   n e t  p re se n t  c o st  (N P C),   a n d   sy s tem   c a p it a l  c o st  (S CC).   Re su lt s  sh o w   th e   P V /W T /BAT /INV /G EN  c o n f ig u ra ti o n   a c h iev e d   th e   l o w e st  L CO E  o f   USD  0 . 4 5 5 /k W h ,   a n   N P C  o f   USD  2 . 9 8   m il li o n ,   a n d   8 6 . 2 %   re n e w a b le  p e n e tratio n ,   sig n if ica n tl y   re d u c in g   d ies e l  u se .   S e n siti v it y   a n a l y sis  r e v e a led   th a t  re d u c in g   b a tt e ry   c o sts  a n d   in c re a sin g   P V  c a p a c it y   c o u ld   lo w e r  th e   L CO E  to   US D   0 . 2 2 7 – 0 . 3 2 5 /k W h .   T h e   stu d y   d e m o n stra tes   h o w   m o d e st  w in d   re so u rc e s  (4 . 1 9   m /s  a t  1 0   m )   c o m p le m e n t  P V   i n   l o w - w in d   re g io n s  w h il e   a d d re ss in g   in f latio n   re a li s m   (2 5 . 5 %   d isc o u n t  ra te,  f o re ig n   e x c h a n g e   ( FX )   v o latil it y ).   F u tu re   w o rk   w il l  in c lu d e   d y n a m ic  c o n tro l  si m u latio n   a n d   li f e c y c le  a n a l y sis  t o   e n h a n c e   sc a lab il it y   a n d   su sta in a b il it y .   K ey w o r d s :   B atter y   s to r ag e  s y s te m s     Ho m er   p r o - o p ti m izatio n     L e v elize d   co s t o f   en er g y   R u r al  elec tr i f icatio n     T ec h n o - ec o n o m ic  o p ti m izatio n   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 :   J am i u   L a w al   Dep ar t m en t o f   E lectr ical  an d   C o m p u ter   E n g in ee r i n g ,   Fac u lt y   o f   E n g i n ee r in g   a n d   T ec h n o lo g y   K w ar a  Sta te  Un i v er s i t y   Ma lete,   Nig er ia     E m ail:  j a m i u la w al9 5 5 7 @ g m ai l.c o m       1.   I NT RO D UCT I O N   A c c e s s   t o   r e l ia b l e   an d   s u s t a in a b l e   e l ec t r i ci ty   r em ai n s   a  m a jo r   b a r r i e r   t o   s o c i o e c o n o m i c   d ev e l o p m en t,  p a r t i cu l a r ly   i n   r u r al   S u b - S ah a r a n   A f r i c a   ( S SA ) ,   w h e r e   el e c t r if i ca t i o n   r a te s   s ig n if i c an t ly   l ag   b e h in d   u r b an   a r e as   [ 1 ] – [ 4 ] .   N i g e r i a   ex em p l if i e s   th i s   ch a l le n g e ,   w i th   o n ly   a b o u t   4 5 %   o f   th e   p o p u la t i o n   h a v in g   g r i d   a c c e s s   in   2 0 2 5 .   E v en   w h e r e  g r i d   c o n n e c t i o n s   ex is t ,   s u p p ly   is   n o t o r i o u s ly   u n r el i a b l e ,   o f te n   l im it e d   t o   a  f ew   h o u r s   p e r   d ay   [ 5 ] – [ 7 ] .  As  a  r esu lt,  r u r al  co m m u n i ties   in cr ea s i n g l y   d ep en d   o n   d iesel  g en er ato r   ( DG) ,   w h ich   ar e  ex p en s i v e,   en v ir o n m e n tal l y   h ar m f u l,  an d   d etr i m en ta l to   p u b lic  h ea lt h   [ 8 ] – [ 1 0 ] .   H y b r id   r en e w ab le  en er g y   s y s te m s   ( H R E S)  th at  in te g r a te  r en e w ab le  r eso u r ce s   s u c h   as  s o lar   p h o to v o ltaic  ( PV ) ,   w in d ,   an d   b atter y   s to r ag e  ( B A T )   w i th   co n v e n tio n al  DG   ar e  e m er g i n g   as  a  s u s tai n ab le  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6930   T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l ,   Vo l.  24 ,   No .   1 ,  Feb r u ar y   20 26 :  3 4 3 - 3 5 8   344   s o lu tio n   to   r u r al  e n er g y   p o v er t y   [ 1 1 ] – [ 1 3 ] .   T h ese  s y s te m s   o f f er   i m p r o v ed   r eliab ilit y ,   r ed u ce d   e m is s io n s ,   an d   lo n g - ter m   co s t  s a v i n g s   co m p a r ed   to   d iesel - o n l y   o p tio n s .   E v i d en ce   ac r o s s   SS A ,   f r o m   co u n t r ies  s u ch   as  Gh a n a,   Ken y a,   Nig er ia,   C a m er o o n ,   C h ad ,   an d   Ma u r ita n ia,   d e m o n s t r ates  th e  v iab ilit y   o f   h y b r id   co n f i g u r atio n s ,   w i th   lev elize d   co s t  o f   e n er g y   ( L C O E )   r ed u ctio n s   to   as  lo w   as  U S D  0 . 2 0 – 0 . 2 5   /k W h   alo n g s id e  s ig n if ican t  e m i s s io n   cu ts   [ 1 4 ] – [ 1 7 ] .   Desp ite  t h ese  s u cc e s s e s ,   m o s t   s t u d ies  r e m ain   r eg io n - s p ec if i c  an d   f ail  to   ac co u n t   f o r   lo ca l   cli m a tic,   ec o n o m ic,   an d   s o cial  d y n a m ics,  li m it in g   th e ir   r ea l - w o r ld   ap p licab ilit y .   Ma n y   m o d els  a l s o   r el y   o n   g e n er alize d   lo ad   ass u m p t io n s   a n d   r ar ely   ad d r ess   m ac r o ec o n o m ic  r ea liti e s ,   s u c h   as  h i g h   in f latio n   an d   f o r e ig n   e x c h an g e  ( FX)   v o latilit y ,   t h at  s tr o n g l y   in f l u e n ce   p r o j ec t  ec o n o m ics  i n   Nig er ia  an d   o th er   SS A   co u n tr ie s .   T h is   s t u d y   ad d r ess e s   th ese  g ap s   b y   d ev elo p in g   a  c o n tex t - s p ec i f ic  h y b r id   en er g y   o p tim izatio n   m o d el  tailo r ed   f o r   E len j er e,   a  r u r al   co m m u n it y   i n   K w ar a  State,   Nig er ia,   p r o v id in g   b o th   lo ca l in s ig h ts   an d   a  r ep licab le  f r am e wo r k   f o r   s i m ilar   r u r al  s etti n g s .   E len j er e  f ac es  p er s is te n t  e n er g y   p o v er t y   m ar k ed   b y   u n r elia b le  g r id   s u p p l y ,   o v er - r elian ce   o n   co s tl y   DGs ,   an d   th e  r es u lti n g   en v ir o n m e n tal  a n d   h ea lt h   i m p ac t s .   W h ile  Nig er ia  p o s s e s s es  ab u n d an t  s o lar   r eso u r ce s   ( av er ag e  ir r ad ian ce   o f   ~7   k W h / m ²/d a y ) ,   r en e w ab le  ad o p tio n   r e m ai n s   m i n i m al  d u e  to   i n f r astr u ctu r al  co n s tr ai n ts ,   li m ited   f i n a n cin g ,   a n d   p o lic y   b ar r ier s   [ 1 8 ] ,   [ 1 9 ] .   T h er ef o r e,   a  r o b u s t,  h y b r id ized   en er g y   s y s te m   is   u r g en tl y   n ee d ed   to   b alan ce   co s t,  r eliab i lit y ,   an d   en v ir o n m e n tal  s u s tain ab ilit y   f o r   r u r al  elec tr if icatio n .   T h is   s tu d y   ai m s   to   d esig n   an d   o p ti m ize  a  HR E S   f o r   E len j er e,   w it h   t h e  o b j ec tiv es   o f   e n h a n ci n g   en er g y   r eliab ilit y ,   m in i m izin g   co s ts ,   an d   in te g r ati n g   lo ca l so cio ec o n o m ic  r ea liti e s   i n to   s y s te m   p lan n i n g   P r ev io u s   s t u d ies  ac r o s s   SS A  h ig h li g h t  th e  p o ten tial  o f   h y b r id   s y s te m s   b u t  also   r ev ea l  i m p o r tan t   li m ita tio n s .   Fo r   in s ta n ce ,   s tu d i es  in   Ma u r ita n ia  d e m o n s tr ated   th at  o p ti m ized   d iesel - PV - b att er y   co n f i g u r atio n s   co u ld   h alv e  elec tr icit y   co s t s   to   USD  0 . 3 0 /k W h   [ 2 0 ] .   Sim ilar   e f f o r ts   in   Ni g er ia ’ s   J o s   an d   B en in   r eg io n s   ac h iev ed   u p   to   9 0 %  ca r b o n   e m is s io n   r ed u ctio n s   co m p ar ed   to   d iesel - o n l y   s y s te m s ,   th o u g h   o u tco m e s   wer e  h ig h l y   s e n s iti v e  to   in f latio n   an d   f i n a n cin g   s tr u ctu r es  [ 2 1 ] ,   [ 2 2 ] .   R esear ch   in   C a m er o o n   ex a m i n ed   P V – w i n d – b atter y   s y s te m s   w it h   elec tr o c h e m ical  s to r ag e  f o r   r eliab ilit y   o p ti m izatio n   [ 2 3 ] ,   w h ile  b r o ad er   r ev ie w s   s tr e s s ed   th e  d if f ic u lt y   o f   b alan cin g   co s t,  e m is s io n s ,   a n d   r eliab ilit y   in   o f f - g r id   co n tex ts   [ 2 4 ] ,   [ 2 5 ] .   Ho w e v er ,   m a n y   o f   t h ese   s t u d i es  lack   lo ca lized   d ata,   p ar ticu l ar l y   ac cu r ate  r u r al  lo ad   p r o f il es,  an d   d o   n o t  s u f f ic ien t l y   ex p lo r e  h o w   m ac r o ec o n o m ic   in s tab ilit y   a f f ec ts   s y s te m   s u s tai n ab ilit y .   T o   ad d r ess   th e s e  r esear c h   g ap s ,   th i s   s t u d y   i n tr o d u ce s   s ev er al  n o v el  co n tr ib u tio n s ,   in cl u d in g :   −   L o ca lized   m o d eli n g   –   i n co r p o r ates  ac t u al  f ield - me a s u r ed   d ata   f o r   lo ad ,   s o lar   ir r ad ian ce ,   an d   w i n d   p r o f iles ,   r esu lti n g   in   m o r e  r ea lis tic  d esi g n s   th a n   t h o s e  u s i n g   g en er aliz ed   d atasets .   −   I n f lat io n - a w ar e  s i m u latio n s   –   i n te g r ates  Ni g er ia ’ s   h i g h   i n f latio n   an d   FX  v o latili t y   i n to   HOM E R   P r o   an al y s is ,   a  r ar e  f ea t u r e  in   r u r al  elec tr if icatio n   r esear ch .   −   S y n er g i s tic  w i n d   in te g r atio n   –   d em o n s tr ate s   h o w   m o d est  w i n d   s p ee d s   ( 4 . 1 9   m / s   at  1 0   m   h u b   h ei g h t)   ca n   co s t - e f f ec tiv e l y   co m p le m e n t s o lar   P V  to   en h an ce   r eliab ili t y   in   lo w - w in d   r eg i m e s .   −   P o licy - d r iv e n   d esi g n   –   l i n k s   en g in ee r i n g   o p ti m iza tio n   with   r e g u la to r y   s tr ate g ie s ,   b r id g in g   t h e  g ap   b et w ee n   tech n ical  p er f o r m a n c e  an d   p r ac tical  p o licy   i m p le m en tatio n   f o r   r u r al  elec tr if icatio n .   B y   co m b in in g   co n tex t - s p ec if i c  d ata,   ad v an ce d   s i m u latio n ,   a n d   s e n s it iv i t y   a n al y s i s ,   t h is   s t u d y   cr ea tes   a  r ep licab le  m et h o d o lo g ical  f r a m e w o r k   f o r   SS A  r u r al  p la n n er s .   I t  p r o v id es  ac tio n ab le  i n s ig h ts   i n to   r ed u ci n g   en er g y   co s ts ,   i m p r o v i n g   s y s te m   r eliab ilit y ,   an d   s u p p o r tin g   d ec ar b o n izatio n   g o als.  F u r th e r m o r e,   th e  in cl u s io n   o f   p o lic y - r elev a n t   o u tp u ts ,   s u ch   as   lo s s   o f   lo ad   p r o b ab ilit y   ( L O L P )   m etr ics,   co s t - r ef lect i v e  tar i f f s ,   a n d   g r id - ar r iv al  co m p en s atio n   f r a m e w o r k s ,   m a k es t h e  f in d i n g s   d ir ec tl y   r elev a n t to   d ec is io n - m ak er s .   T h e  r em ai n d er   o f   t h is   p ap er   i s   o r g an ized   a s   f o llo w s :  s ec t io n   2   p r esen t s   th e  m et h o d o lo g y ,   in cl u d in g   d ata  co llectio n ,   s y s te m   m o d eli n g ,   h y b r id   o p ti m izatio n   m o d el   f o r   elec tr ic  r en e w ab le s   ( HOM E R )   P r o   s i m u latio n   s etu p ,   an d   s en s iti v it y   an a l y s is .   Sectio n   3   d is c u s s es  t h e  r es u lt s ,   co v er in g   co n f i g u r at io n   p er f o r m a n ce ,   ec o n o m ic   o u tco m es,  s e n s iti v it y   s ce n ar io s ,   an d   p o lic y   i m p lica tio n s .   Sec tio n   4   co n cl u d es w i th   a   s u m m ar y   o f   k e y   f in d i n g s ,   li m ita tio n s ,   an d   r ec o m m e n d ati o n s   f o r   f u t u r e  r esear ch .       2.   M E T H O D   2 . 1 .     Ca s e  s t ud y   des cr iptio n:  E lenj er e  co mm u nity   T h e  E len j er e   co m m u n it y ,   lo c ated   in   A s a  L o ca l  Go v er n m e n t  A r ea   o f   K w ar a  State,   Ni g e r ia  ( latitu d e   8 °2 0 ′  N  an d   lo n g it u d e  4 °5 4 ′   E ) ,   s er v es  as  th e  ca s e  s tu d y   f o r   th is   r esear ch .   T h e  co m m u n it y   co m p r is e s   ap p r o x im a tel y   1 2 5   b u ild i n g s ,   in cl u d in g   r esid en tial  a n d   s m al l  co m m er cial  s tr u ctu r es   w it h   m o d er ate  d ail y   lo ad   d em a n d s .   I ts   s e m i - r u r al  s etti n g   lack s   g r id   co n n ec ti v it y ,   m a k i n g   it  s u i tab le  f o r   o f f - g r id   r en e wab le  h y b r id   en er g y   s y s te m   d ev elo p m e n t.  T h e  lo c al  p o p u latio n   d ep en d s   o n   DG s   an d   k er o s en e  la m p s   f o r   ele ctr icit y ,   w h ic h   ar e  u n s u s t ai n ab le  an d   co s tl y .   T h is   s itu atio n   u n d er s co r es  th e  n ee d   f o r   an   o p tim a l  HR E S  to   en s u r e  r eliab le,   clea n ,   an d   co s t - e f f ec ti v e  p o w er   s u p p l y .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l           Op timiz a tio n   a n d   tech n o - ec o n o mic  a n a lysi s   o f h yb r id   r en e w a b le  s ystem s   …  ( La mb e  Mu t a lu b   A d esin a )   345   T o   ev alu ate  elec tr icit y   co n s u m p tio n ,   a  th r ee - p h ase  Fl u k e  4 3 2 - II  p o w er   q u alit y   an d   en er g y   d ata   lo g g e r   Fig u r e  1   w a s   co n n ec ted   to   th e  co m m u n it y ’ s   f ee d er   p illar .   Dai l y   lo ad   d em a n d   w as  r ec o r d ed   o v er   3 0   co n s ec u ti v e   d ay s ,   in cl u d in g   w ee k en d s .   T h e  co llected   d ata  w er e  tr an s f er r ed   to   a   lap to p   v ia  s ec u r e  d ig ital  ( SD)   ca r d   f o r   f u r t h er   an al y s is .           Fig u r e  1 .   T h r ee - p h ase  d ata  lo g g er       T h e  d aily   lo ad   p r o f ile  Fig u r e  2   s h o w s   t h r ee   d is tin c t p atter n s :   −   Of f - p ea k   p er io d s   ( 0 0 :0 0 – 0 8 :0 0 ,   1 1 :0 0 – 1 5 :0 0 ) : 8 . 5 – 9 . 5   k W   −   E v en i n g   p ea k   ( 1 6 :0 0 – 2 1 :0 0 ) :  Ma x i m u m   ~1 5   k W   at  1 9 :0 0 – 2 0 :0 0   −   Av er ag e  d ail y   co n s u m p tio n : ~ 1 1 . 2   k W   T h ese  p atter n s   r ef lect  t y p ica l  r esid en tial  b e h av io r   an d   g u id e  th e  o p ti m al  s izin g   o f   r en e w ab le   g en er atio n   a n d   s to r ag e  s y s te m s .   So lar   P V  ca n   m ee t  d a y ti m e  lo ad s ,   w h ile  b atter ie s   an d   s u p p le m en tar y   s o u r ce s   en s u r e  ev e n in g   p ea k   s u p p l y .           Fig u r e  2 .   C ase  s t u d y   d ail y   lo ad   co n s u m p tio n   p r o f ile       2 . 2 .    Rene w a ble r eso urce   a s s ess m e nt   R en e w ab le  r eso u r ce   ass e s s m e n t  w as  ca r r ied   o u t  u s i n g   f ield   m ea s u r e m e n t s   an d   s ec o n d ar y   d ata  s o u r ce s   to   ch ar ac ter ize  th e  s o lar   an d   w i n d   en er g y   p o ten t ial  o f   E le n j er e.   So la r   ir r ad ian ce   d ata  w er e  co llected   th r o u g h   g r o u n d - b ased   m o n it o r i n g   an d   v alid ated   a g ai n s t  Natio n al   Aer o n au tics   an d   Sp ac e  A d m in i s tr atio n   –   Su r f ac e   Me teo r o lo g y   a n d   So lar   E n er g y   ( N A S A - S SE )   d atasets ,   y ield in g   a n   a v er ag e  g lo b al  h o r izo n t al  ir r ad ian ce   ( GHI )   b et w ee n   3 . 9 5   k W h / m ² /d a y   ( Au g u s t)   an d   6 . 0 2   k W h / m ²/d a y   ( Ma r ch ) ,   in d icatin g   s tr o n g   s o lar   p o ten tial  f o r   HR E S  Fig u r e  3 .     Si m i lar l y ,   w i n d   r eso u r ce   ass ess m en t  u s i n g   m ea s u r ed   d ata  an d   m eteo r o lo g ical   r ec o r d s   r ev ea led   an   av er ag e  w i n d   s p ee d   o f   4 . 1 9   m /s   at  a  1 0 - m eter   h u b   h ei g h t   Fig u r e  4 .   T h o u g h   m o d er ate,   th i s   w i n d   p o ten tial   co m p le m e n ts   s o lar   en er g y   d u r in g   lo w - s u n li g h t  o r   n ig h tti m e  p er io d s ,   m ak in g   it  s u itab le  f o r   h y b r id   in te g r atio n .   T o g eth er ,   th ese  r e n e w a b le  r e s o u r ce s   f o r m   th e   f o u n d atio n   f o r   a  s u s ta in ab le  p o w er   g en e r atio n   m ix   f o r   t h e   co m m u n it y .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6930   T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l ,   Vo l.  24 ,   No .   1 ,  Feb r u ar y   20 26 :  3 4 3 - 3 5 8   346   2 . 3 .    P r o po s ed  hy brid s y s t e m ’ s   co nfig ura t io n   Fig u r e  5   p r esen ts   t h e  s ch e m at i c  la y o u t  o f   th e   p r o p o s ed   h y b r id   en er g y   s y s te m .   T h e  s y s te m   i s   d esi g n e d   to   co m p r is e  t w o   r en e w ab le  en er g y   s o u r ce s ,   a  w i n d   en er g y   co n v er s io n   s y s te m   ( W E C S)  an d   a  s o lar   p h o to v o ltaic  s y s te m ,   s u p p o r ted   b y   a  DG   an d   a  b atter y   e n er g y   s to r ag e   s y s te m   a s   b ac k u p ,   i f   th e  r e n e w ab le  s o u r ce s   ar e   in s u f f icien t to   m ee t t h e  ca s e  s t u d y ’ s   to tal  lo ad   d e m an d .           Fig u r e  3 .   T h e  ca s e  s tu d y ’ s   a v e r ag e  s o lar   r ad iatio n   p r o f ile           Fig u r e  4 .   T h e  ca s e  s tu d y   s i te ’ s   av er ag e  w i n d   s p ee d           Fig u r e  5 .   Sch e m atic  d iag r a m   o f   a  r en e w ab le  h y b r id   p o w er   s y s te m       T h e  P V  p an els  co n v er t  s o lar   en er g y   in to   elec tr icit y ,   co m p le m en ted   b y   w i n d   tu r b in es  ( W T )   t h at  ca p tu r e   w i n d   p o w er .   F u el  ce ll s   p r o v id e  d ep en d ab le  b ac k u p   th r o u g h   elec tr o ch e m ical  co n v er s io n ,   wh ile  b atter ies  s to r e   ex ce s s   r en e w ab le  en er g y   to   en h an ce   s u p p l y   r eliab ilit y .   A   d ir ec t  cu r r en t  ( DC )   b u s   co o r d in ates  en er g y   e x ch a n g e  a m o n g   P V,   w i n d ,   s to r ag e,   an d   DC   lo ad s ,   w i th   a  d u m p   lo ad   d is s ip atin g   s u r p lu s   en er g y   to   p r ev en t  o v er v o ltag e.   I n v er ter s   co n v er t  D C   i n to   alte r n atin g   c u r r en t  ( AC ) ,   en ab li n g   u s e  b y   h o u s e h o ld   ap p l ian ce s ,   in d u s tr ies,  a n d   th e   g r id .   A   p o w er   m a n a g e m e n t  u n it  s u p er v is e s   all  o p er atio n s ,   o p ti m izi n g   co n v er s io n   e f f icie n c y ,   b alan cin g   d e m a n d   an d   s u p p l y ,   an d   p r eser v in g   s ta b ilit y .   C o llecti v el y ,   t h ese  co m p o n en ts   en s u r e  ef f icie n t,  r elia b le,   an d   s u s tain ab le   p o w er   g en er atio n   u n d er   d iv er s e  o p er atin g   co n d itio n s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l           Op timiz a tio n   a n d   tech n o - ec o n o mic  a n a lysi s   o f h yb r id   r en e w a b le  s ystem s   …  ( La mb e  Mu t a lu b   A d esin a )   347   2 . 4 .    M a t he m a t ica l  m o deli ng   o f   s y s t e m   co m po nent s   A cc u r ate  m o d elin g   o f   HR E S ’ s   co m p o n e n ts   en ab le s   s i m u la tio n   o f   en er g y   g e n er atio n ,   s to r ag e ,   an d   co s t,  en v ir o n m e n tal  tr ad e - o f f s   i n   H OM E R   P r o .   Deta iled   m a th e m atica l  f o r m u lat io n s   ar e  p r o v id ed   in   m at h e m atica l   m o d eli n g   an d   co m p o n e n t i n te g r atio n.   A cc u r ate  m o d eli n g   o f   HR E S   co m p o n en ts   i s   f u n d a m en ta l  f o r   ev al u ati n g   s y s te m   p er f o r m an ce   an d   r eliab ilit y .   Ma t h e m at ical  m o d e ls   d escr ib e  th e  h y b r id   en er g y   s y s te m   co m p o n e n t s   in cl u d in g   s o lar   P V,   WT ,  B A T ,  an d   DG   an d   p r o v id e  th e  f o u n d atio n   f o r   s i m u lati n g   en er g y   g e n er atio n ,   s to r a g e  d y n a m ics,  an d   co s t – en v ir o n m e n tal  tr ad e - o f f s   i n   H OM E R   P r o .     2 . 4 . 1 .   So la r  ph o t o v o lt a ic  s y s t e m   T h e  P V  s y s te m   o u tp u t  is   m o d eled   b ased   o n   s o lar   ir r ad ian ce ,   p an el  ef f ic ie n c y ,   a n d   in v e r ter   ( I NV)   p er f o r m a n ce .   F u ll   eq u atio n s   a n d   p ar a m eter s   ar e  p r ese n ted   i n   ( 1 )   [ 2 6 ] ,   [ 2 7 ] .   T h e  p o w er   o u tp u t  o f   th e   P V  ar r a y   is   ca lcu lated   b ased   o n   s o lar   ir r ad ian ce ,   p an el  ef f ic ien c y ,   an d   d er atin g   f ac to r s .   T h e  h o u r l y   e n er g y   g e n er atio n   is   m o d eled   as p r ese n ted   in   ( 1 ) .        ( ) = ( ) ×  ×  ×   ( 1 )     w h er e :   ( )   =  p lan e - of - ar r a y   ir r ad ian ce   at  h o u r     ( k W h / m ²/d a y )      =  t o tal  P V  s u r f ac e  ar ea   ( 1 . 0 8   m 2  n u m b er   of   p an e ls 1 . 0 8 m 2 ×n u m b er   of   p an el s )      =  p an el  ef f icien c y   ( 9 0 %,  p er   m an u f ac t u r er   s p ec if icatio n )     =  i n v er ter   ef f icie n c y   ( 9 5 %)     2 . 4 . 2 .   Wind   ener g y   co nv er s io n sy s t e m   W in d   tu r b in e   p o w er   o u tp u t  is   d eter m in ed   u s i n g   h u b - h e ig h t  w i n d   s p ee d s ,   r ated   p o w er ,   an d   cu t - i n /o u t   li m it s .   Deta iled   f o r m u lat io n ,   i n clu d i n g   th e  p iece w i s e  p o w er   eq u atio n ,   is   i n .   ( 2 )   [ 2 8 ] ,   [ 2 9 ] ,  ( 3 )   [ 3 0 ] ,   an d   ( 4 )   [ 3 1 ] ,   [ 3 2 ] .   T h e  W E C S  co n v er ts   w i n d   k i n etic  e n er g y   i n to   elec tr i ca l  p o w er   th r o u g h   ae r o d y n a m ic,   m e ch a n ical,   a n d   elec tr ical  p r o ce s s es.  Ho u r l y   p o w er   o u tp u t  f r o m   t h e  w i n d   en er g y   s y s te m   i s   as e x p r ess ed   in   ( 2 ) .     =   {   0   <           ≥      −    −       ≤     ≤     ≤     <    }     ( 2 )     w h er e:     =  t o tal  p o w er   g e n er ated   b y   t h e  w i n d   en er g y   co n v er s io n   s y s t e m s       =  r ated   p o w er   o f   t h e  w i n d   tu r b in e     =  w i n d   s p ee d   o f   th e  w i n d   tu r b in e  at  h u b   h ei g h t      =  c ut - i n   w i n d   s p ee d   o f   th e  w i n d   tu r b in e      =  c ut - o u t  w i n d   s p ee d   o f   th e  win d   tu r b in e     =  r ated   w i n d   s p ee d   o f   th e  w i n d   tu r b in e   T h e  w in d   s p ee d   at  th e  t u r b in e  h u b   h e ig h t,  ℎ ,   an d   r ef er en ce   h ei g h t,  ℎ ,   is   d eter m in ed   u s i n g   t h e  p o w er   la w   eq u a tio n   as e x p r ess ed   in   ( 3 ) .     =     ( ℎ ℎ ) ∝   ( 3 )     w h er e:   ∝   =  s h ea r   co ef f icien t,  r an g in g   f r o m   0 . 1 0   –   0 . 4 0     T h e  an n u a l e n er g y   g en er ated   f r o m   t h e  w i n d   tu r b in e  i s   as e x p r ess ed   in   ( 4 ) .     =     × 8760   ( ℎ /  )    ℎ   ( 4 )     2 . 4 . 3 .   B a t t er y   s t o ra g e  s y s t em   B atter y   d y n a m ic s ,   i n clu d i n g   s tate - of - ch ar g e  e v o lu tio n ,   c h ar g e/d is c h ar g e  ef f icie n cie s ,   an d   s el f - d is ch ar g e,   ar e  m o d eled   as  d e s c r ib ed   in   ( 5 )   [ 3 3 ] ,   [ 3 4 ] .   T h e  b atter y   en er g y   s to r ag e   s y s te m   s to r es  elec tr ical  e n er g y   f o r   later   u s e,   e n h a n ce s   H R E S ’ s   s tab ilit y ,   m a n ag e s   lo ad   f l u ctu a tio n s ,   an d   i m p r o v es  r e n e w ab le  en er g y   in teg r atio n   ef f icien c y .   T h e  s tate   o f   c h ar g e   ( S OC )   o f   th e  n ic k el - ca d m i u m   b atter y   b an k   co n s id er ed   in   t h i s   w o r k ’ s   H OM E R   P r o   s im u latio n   i s   g o v er n ed   b y   ( 5 ) .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6930   T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l ,   Vo l.  24 ,   No .   1 ,  Feb r u ar y   20 26 :  3 4 3 - 3 5 8   348    ( ) =  ( − 1 ) × ( 1 − ) + ( ℎ ( ) × ℎ −  ℎ ( )  ℎ ) × ∆     ( 5 )     w h er e :     =  d aily   s elf - d is c h ar g e  r ate  ( 0 . 2 %)   ( ℎ ( ) ,  ℎ ( )   =  c h ar g i n g   / d is c h ar g in g   p o w er   at  h o u r     ( k W )   ℎ ,    ℎ   =  c h ar g e/d is ch ar g e  ef f icie n ci es ( 8 5 % a n d   9 0 %,  r esp ec tiv ely )   ∆   =  t i m e  in ter v al  ( 1   h o u r )     2 . 4 . 4 .   Diesel e nerg y   g ener a t o r   DG   f u el   co n s u m p tio n   is   m o d eled   lin ea r l y   w it h   r ated   p o w er   a n d   o u tp u t.  L o ca l  f u e l  p r icin g   a n d   av ailab ilit y   ar e  co n s id er ed ,   w it h   f u ll  eq u atio n s   g i v en   in   ( 6 )   [ 3 5 ] ,   [ 3 6 ] .   A ll  d er iv a tio n s ,   p ar a m e ter s ,   an d   ass u m p tio n s   ar e  p r o v id ed   f o r   clar it y   an d   r ep r o d u cib ilit y .   DG   p r o v id e  r eliab le,   h i g h - a v a ilab ilit y   p o w er ,   en s u r in g   co n ti n u o u s   elec tr icit y   i n   o f f - g r id   a n d   h y b r id   s y s te m s ,   an d   co m p le m e n t  i n ter m itte n t  r en e w ab le  en er g y   s o u r ce s   f o r   a  s tab le  en er g y   s u p p l y .   T h e  f u e l   co n s u m p tio n   ( D f )   o f   th e  d iesel   g en er ato r   is   m o d elled   u s i n g   a  lin ea r   f u el  c u r v e  as p r ese n ted   in   ( 6 ) .     ( ) = × + ×  ( )     ( 6 )     w h er e :     =  n o - lo ad   f u el  co n s u m p tio n   c o ef f icie n t ( 0 . 0 0 6 2 6   L /k W h )   [ 3 6 ]     =  m ar g i n al  f u e l c o n s u m p t io n   co ef f icie n t ( 0 . 2 8 3 1   L /k W h )       =  r ated   ca p ac ity   ( 1 0 0   k W )    ( ) =   g en er ato r   o u tp u t a t  h o u r     L o ca l  d iesel  p r ices  av er a g ed   ₦   889   /L   ( ≈   USD  0 . 5 2 /L ) .   Die s el  s u p p l y   r eliab ilit y   a n d   p r ice  v o latilit y   j u s ti f y   it s   r o le  as a   b ac k u p   p o w er   s o u r ce   r ath er   th an   p r i m ar y   g en er atio n .     2 . 5 .    H O M E R  pro   s i m ula t io n set up   T h e  P V – WT – d iesel  g en er ato r   ( GE N ) – ( B A T )   h y b r id   co n f ig u r atio n   w as m o d eled   an d   o p ti m ized   u s i n g   th e  HOM E R   P r o   in ter f ac e  Fig u r e  6 .   T h e  s im u latio n   i n co r p o r ated   s ite - s p ec i f ic  in p u t s ,   in cl u d in g   m ea s u r ed   lo ad   p r o f iles ,   s o lar   ir r ad ian ce ,   an d   w i n d   s p ee d   d ata,   alo n g   w it h   t h e  tec h n ical   an d   co s t  p ar a m e t er s   s u m m ar ized   in   T ab les  1   an d   2 .   T o   en s u r e  o p er atio n al  r ea lis m ,   o p ti m izat io n   co n s tr ain t s   s u ch   a s   t h e  lo ad - f o llo w i n g   s tr ate g y ,   b atter y   p r io r it y   r u le,   r e n e w ab l e  en er g y   f r ac tio n ,   L O L P ,   an d   b atter y   d ep th   o f   d is c h ar g e  ( Do D)   w er e  ap p lied .   T h e  Do D  w as  r estricte d   to   8 0 %  to   ex ten d   b atter y   li f e s p an ,   w h ile  th e  s i m u latio n   ti m e  s tep   w as  s et  to   1 0   m i n u tes .   A   p r o j ec t  lif esp an   o f   2 5   y ea r s   an d   an   in ter e s t  r ate  o f   2 5 . 5 %  w er e  ad o p ted   to   r ef lect  Nig er ia ’ s   p r ev aili n g   ec o n o m ic  a n d   i n f la tio n   co n d itio n s .   S y s te m   p er f o r m a n ce   was  ev al u a ted   b ased   o n   L C OE ,   NP C ,   an d   o v er al l   r eliab ilit y ,   r es u lti n g   i n   o p ti m al  co m p o n en t  s ize s   a n d   co s t  d is tr ib u tio n s   f o r   s u s tai n ab le  e lectr if icatio n   i n   t h e   E len j er e  co m m u n it y .           Fig u r e   6 .   P r o p o s ed   h y b r id   s y s t e m   co n f i g u r atio n   f o r   s i m u latio n   in   H OM E R   P ro       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l           Op timiz a tio n   a n d   tech n o - ec o n o mic  a n a lysi s   o f h yb r id   r en e w a b le  s ystem s   …  ( La mb e  Mu t a lu b   A d esin a )   349   T ab le  1 .   HOM E R   P r o ’ s  s i m u l atio n   p ar a m eter s   S i mu l a t i o n   c o n s t r a i n t s   S p e c i f i c a t i o n   S i mu l a t i o n   t i me   st e p     1 0   mi n u t e s   P r o j e c t   l i f e sp a n   2 5   y e a r s   I n t e r e st   r a t e     2 5 . 5 0 %   M a x i m u m   r e n e w a b l e   f r a c t i o n     9 5 %   W i n d   s p e e d   h u b   h e i g h t   1 0   m/ s   M a x i m u m   a n n u a l   c a p a c i t y   sh o r t a g e     5%   D o l l a r   e x c h a n g e   r a t e     N   1, 7 0 0   /   $   S i mu l a t i o n   t i me   st e p     1 0   mi n u t e s   P r o j e c t   l i f e sp a n   2 5   y e a r s       T ab le  2 .   Sy s te m   co m p o n en t p ar a m eter   an d   co s t   C o mp o n e n t   C a p i t a l   c o st   ( $ )   R e p l a c e me n t   c o st   ( $ )   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 st   ( $ )   L i f e sp a n   ( y r )   W i n d   t u r b i n e   ( 1 0 0   k W )   2 5 0 0   1 5 0 0   1 5 0   20   S o l a r   P V   S y st e m (1 0 0   k W )   3 0 0 0   3 0 0   10   25   I n v e r t e r   ( 1 5 0   k W )   2 0 0 0   2 5 0   20   10   D i e se l   g e n e r a t o r   ( 1 0 0   k W )   1 0 0 0   8 0 0   2 0 0   15   B a t t e r y   ( 1 9 2   V ,   6 0 0   A h )   3 5 0 0   3 5 0 0   10   10       3.   RE SU L T S AN D  D I SCU SS I O N    3 . 1 .    Resul t :   3 . 1 . 1 .  O pti m a l  s y s t e m   s e lect i o n a nd   ec o no m ic  a s s es s m ent   T h e  HOM E R   P r o   s i m u la tio n s   ass es s ed   h y b r id   r en e w ab le  e n er g y   co n f ig u r atio n s   b ased   on  L C OE ,   n e t  p r esen t  co s t  ( NP C ) ,   an d   s y s te m   ca p ital  co s t  ( SC C )   Fig u r es  7 – 9 .   Am o n g   t h e  co n f i g u r atio n s ,   t h e   P V/W T /B A T /I NV/GE N  s y s te m   p er f o r m ed   b est  ( L C OE   =  U SD  0 . 4 5 5 /k W h ;  C ap ital   C o s t  =  USD  7 0 6 , 8 3 6 ;  N P C   =  USD  2 . 9 8 M) .   A   lo w er   ca p ital  r eq u ir e m e n t  n o t  o n l y   ea s e s   th e  in itial   f i n a n cial  b u r d e n   b u t  al s o   i m p r o v es  p r o j ec t   f ea s ib ili t y   f o r   s tak e h o ld er s   o p er atin g   u n d er   b u d g etar y   li m itatio n s ,   t h er eb y   s tr e n g th e n i n g   o v er all  r etu r n   o n   in v e s t m e n t  ( R OI )   [ 3 7 ] .           Fig u r e  7 .   S y s te m   co n f i g u r atio n   v er s u s   L C OE           Fig u r e  8 .   S y s te m   co n f i g u r atio n   s ce n ar io   v s   S C C       Fo llo w i n g   id en ti f icatio n   o f   th e   P V/W T / B A T /I NV/GE N  s etu p   as  th e  m o s t  o p ti m a l,  Scen ar i o   A ’ s   co s t  d is tr ib u tio n   Fi g u r e  1 0   s h o w s   b atter ies  d o m i n ate  to tal  in v es t m en t  ( ~8 2 %),   f o llo w ed   b y   w i n d   ( ~1 7 %),   w ith   P V  an d   in v er ter   co s ts   b elo w   1 %.  T h is   p atter n   r ef lect s   p r ev aili n g   m ar k et  p r ices,  s y s te m   d esig n   n ee d s ,   a n d   s to r ag e   r eq u ir e m en ts   f o r   r en e w ab le  s t ab ilit y .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6930   T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l ,   Vo l.  24 ,   No .   1 ,  Feb r u ar y   20 26 :  3 4 3 - 3 5 8   350       Fig u r e  9 .   S y s te m   co n f i g u r atio n s   v er s u s   n e t p r esen t c o s t           Fig u r e   1 0 .   Op tim a l  S CC   s u m m ar y       3 . 1 . 2 .  Sens it iv it y   a na ly s is     Sen s iti v it y   a n al y s is   Fi g u r e   1 1   s h o w s   L C OE   is   m o s t  s en s iti v e  to   b atter y   co s t  an d   P V   ca p ac ity :   lo w er in g   b atter y   co s t  b y   2 0 %  o r   in cr ea s i n g   P V  ca p ac it y   b y   2 0 %  s u b s ta n tiall y   r ed u ce s   L C OE ,   w h ile  h ig h er   d i s co u n t  r ates   r aise  it.  Fig u r e   1 1   f o r   d etailed   s ce n ar io   v al u es.   T h e  r en e w ab le  f r ac tio n   ill u s tr ated   in   Fi g u r e  1 2   s h o w s   t h e  o p ti m al   s y s te m   p r o v id es  8 6 . 2 %  o f   a n n u al  en er g y   f r o m   r en e w ab l es,  w it h   th e  d iesel  g e n er ato r   co v er in g   1 3 . 8 %.  C o n f i g u r atio n s   w it h o u t  w in d   ac h iev e  lo w er   r en e w ab le  s h ar es  ( 8 0 – 8 2 . 5 %)  an d   h ig h er   d iesel  r elian ce ,   h ig h li g h ti n g   t h e   i m p o r tan ce   o f   w in d   in teg r atio n   an d   ad eq u ate  s to r ag e  in   en h a n ci n g   r en e w a b le  p en etr atio n   an d   s y s te m   r eliab il it y .               Fig u r e   1 1   I m p ac t o f   s en s iti v it y   an al y s is   o n   L C OE   Fig u r e  1 2 .   R en e w ab le  f r ac tio n   v s   g e n er ato r   co n tr ib u tio n       3 . 1 . 3 .   P a y ba ck   perio d e s t i m a t io n f o r  t he  o ptim a l sy s t e m   c o nfig ura t io n   T h e  p ay b ac k   p er io d   m ea s u r es   h o w   q u ick l y   an   i n v e s t m en t  r ec o v er s   its   ca p ital  co s t  th r o u g h   an n u al   s av i n g s   o r   r ev en u es,  s u ch   as  en er g y   s ales,  f ee d - in   tar if f s ,   o r   in ce n tiv e s   [ 3 8 ] ,   [ 3 9 ] .   I n   r en e w ab le  h y b r id   p o w er   s y s te m s   o p ti m izatio n ,   it ’ s   a  v ital  f i n an cia l  m e tr ic  ass e s s i n g   i n v est m e n t  attr ac ti v e n ess ,   r is k ,   an d   ec o n o m i c   r esil ien ce .   A   s h o r ter   p ay b ac k   en h a n ce s   p r o j ec t  ap p ea l,  s u p p o r ts   f i n an cia l  p lan n i n g ,   i m p r o v es  b an k ab ilit y ,   a n d   in f o r m s   p o lic y   a n d   in v est m e n t   d ec is io n s   [ 4 0 ] .  P ay b ac k   p er io d   is   d ef in ed   as p r esen ted   in   ( 7 )   [ 4 1 ] ,   [ 4 2 ] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l           Op timiz a tio n   a n d   tech n o - ec o n o mic  a n a lysi s   o f h yb r id   r en e w a b le  s ystem s   …  ( La mb e  Mu t a lu b   A d esin a )   351        =                 ( 7 )              =     ×                  ( 8 )     W h er e , d ata  f r o m   H OM E R   P r o   o p tim al  s y s te m   co n f i g u r atio n   g i v e s :   L C OE   =  U SD 0 . 4 5 5 /k W h , a n n u al  e n er g y   p r o d u ctio n   =  4 4 2 , 5 7 3   k W h ,   an d   o p ti m al  s y s te m   ca p ital c o s t : U SD 7 0 6 , 8 3 6 .    T h er ef o r e ,   u s i n g   ( 7 ) – ( 8 )   an d   th e  o p ti m al - s y s te m   o u tp u ts   ( L C OE ,   a n n u a l  e n er g y   p r o d u ctio n ) ,   th e   ca lcu lated   p ay b ac k   is   ≈   3 . 5   y ea r s ,   a  r a p id   ca p ital  r ec o v er y   th at  in d icate s   s tr o n g   f in a n ci al  v iab ilit y .   T h e  s h o r t   p ay b ac k   p er io d   r ein f o r ce s   th e  p r o j ec t ’ s   f in a n cial  attr ac t iv en e s s   a n d   s ca lab ilit y   in   r eso u r ce - co n s tr ai n ed   co m m u n itie s .     3 . 1 . 4 .  Ca s h  f lo w  a na ly s is     T h e  ca s h   f lo w   d i s tr ib u tio n   o f   th e  HR E S i n   Fi g u r e  1 3   s h o w s   t h at  ca p ital   co s ts   ar e  d o m i n ate d   b y   B A T ,  f o llo w ed   b y   WT   an d   P V   s y s te m s ,   r ef lect in g   th e  h i g h   in it ial  in v e s t m en t  r eq u ir ed   f o r   r eliab l e  o f f - g r id   o p er atio n .   R ep lace m e n t  co s t s   ar e  also   p r i m ar il y   d r iv e n   b y   b atter ies   d u e  to   t h eir   li m ited   li f esp a n ,   w h ile  P V  a n d   w in d   co m p o n e n t s   r eq u ir e  m in i m al  r ep lace m e n t s .   Op er atio n   an d   m ai n ten a n ce   co s ts   ar e  m o d er ate,   w it h   W T   an d   g en er ato r s   co n tr ib u ti n g   m o s t.   Fu el   co s ts   ar e  n eg lig ib le,   in d icatin g   t h e  g en er ato r   s er v es   m ai n l y   a s   b ac k u p .   Neg ati v e  s alv a g e  v al u es  o cc u r   at  th e  p r o j ec t’ s   en d ,   w it h   b atter ies  h av i n g   th e  h i g h est  r ec o v er y   v alu e.   Op ti m izi n g   b atter y   s izi n g   a n d   lif ec y cle  m an ag e m e n t  is   cr u cial  to   r ed u cin g   to tal  co s t s   an d   i m p r o v in g   lo n g - ter m   s y s te m   s u s tai n ab ilit y .           Fig u r e  1 3 .   C ash   f lo w   d is tr ib u t io n   o f   HR E S a cr o s s   li f ec y cle  co s t c a teg o r ies       3 . 2 .     Dis cus s io n   3 . 2 . 1 .   I nte rpre t a t io n o f   o ptim a l  s y s t e m   co nfig ura t io n r esu lt s   T h e  an al y s i s   co n f ir m s   th at  th e  P V/W T /B A T /I NV/GE N  co n f i g u r atio n   is   b o th   tec h n i ca ll y   an d   ec o n o m icall y   o p ti m al,   e f f ec ti v el y   b alan ci n g   r en e w ab le  p en et r atio n ,   in v est m e n t  c o s t,  an d   o p er atio n al  r eliab ilit y .   B T S   d o m in a tes  ca p ital  ex p en d itu r e  ( ~8 2 %  o f   C ap ex ) ,   h ig h li g h ti n g   t h e  p o ten tial  o f   tech n o lo g ical  i m p r o v e m e n ts   an d   f in a n ci n g   m ec h a n i s m s   to   f u r th er   lo w er   L C OE .   T h is   d o m in an ce   r ef lects  th e  lar g e  s to r ag e  ca p ac ity   r eq u ir ed   f o r   en er g y   b u f f er i n g ,   lo ad   s m o o t h i n g ,   a n d   b ac k u p   d u r in g   in ter m itte n c y ,   alo n g s id e  h ig h   l if ec y cle  an d   r ep lace m e n t c o s t s   in h er en t to   s y s te m   d es ig n   an d   o p er atio n .   Sen s iti v it y   a n al y s i s   id en ti f ie s   b atter y   co s t  a n d   P V  ca p ac ity   as   p r im ar y   ec o n o m ic  d r iv er s ,   w it h   d is co u n t   r ate  ( ≈ 2 5 . 5 %)  an d   b atter y   li f et i m e  also   in f l u e n cin g   v iab ilit y .   A   h i g h   r en e w ab le  f r ac tio n   ( ~ 8 6 %)  d em o n s tr ates   th at  h y b r id izatio n   w i th   m o d est   w i n d   s p ee d s   ( ~4 . 2   m / s )   ca n   s u b s ta n tiall y   m in i m ize  d ie s el  u s e  an d   e m i s s io n s .   W in d   en er g y   i n te g r atio n   is   j u s tif ied   b y   it s   co m p le m e n ta r y   s y n er g y   w it h   s o lar   P V,   p r o v id in g   g en er atio n   d u r i n g   lo w - s o lar   a n d   n i g h tti m e  p er io d s   w h ile  e n h an ci n g   o v er all   s y s te m   s tab ili t y .   Mo d er ate  w in d   s p ee d s   ( 4 – 5   m / s )   m ea n i n g f u l l y   s u p p le m e n t  o u tp u t,  r ed u cin g   b atter y   c y cli n g   an d   o p er atio n al  co s ts .   T h is   in te g r atio n   also   lo w er s   s y s te m   co s t  th r o u g h   s h ar ed   in f r a s t r u ctu r e,   m it ig ate s   g r ee n h o u s e   g as  e m i s s io n s ,   an d   s tr en g th e n s   r en e w ab le  u t ilizati o n   ef f icie n c y ,   r eliab ilit y ,   an d   r esil ie n ce   ag ai n s t r eso u r ce   in te r m itte n c y .     3 . 2 . 2 .  Sy s t e m   o pti m iza t io n a nd   v a lid a t io n   T h e  s ec tio n   co m p ar es  HOM E R   an d   M A T L A B   Si m u li n k   f o r   o p tim izi n g   HR E S .  I s h r aq u e  et  a l.   [ 4 3 ]   p r esen ted   a  tech n o - ec o n o m ic  an d   p o w er   s y s te m   o p ti m izatio n   s t u d y   o f   a  r en e w ab le - r ich   is l an d ed   m icr o g r id   f o r   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6930   T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l ,   Vo l.  24 ,   No .   1 ,  Feb r u ar y   20 26 :  3 4 3 - 3 5 8   352   th e  B ar is h al  a n d   C h atto g r a m   r eg io n s   i n   B an g lad es h .   HOM E R   w as  u s ed   to   o p ti m ize  co m p o n en t  s izi n g   an d   ev alu a te  f i v e  d is p atch   s tr ateg ie s ,   g en er ato r   o r d er ,   cy cle  ch ar g i n g ,   lo ad   f o llo w i n g ,   HOM E R   p r ed ictiv e  d is p atch ,   an d   co m b i n ed   d is p atch ,   b ased   o n   C O₂  e m is s io n s ,   NP C   an d   L C OE .   MA T L A B   Si m u lin k   w a s   th en   e m p lo y ed   to   v alid ate  th e  s y s te m ’ s   d y n a m ic   p er f o r m a n ce   an d   o v er all  f ea s i b ilit y .   R es u lts   s h o w ed   th at  th e  L o ad   Fo llo w i n g   s tr ateg y   ac h ie v ed   th e  b est  p e r f o r m a n ce ,   d eliv er in g   th e  lo w e s t  NP C ,   L C OE ,   o p er atin g   co s t,  an d   C O₂  e m is s io n s ,   alo n g s id e  a  s tab le  p o w er   s y s te m   r esp o n s e.   I n   co n tr a s t,  th e   C o m b i n ed   Dis p atch   s tr ateg y   p er f o r m ed   t h e  w o r s t,  w i th   t h e  h ig h es t  co s ts   an d   e m is s io n s .   T h is   in te g r ated   ap p r o ac h   p r o v id es  a  co m p r eh e n s i v e  f r a m e w o r k   f o r   d esig n i n g ,   o p tim izi n g ,   an d   v alid atin g   o f f - g r id   HR E S  u n d er   d iv er s e  o p er atio n al  co n d itio n s .     3 . 2 . 3 .  E nv iro n m ent a l  a nd   s o cio - ec o no m ic  i m pa ct s   T h e  o p ti m ized   s y s te m   r ed u ce s   C O₂  e m i s s io n s   b y   ~6 8 %  ( f r o m   9 2 , 0 0 0   t o   2 9 , 4 0 0   k g / y ea r )   [ 4 4 ]   an d   p ar ticu la te  m atter   b y   5 4 %  co m p ar ed   to   d iesel - o n l y   o p er atio n ,   alig n i n g   w it h   SD G  7   an d   S DG   1 3 .   E co n o m ica ll y ,   th e  h i g h   r en e w ab le  f r ac t io n   a ch iev e s   co m p etiti v e  L C OE   lev els  co n s is ten t  w i th   S S A   m in i - g r id   b en ch m ar k s .   Me ch an is m s   s u ch   as  ca p ital   b u y - d o w n s ,   co n ce s s io n al  d eb t ,   an d   b len d ed   f in an ci n g   ca n   f u r t h er   i m p r o v e  af f o r d ab ilit y .   Mid d a y   P V  s u r p lu s   ca n   s u p p o r t  p r o d u ctiv e - u s e  elec tr i f icatio n   ( co ld   ch ai n s ,   ag r o - p r o ce s s i n g ,   d ig ital  s er v ices) ,   w h ile  tier ed   o r   s ea s o n al  tar i f f s   e n h a n ce   r ev e n u e  s tr ea m s   a n d   r ed u ce   r elian c e  o n   d iesel   b ac k u p .     3 . 2 . 4 .  Co m pa riso n a nd   co ntr a s t   w it h e x is t ing   lite ra t ure    T h is   s ec tio n   o f f er s   a  co m p ar at iv e  a n al y s i s   o f   t h e  p r esen t  s t u d y   ag ai n s t  r ec en t  r esear c h   o n   HR E S ’ s   to   v alid ate  t h is   r esear c h   f i n d in g s ,   d r a w in g   f r o m   p ee r - r e v ie w ed   p u b licatio n s   in   I E E E   Xp lo r e,   Sco p u s ,   an d   W eb   o f   Scien ce .   A r ticles  w er e  s elec ted   u s in g   k e y w o r d s   s u ch   as  “ H R E S , ”   “ T ec h n o - E co n o m ic  HR E S, ”   an d   “ o p ti m izatio n   tec h n iq u e s , ”   f o cu s i n g   o n   co n te m p o r ar y   s t u d i es  f r o m   2 0 2 1 – 2 0 2 5 .   E m p h a s is   w a s   p lace d   o n   o f f - g r id   r en e w ab le  h y b r id   p o w er   s y s te m s ,   i n n o v ati v e  o p ti m iza tio n   ap p r o ac h es,  an d   p r ac tical  ca s e  s tu d ies  a s s es s i n g   tech n ical  an d   ec o n o m ic  p er f o r m an ce .     E v id en ce   ac r o s s   S S A   a n d   co m p ar ab le  lo w -   a n d   m id d le - i n c o m e   co u n tr ies   ( L MI C )   co n te x ts   h ig h li g h t   PV - b atter y   h y b r id s   as  least - co s t,  lo w est - e m is s io n   s o lu t io n s ,   w it h   w i n d   a n d   li m ited   d iesel  e n h a n ci n g   r esil ie n ce .   T ab le   3   p r esen ts   co m p ar ati v e  co n tr asts .   L C OE   is   h i g h er   th a n   “ b est - ca s e ”   G w ad ar ,   P ak is tan   /   HOM E R   s o f t w ar e,   b u t  s i ts   s q u ar el y   w it h i n   SS A   ta r if f   b an d s   o b s er v ed   f o r   co m m e r ciall y   v iab le  m i n i - g r id s   w h e n   FX,   h i g h   d is co u n t   r ates  ( ≈   2 5 . 5 %),   an d   s to r ag e - h ea v y   d es ig n s   ar e  m o d eled .   Ou r   r en e w ab le  s h ar e  ( ≈   8 6 %)  ex c ee d s   m a n y   P V – DG   s y s te m s   t h at  lac k   w i n d   f ir m in g   an d   alig n s   w i th   s t u d ies  t h at  p r io r itize  p ea k - s h a v in g   b atter ies  o v er   d iesel  r u n ti m e.       T ab le  3 .   C o m p ar ativ e  s y n t h esi s   ( s elec ted   2 0 2 1 – 2 0 2 5   s tu d ies  v s .   t h is   w o r k )   S t u d y   C o n t e x t   /   t ool   O p t i mal   m ix   L C O E  ( U S D / k W h )   N P C   /   C a p e x   (USD)   R e n .   f r a c t i o n   K e y   n o t e s   [ 4 5 ]   G w a d a r ,   P a k i s t a n   /   H O M ER   so f t w a r e   P V   –   w i n d   –   g r i d   –   c o n v e r t e r   ( m o d e l   2 )   0 . 0 3 4 7   —   7 3 . 3 %  ( m o d e l   2)   G w a d a r   mi c r o g r i d :   m o d e l   2   o p t i m a l ,   r e d u c e s  i mp o r t s .   [ 4 6 ]   K e c h   v i l l a g e   H O M ER - P r o   si mu l a t i o n   P V   –   w i n d   –   B A T   –   c o n v e r t e r   0 . 1 3 7   1 2 7 , 3 4 5   1 0 0 %   R e l i a b l e   e c o n o mi c a l   sca l a b l e   r u r a l   e l e c t r i f i c a t i o n   i s a c h i e v e d   [ 4 7 ]   H O M ER   +  M C D M   ( 3 2   sce n a r i o s)   P V   –   w i n d – b a t t e r y   0 . 2 4   1 . 4 2   –   1 . 6 4   M   5 5 . 1 %   D e mo n st r a t e s t r a d e - o f f s  b e t w e e n   e c o n o mi c s  a n d   su st a i n a b i l i t y   [ 4 8 ]   U t t a r a k h a n d ,   I n d i a ,   H O M ER - P r o   si mu l a t i o n   P V   –   b a t t e r y   0 . 1 4 3   4 3 , 7 3 8 . 5 3   A l mo st   1 0 0 %   C u t s   g r e e n h o u se   g a s   ( G H G )   e mi ssi o n s b y   2 1 , 5 4 5   k g / y e a r   [ 4 9 ]   S o u t h   A f r i c a ,   H O M ER   g r i d   P V   –   wi nd –   b a t t e r y   e n e r g y   st o r a g e   sy st e m  ( B ESS )   0 . 2 3   9 . 3 M   9 5 %   F l o a t i n g   P V   p e r f o r man c e   r a t i o   8 5 . 5 %,   w i t h   a n n u a l   1 5 , 8 3 5   M W h   [ 5 0 ]   S o u t h   C o a s t ,   K ZN ,  H O M ER   P r o   3 . 1 8 . 1 .   W i n d   e n e r g y   +   c o n v e r t e r   +   g r i d   —   1 3 , 0 0 0   7 4 %   P V / g r i d   i s v i a b l e   a l t e r n a t i v e   b u t   l e ss c o st - e f f e c t i v e   [ 5 1 ]   I mp r o v e d   su b t r a c t i o n - a v e r a g e - b a se d   o p t i m i z e r   ( I S A B O )   P V   –   w in d   –   f u e l   c e l l   —   1 , 3 5 7 , 0 1 8 . 1 5   —   R e l i a b l e   o p e r a t i o n   w i t h   o n l y   0 . 8 %   l o ss o f   p o w e r   su p p l y   p r o b a b i l i t y   ( L P S P )   d e c l i n e   u n d e r   P V   f a i l u r e   P r e se n t   st u d y   ( 2 0 2 5 )   N i g e r i a / H O M E R   P r o   PV –   WT   –   B A T   –   G EN   0 . 4 5 5   N P C   2 . 9 8   M ;   C a p e x   7 0 6 , 8 3 6     ≈   8 6 %   W i n d   i mp r o v e s  se a so n a l   a d e q u a c y ;   st o r a g e   d o mi n a t e s  C a p e x     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.