Дослідження гібридної вітро-сонячно-дизельної системи для автономного енергопостачання

Андреолі, Артем Юрійович
Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8350
Title:	Дослідження гібридної вітро-сонячно-дизельної системи для автономного енергопостачання
Authors:	Базіло, Костянтин Вікторович Андреолі, Артем Юрійович
Keywords:	автономні енергосистеми;відновлювані джерела енергії;децентралізоване електропостачання;оптимізація складу генеруючих потужностей;паливна економічність;програмний пакет HOMER;техніко- економічне обґрунтування
Issue Date:	15-Dec-2025
Abstract:	Кваліфікаційна робота магістра присвячена розв’язанню наукового завдання розроблення та дослідження методики моделювання й оптимізації конфігурації гібридної вітро-сонячно-дизельної системи автономного енергопостачання віддаленого споживача з урахуванням метеорологічних та експлуатаційних факторів. The master' s qualification work is devoted to solving the scientific problem of developing and researching the methodology for modeling and optimizing the configuration of a hybrid wind-solar-diesel system of autonomous power supply of a remote consumer, taking into account meteorological and operational factors.
URI:	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8350
Appears in Collections:	174 Автоматизація, комп'ютерно-інтегровані технології та робототехніка (Робототехнічні системи та автоматизація)
Files in This Item:
File	Description	Size	Format
Диплом-магистр_Андреолі А.pdf Restricted Access	КРМ Андреолі А.	3.92 MB	Adobe PDF	View/Open Request a copy
Show full item record
Extracted text
YEPKACLKH IEPKABHMH TEXHOJIOrIYHHMY HIBEPCHTET 
OAKYJIHTET EJIEKTPOHHHX TEXHOJIOrIM 
ABTOTPAHCIIOPTY TA MAIMHOBYIYBAHH 
KAOEJPA IPMJIAIOEYIYBAHHA, MEXATPOHIKM TA 
KOMIIIOTEPM30BAHHX TEXHOJIOrIM 
lonyueHO 10 3aXHCTY 
3aBinysay kadexpu IIMKT 
MakcHM BOHIAPEHKO 
« 2025 p. 
IIOACHIOBAJILHA 3AIHCKA 
n0 KBanihikauiïnoï poQorH 
MaricTpa 
Ha TeMy «locninDKEHHA T0PpHIHOd B0TpO-cOHAYHO-IH3ebHOÏ CHCTeMH NA 
aBTOHOMHOrO eHepOIOCTayaHHA» 
KBaniikariaHa po6ora MaricTpa MicTHT5 pesynsraTH BJIaCHHX NOcI0NKeHb. 
BuKopuCTAHHA ije, pe3yJIbTaT0B i TeKCT0B 0HUIHX aBTOpiB MaroTb noCHNaHHA Ha 
B0InOB0JIHe IKepeio ApreM AHIPEOJI 
BuKOHaB 3106yBa4 BHIIOÏ oCB0TH OCB0THbOrO 
CTYneHA «CMarictp» 2 Kypcy, rpynH MPCA-47 
3a cneianbH0CTHO 174 «ABTOMATH3auis, 
KOMIT'HOTepHO-0HTerpoBaHi TexHOJOriï Ta 
poõoTOTeXH0Ka, 3a ocBiTHLOO nporpamOIO 
«PoooTOTeXH0H0C HCTeMH Ta aBTOMaTH3aiiD> 
Aprem AHIPEOJII 
KepiBHHK KocTAHTHH BA3IJIO 
PeneH3eHT BikTop AHTOHIOK 
Yepkacu - 2025 poKy 
yEPKACbKHÄJ EPKABHMü TEXHOJIOrIYHMM YHIBEPCHTET 
(noDNC NatMely banUIA BIILLOro waD4aNLIoro JaKNaNy) 
DakynbTeT eneKmponnux mexuonoziü, gomompancnopnmy ma Mauuno6y)Y OanMA 
Kaeapa npunado6y)yoauUA, Mexampouiku ma KOMn' omepu3OGAIUX mexnonozim 
OcsiTHi0p isenb Mazicmp 
CueuiaabluicTb 174 «AemoMamuJayia, KOMn 'omepuO-inmegposani mexnoAo2iï ma pobomomex1iKa» 
OcBiTHA nporpama «PobomnomexnisHÈ CUCmeMu ma aGmOMamu3ayia» 
(uupp I Ha30a) 
3ATBEPIDKYIO 
3aBiaysaM 7aenpu IIMKT 
MakcuM BOHIAPEHKO 
|2 2025 poKy 
3 A BAAH  H A 
HA KBAJIIOIKAIIHY POBOTY MArICTPA 
AHdpeoni Apmena IOpioosuua 
(npissHue, im'a, no 6aTbKOBi) 
1. TeMa poõoTH: locninKeHHA riópHIHOÏ B0TPO-COHAYHO-AM3eIbHO0 CHCTeMH IIA aBTOHOMHOrO 
eHeproIOCTaYaHHA 
HaykoBHö KepiBHHK poboTH Easino KoCTAHTHH BiKTOPOBHY,DT eXH. HayK, IPOdecop kadeApH IIMKT 
(npissHue, iM'a, no 6aTbKOB0, HaykoBHÄ cryniHs, B4eHe 3BaHHA) 
3aTBep1KeHiH aKasoM BHIIOro HaBYaIBHOro 3aknary sin "15" BepecHa 2025 poxy Ne 261/03-03 
2. CTpOK NONaHHA 3BO po6oTH 15 rpyHA 2025 poKy 
3. MeTa noctiKeHHA: 10CArTH HayKOBO 0ÑpyHTOBaHi KOHþirypauiï Ta napamerpiB riópuaHoÏ 
B0TDO-cOHAYH0-IH3eJIbHOÏ CHCTeMH aBTOHOMHOrO eHeproIOCTaYAHHA KOHKPETHOrO BinjaneHOro 
HaceneHOro IIYHKTY IIIJIAXOM aHanisy B0TpOBOro Ta cOHAYHOro noTeHUlaTY CTpyKTYpH 
HaBaHraKeHHA, PO3po6neHHA MareMaTHYHoi MONeni Ta npoBeneHHA Cepii 0iTaujÄHHX pospaxyHKiB Y 
cneuianisOBaHOMY nporpaMHOMY cepenOBHUi, mo nacT5 3MOry 3MEHUIHTH 1aTHBHY CKIa1OBY 
co6iBapTocri eneKTpoeHepriï, ninBHMATH HaniH0CTE 0 eKonoriuHicTb eHepronocTaYaHHA CHOKHBAYiB y 
paHoHax 3 1eLEHTpaii3oBaHOKO eHeprocHCTeMOHO. 
06'CKm docniòceHHA  IponecH BHPO6HHITBA, HaKOnHYeHHA Ta posnoxiny eneKTpHHOÏ CHepiï B 
aBTOHOMHiä riópau0Ä CHeprocHCTeM0, Io nOEAHYC B0TPOB0, cOHATH0 TA AH3eTBH0 KepeNa 
eieKTponocTayaHHA. 
IpeòMem docniòncenHA: 3aKOHOM0PHOcTi BIJIHBY CKIaTy Ta pexHM0B po6oTH eneMeHT0B riópHAHO1 
CHCTeMH (BiTpoycTaHOBOK, (þOTOeIeKTPHYHHX MOYn0B, AH3eNb-TeHepaTop0B, HAKOnHYYBaH0B CHepriï ra 
CHCTeM KepyBaHHA) Ha naHBHY eKOHOM0YHÍCTb, nOKaSHHKH HaniÄHOcT0 Ta npHBeACHY BapTicTE 
BHpo6neHOï eneKTpOeHepriï B aBTOHOMHOMY peKHM0. 
Memoòu docniðxceHb. y po6ori 3acTOCOBVIOTbCA MeTOIH Teopiï eneKTpOeHepreTHHHX CHCTeM I 
pexuMiB, aHanisy Ta craTHCTHYHO0 o6po6KH MeTeoponoriuHHX JaHHX (HacOBi paAH WBHAKOCT0 B0Tpy, 
cOHSYHOÏ paniauiï Ta TeMnepaTypH), 0MOBiPH0CHO-CTaTHCTHYH0 MeTONH OuiH:OBaHHA HaBaHTaKCHHA, 
MaTeMaTHYHe MONeniOBAHHA po6oTH riQpuAHoi CHCTeMH y nporpaMHHX naKerax THIy HOMERI 
MATLAB l Simulink, MeTOAM 6ararokpHTepiaBHO0 OnTHMisauii, a TaxOK TexH0KO-ekouoM0WHH 
aHaji3 aIBTepHaTHBHHX BapiaHT0B CHepronocravaHHA 3 n06YIOBOO TpadoananiTHYHHX 3anexKHOCTeH i 
nopiBHAJbHHX I0arpam. 
4. CrpyKTypa i o6car poboTH. KBanidikauiäna poõora Marictpa CKIaJACTLCA 3i BCTYIY, n'TH 
po3IiIiB, BHCHOBK0B, CIHCKY BHKOPHCTaHHX 1Kepel, 10naTKIB. 
5. IIpeseITauiï Ha cnaanax. 
6. KoncyIbTAHTH PosainiB KBanihikaui`noï po6oTH MaricTpa 
Po3rii Ilpi3Bune, iHiujana Ta nocana Ilignuc, naTa 
3aB1aHHA 3aB1aHHA 
KOHCyJIbTaHTa 
BHJaB npunAB 
TeoperuHHd 
PospaxyHKOBHG Basino K.B., A-p TeXH. HayK, 
npopecop kaVexpa IIMKT 
AocniFHHIbKHG 
THYKOB 
HopMoKOHTPOIb B.B., K-T TeXH. Hayk, AOI., 
n01. Kaenpa IIMKT 
7. Iata BHAayi 3aBnaHHA "15 BepecHA 2025 poky 
KAJIEHIAPHM}I JIAH 
Ng CrpOK BHKOHaHHA eTaniB 
Hassa eranis KBanihikarianoi poõoTH Maricrpa 
3/n Tpaviika 
poóoTH 
1 TeopeTHHH PO3zin 15.09.25-05.10.25 BHK 
2 Pospaxy KOBHÄ PO3Ain 06.10.25-26.10.25 BHK 
3 AocniFHHI;BKH} PO3xin 27.10.25 - 23.11.25 BHK 
4 OdopMIEHHA NOACHIOBATbHOÈ 3anHCKH 24.11.25-07.12.25 BHK 
OhopMneHHA CYnpoBinHoi JOKYMeHTaii 01.12.25- 15.12.25 BHK 
6 OopMneHHA IpeIEHTauiï 08.12.25- 15.12.25 BHK 
7 PoQoTa Han nonoB0JIO 08.12.25- 15.12.25 BHK 
MaricrpaHT ApTeM AHIPEOJII 
ninHc) (npissuue Ta iniuianu) 
KepisHHK po6oTH KocTAHTHH 5A3IJIO 
(Ainnnd (npi3BHuIe MHIUianu) 
РЕФЕРАТ 
Андреолі А.Ю. Дослідження гібридної вітро-сонячно-дизельної системи для 
автономного енергопостачання. – Кваліфікаційна робота магістра. 
Кваліфікована робота магістра на здобуття освітнього ступеня магістра за 
спеціальністю 174 «Автоматизація, комп’ютерно-інтегровані технології та 
робототехніка» за освітньою програмою «Робототехнічні системи та 
автоматизація» – Черкаський державний технологічний університет, Черкаси, 
2025. 
Кваліфікаційна робота магістра присвячена розв’язанню наукового завдання 
розроблення та дослідження методики моделювання й оптимізації конфігурації 
гібридної вітро-сонячно-дизельної системи автономного енергопостачання 
віддаленого споживача з урахуванням метеорологічних та експлуатаційних 
факторів. 
Мета і завдання дослідження. Метою магістерського дослідження є 
досягнення науково обґрунтованої конфігурації та параметрів гібридної вітро-
сонячно-дизельної системи автономного енергопостачання конкретного 
віддаленого населеного пункту шляхом аналізу вітрового та сонячного потенціалу, 
структури навантаження, розроблення математичної моделі та проведення серії 
імітаційних розрахунків у спеціалізованому програмному середовищі, що дасть 
змогу зменшити паливну складову собівартості електроенергії, підвищити 
надійність і екологічність енергопостачання споживачів у районах з 
децентралізованою енергосистемою. 
Для вирішення поставленої мети необхідно розв’язати такі задачі: 
1. Виконати аналітичний огляд сучасних підходів до побудови автономних 
гібридних енергосистем та досвіду застосування вітро-сонячно-дизельних 
комплексів у світі, визначити їх переваги та обмеження порівняно з 
традиційними дизельними схемами. 
2. Проаналізувати енергетичний потенціал обраного регіону: оцінити вітрові та 
сонячні ресурси, структуру і добові або річні графіки електричного 
 
навантаження, обрати репрезентативний об’єкт (населений пункт чи споживача) 
для впровадження гібридної системи.  
3. Обґрунтувати склад та параметри обладнання гібридної системи (вітроагрегати, 
фотоелектричні модулі, дизель-генератори, накопичувачі, перетворювальна 
техніка, системи керування) для кількох варіантів структурної схеми. 
4. Розробити математичну та імітаційну модель гібридної вітро-сонячно-дизельної 
системи, провести розрахунки для різних сценаріїв метеоумов та навантаження, 
визначити показники паливної економічності, частку відновлюваної генерації, 
показники надійності та якості електропостачання. 
5. Виконати техніко-економічне обґрунтування доцільності впровадження 
запропонованої системи у порівнянні з базовим дизельним варіантом та 
сформулювати практичні рекомендації щодо застосування гібридних систем у 
районах з децентралізованим енергопостачанням. 
Об'єкт дослідження – процеси виробництва, накопичення та розподілу 
електричної енергії в автономній гібридній енергосистемі, що поєднує вітрові, 
сонячні та дизельні джерела електропостачання. 
Предмет дослідження – закономірності впливу складу та режимів роботи 
елементів гібридної системи (вітроустановок, фотоелектричних модулів, дизель-
генераторів, накопичувачів енергії та систем керування) на паливну економічність, 
показники надійності та приведену вартість виробленої електроенергії в 
автономному режимі. 
Наукова новизна отриманих результатів полягає в такому: 
– Вперше для обраного віддаленого регіону побудовано комплексну математичну 
модель автономної енергосистеми з поєднанням вітрової, сонячної та дизельної 
генерації шляхом інтеграції статистично оброблених метеоданих, моделей 
генераторів, накопичувачів та навантаження у єдиному середовищі імітаційного 
моделювання, що дозволило кількісно оцінити річну частку заміщення дизельної 
генерації відновлюваними джерелами та очікувану економію палива. 
– Удосконалено методику вибору оптимальної конфігурації гібридної системи за 
критерієм мінімуму приведеної вартості електроенергії з одночасним 
 
забезпеченням нормативних показників надійності шляхом застосування 
багатокритеріальної оптимізації за показниками паливної економічності, 
інвестиційних витрат і частки відновлюваної генерації, що дало змогу 
обґрунтувати раціональне співвідношення встановлених потужностей вітрових 
турбін, фотоелектричних модулів і дизель-генераторів. 
– Дістали подальший розвиток уявлення про вплив стратегій керування зарядом-
розрядом накопичувачів та пріоритезації джерел у гібридній системі – завдяки 
дослідженню альтернативних алгоритмів диспетчеризації у моделі, що 
дозволило зменшити кількість пусків дизель-генераторів, збільшити їх ресурс та 
підвищити загальну ефективність роботи системи без погіршення якості 
електропостачання. 
Практичне значення отриманих результатів полягає в тому, що 
запропонована методика аналізу та оптимізації гібридної вітро-сонячно-дизельної 
енергосистеми дозволяє, на етапі проєктування, оцінювати доцільність 
впровадження різних конфігурацій автономного енергопостачання для конкретних 
віддалених населених пунктів. На основі моделювання визначаються очікувана 
річна економія дизельного палива, зниження собівартості 1 кВт·год, частка 
відновлюваної генерації, а також показники надійності та екологічної 
ефективності. 
Отримані результати можуть бути використані проектними та 
експлуатаційними організаціями, енергетичними компаніями й органами місцевого 
самоврядування при модернізації систем електропостачання в районах з 
децентралізованими енергосистемами, а також у навчальному процесі при 
підготовці фахівців з відновлюваної та автономної енергетики. 
В першому розділі подано аналітичний огляд сучасного стану та тенденцій 
розвитку відновлюваної енергетики й гібридних енергосистем, розглянуто типові 
конфігурації автономних вітро-, сонячно- та дизель-генеруючих комплексів, 
узагальнено світовий досвід реалізації гібридних електростанцій та обґрунтовано 
актуальність дослідження для умов децентралізованого енергопостачання.  
 
В другому розділі охарактеризовано енергосистему обраного регіону, 
проаналізовано кліматичні та метеорологічні умови, виконано оцінку вітрового та 
сонячного потенціалу, проведено аналіз структури й графіків навантаження 
автономних споживачів та на цій основі обрано репрезентативний об’єкт для 
впровадження гібридної системи. 
В третьому розділі обґрунтовано вибір складу обладнання гібридної вітро-
сонячно-дизельної системи, розраховано необхідні потужності вітроагрегатів, 
фотоелектричних модулів, дизель-генераторів і накопичувачів, сформовано 
структурну схему системи та наведено вихідні дані для моделювання. 
В четвертому розділі розроблено математичну та імітаційну модель 
гібридної енергосистеми в обраному програмному пакеті, проведено серію 
розрахунків для різних сценаріїв метеоумов і навантаження, отримано часові 
профілі роботи окремих джерел і накопичувачів, побудовано залежності паливної 
витрати, частки відновлюваної енергії та показників надійності. 
В п’ятому розділі виконано техніко-економічне обґрунтування застосування 
запропонованої гібридної системи: порівняно приведену вартість електроенергії та 
капітальні й експлуатаційні витрати гібридної та традиційної дизельної схеми, 
оцінено строк окупності проєкту, сформульовано практичні рекомендації щодо 
впровадження таких систем у подібних регіонах. 
Ключові слова: автономні енергосистеми, відновлювані джерела енергії, 
децентралізоване електропостачання, оптимізація складу генеруючих 
потужностей, паливна економічність, програмний пакет HOMER, техніко-
економічне обґрунтування. 
Список основних публікацій магістранта 
1. Andreoli, A., Tuz, V. & Bazilo, C. (2025). Research of a Hybrid Wind-Solar-
Diesel System For Autonomous Energy Supply. In: The Ukrainian Scientific and 
Practical Conference "Scientific Research Methodology – 2025", ChSTU: Cherkasy, 
Ukraine, 34-36.   
 
ABSTRACT 
Andreoli A.Yu. Study of a hybrid wind-solar-diesel system for autonomous power 
supply. – Master's qualification thesis. 
Qualified master's thesis for a master's degree in the specialty 174 "Automation, 
Computer-Integrated Technologies and Robotics" under the educational program 
"Robotic Systems and Automation" – Cherkasy State Technological University, 
Cherkasy, 2025. 
The master'  s qualification work is devoted to solving the scientific problem of 
developing and researching the methodology for modeling and optimizing the 
configuration of a hybrid wind-solar-diesel system of autonomous power supply of a 
remote consumer, taking into account meteorological and operational factors. 
Purpose and objectives of the study. The purpose of the master's research is to 
achieve a scientifically grounded configuration and parameters of a hybrid wind-solar-
diesel system of autonomous power supply of a specific remote settlement by analyzing 
the wind and solar potential, load structure, developing a mathematical model and 
conducting a series of simulation calculations in a specialized software environment, 
which will reduce the fuel component of the cost of electricity, increase reliability and 
environmental friendliness of energy supply to consumers in areas with a decentralized 
energy system. 
To solve this goal, it is necessary to solve the following tasks: 
1. To carry out an analytical review of modern approaches to the construction of 
autonomous hybrid power systems and the experience of using wind-solar-diesel 
complexes in the world, to determine their advantages and limitations compared to 
traditional diesel schemes. 
2. Analyze the energy potential of the selected region: evaluate wind and solar resources, 
structure and daily or annual schedules of electrical load, choose a representative object 
(settlement or consumer) for the implementation of a hybrid system.  
3. Substantiate the composition and parameters of the equipment of the hybrid system 
(wind turbines, photovoltaic modules, diesel generators, storage devices, converter 
equipment, control systems) for several variants of the structural diagram. 
 
4. To develop a mathematical and simulation model of a hybrid wind-solar-diesel system, 
to carry out calculations for different scenarios of weather conditions and loads, to 
determine fuel efficiency indicators, the share of renewable generation, indicators of 
reliability and quality of power supply. 
5. To carry out a feasibility study of the feasibility of implementing the proposed system 
in comparison with the basic diesel version and to formulate practical 
recommendations for the use of hybrid systems in areas with decentralized energy 
supply. 
The object of the study is  the processes of production, storage and distribution of 
electric energy in an autonomous hybrid energy system that combines wind, solar and 
diesel power supply sources. 
The subject of the study is the regularities of the influence of the composition and 
operating modes of the elements of the hybrid system (wind turbines, photovoltaic 
modules, diesel generators, energy storage and control systems) on fuel efficiency, 
reliability indicators and the present cost of electricity produced in autonomous mode. 
The scientific novelty of the results obtained is as follows: 
– For the first time, a comprehensive mathematical model of an autonomous power 
system with a combination of wind, solar and diesel generation was built for the 
selected remote region by integrating statistically processed weather data, generator 
models, storage and load in a single simulation modeling environment, which made it 
possible to quantify the annual share of diesel generation substitution by renewable 
sources and the expected fuel savings. 
– The methodology for choosing the optimal configuration of a hybrid system according 
to the criterion of minimum present cost of electricity with the simultaneous provision 
of standard reliability indicators by applying multi-criteria optimization in terms of fuel 
efficiency, investment costs and the share of renewable generation has been improved, 
which made it possible to substantiate the rational ratio of installed capacities of wind 
turbines, photovoltaic modules and diesel generators. 
– The idea of the impact of storage-charge management strategies and source 
prioritization in a hybrid system was further developed due to the study of alternative 
 
dispatching algorithms in the model, which made it possible to reduce the number of 
starts of diesel generators, increase their service life and increase the overall efficiency 
of the system without deterioration in the quality of power supply. 
The practical significance of the results obtained lies in the fact that the proposed 
methodology for analyzing and optimizing the hybrid wind-solar-diesel power system 
allows, at the design stage, to assess the feasibility of implementing various 
configurations of autonomous power supply for specific remote settlements. Based on the 
modeling, the expected annual savings of diesel fuel, the reduction of the cost of 1 kWh, 
the share of renewable generation, as well as indicators reliability and environmental 
efficiency. 
The results obtained can be used by design and operational organizations, energy 
companies and local governments in the modernization of power supply systems in areas 
with decentralized energy systems, as well as in the educational process in the training of 
specialists in renewable and autonomous energy. 
The first section provides an analytical overview of the current state and trends in 
the development of renewable energy and hybrid energy systems, considers typical 
configurations of autonomous wind, solar and diesel generating complexes, summarizes 
the world experience in the implementation of hybrid power plants and substantiates the 
relevance of the study for the conditions of decentralized energy supply.  
In the second section, the energy system of the selected region is characterized, 
climatic and meteorological conditions are analyzed, wind and solar potential are 
assessed, the structure and load schedules of autonomous consumers are analyzed, and on 
this basis, a representative object for the implementation of a hybrid system is selected. 
In the third section, the choice of equipment composition of the hybrid wind-solar-
diesel system is substantiated, the necessary capacities of wind turbines, photovoltaic 
modules, diesel generators and storage devices are calculated, the structural diagram of 
the system is formed and the initial data for modeling are given. 
In the fourth section, a mathematical and simulation model of a hybrid power 
system in the selected software package is developed, a series of calculations is carried 
out for various scenarios of weather conditions and loads, time profiles of the operation 
 
of individual sources and storage devices are obtained, dependencies of fuel consumption, 
the share of renewable energy and reliability indicators are constructed. 
In the fifth section , a feasibility study for the use of the proposed hybrid system is 
performed: the present cost of electricity and capital and operating costs of the hybrid and 
traditional diesel scheme are compared, the payback period of the project is estimated, 
and practical recommendations for the implementation of such systems in similar regions 
are formulated. 
Keywords: autonomous power systems, renewable energy sources, decentralized 
power supply, optimization of the composition of generating capacities, fuel efficiency, 
HOMER software package, feasibility study. 
List of major publications of a master's student 
1. Andreoli, A., Tuz, V. & Bazilo, C. (2025). Research of a Hybrid Wind-Solar-
Diesel System For Autonomous Energy Supply. In: The Ukrainian Scientific and 
Practical Conference "Scientific Research Methodology – 2025", ChSTU: Cherkasy, 
Ukraine, 34-36.   
 
ЗМІСТ 
 
 Список скорочень ………………………………………………….. 5 
 Вступ …………………………………………………….…………. 6 
Розділ 1. ОГЛЯД ВІТРО-СОНЯЧНО-ДИЗЕЛЬНИХ ГІБРИДНИХ  
СИСТЕМ ДЛЯ АВТОНОМНОГО ЕНЕРГОПОСТАЧАННЯ . 10 
1.1. Сучасний рівень та ключові напрями розвитку   
відновлюваної енергетики і гібридних енергосистем …...……1 0 
1.2. Застосування вітрових, фотоелектричних і дизель-  
генераторних джерел у автономному електропостачанні …… 13 
1.3. Принципи побудови вітро-сонячно-дизельних гібридних  
систем та їх значення для децентралізованих мереж …………1 7 
1.4. Закордонна практика проєктування та експлуатації   
гібридних енергокомплексів для ізольованих споживачів ….. 21 
1.5. Формулювання мети, завдань і предмета дослідження  
гібридної вітро-сонячно-дизельної системи автономного  
енергопостачання ………………………………………………. 24 
 Висновки до розділу 1 ………………………………………… 27 
Розділ 2. ДОСЛІДЖЕННЯ ЕНЕРГОЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ОБРАНОГО  
РЕГІОНУ ТА ВИЗНАЧЕННЯ ВІТРОВО-СОНЯЧНОГО  
РЕСУРСУ ………………………..……………………………… 29 
2.1. Опис енергетичної інфраструктури регіону та специфіка  
автономного (децентралізованого) електропостачання …….. 29 
2.2. Клімато-метеорологічні чинники, що формують доступний  
вітровий і сонячний ресурс ……………………………..………3 2 
2.3. Розрахункова оцінка вітрового потенціалу для застосування в 
гібридній вітро-сонячно-дизельній установці ……………….. 36 
2.4. Оцінка сонячної енергетичної складової та сезонні   
коливання виробітку електроенергії ………………………….. 39 
2 
 
2.5. Аналіз структури споживання та добових (річних) профілів  
навантаження автономних споживачів і вибір типового  
об’єкта для впровадження гібридної системи ……………….. 43 
 Висновки до розділу 2 ………………………………………… 47 
Розділ 3. ФОРМУВАННЯ АРХІТЕКТУРИ ТА ДОБІР   
ОБЛАДНАННЯ ГІБРИДНОЇ ВІТРО-СОНЯЧНО-  
ДИЗЕЛЬНОЇ СИСТЕМИ ……………………….……………….4 8 
3.1. Визначення вимог до конфігурації гібридної вітро-  
сонячно-дизельної системи та критерії відбору ключових  
компонентів …………………………………………………….. 48 
3.2. Оцінювання потрібної встановленої потужності  
вітроенергетичного модуля ..…………………………..……… 50 
3.3. Розрахунок потужності фотоелектричного модуля та підбір  
інверторного обладнання ……………………………………… 53 
3.4. Обґрунтування параметрів дизель-генераторної установки   
та вибір системи накопичення (акумулювання) енергії ..…… 56 
3.5. Побудова структурної схеми гібридної вітро-сонячно-  
дизельної системи та підготовка вихідних даних для  
моделювання …………………………………………………… 58 
 Висновки до розділу 3 ………………………………………… 61 
Розділ 4. МАТЕМАТИЧНЕ Й ІМІТАЦІЙНЕ МОДЕЛЮВАННЯ  
ФУНКЦІОНУВАННЯ ГІБРИДНОЇ ВІТРО-СОНЯЧНО-  
ДИЗЕЛЬНОЇ СИСТЕМИ ……………………………………… 63 
4.1. Формування математичної моделі гібридної вітро-сонячно-  
дизельної системи автономного енергопостачання …………. 63 
4.2. Розроблення імітаційної моделі в спеціалізованому  
програмному середовищі (наприклад, HOMER) та задання  
розрахункових сценаріїв ..……..………………………………. 65 
4.3. Оцінювання режимів роботи вітротурбін, фотоелектричних  
3 
 
панелей, дизель-генератора й акумуляторного блоку за  
різних метеорологічних умов ………………………………… 68 
4.4. Аналіз витрат палива, частки ВДЕ в енергобалансі та  
показників надійності електропостачання ..……..…………… 71 
4.5. Порівняльний аналіз змодельованих конфігурацій гібридної  
системи та обґрунтування вибору оптимального варіанта …. 74 
 Висновки до розділу 4 ………………………………………… 78 
Розділ 5. ТЕХНІЧНО-ЕКОНОМІЧНА ОЦІНКА ДОЦІЛЬНОСТІ  
ВПРОВАДЖЕННЯ ГІБРИДНОЇ ВІТРО-СОНЯЧНО-  
ДИЗЕЛЬНОЇ СИСТЕМИ В УМОВАХ АВТОНОМНОГО  
ЕНЕРГОПОСТАЧАННЯ ……………………………………… 79 
5.1. Підхід і алгоритм розрахунку техніко-економічних  
показників для автономних гібридних енергосистем ………. 79 
5.2. Порівняння рівня приведеної собівартості електроенергії   
для гібридної схеми та класичної дизельної генерації ……… 81 
5.3. Визначення обсягу капітальних інвестицій, експлуатаційних  
витрат і розрахунок строку окупності проєкту гібридної  
вітро-сонячно-дизельної системи ………………………….…. 84 
5.4. Аналіз чутливості ефективності системи до зміни цін на  
паливо, обладнання та доступних ресурсів …..………………. 87 
5.5. Прикладні рекомендації з упровадження гібридних вітро-  
сонячно-дизельних систем у відокремлених енергетичних  
зонах …..………………………………………………………… 90 
 Загальні висновки …………………………………………………….. 92 
 Список використаних джерел …………………………………………9 4 
 Додатки ………………………………………………………………… 96 
4 
 
СПИСОК СКОРОЧЕНЬ 
 
АКБ – акумуляторна батарея; 
ВЕУ – вітрова електроустановка; 
ВДЕ – вітрове джерело енергії; 
ДГУ – дизель-генераторна установка; 
ККД – коефіцієнт корисної дії; 
СЕУ – сонятна електроустановка; 
DG – дизельне джерело генерації електроенергії; 
LCOE – приведена вартість електроенергії; 
PV – фотоелектричне джерело генерації електроенергії; 
WT – вітрове джерело генерації електроенергії 
 
 
5 
 
ВСТУП 
 
Актуальність теми дослідження. Одним із ключових чинників забезпечення 
надійного енергопостачання в районах із децентралізованою електромережею є 
стабільність і доступність усіх ланок паливно-енергетичної системи. Від цього 
залежить не лише безперервність роботи критичної інфраструктури та локальної 
економіки, а й безпека людей, які під час аварійних відключень або тривалих 
перебоїв вимушені покладатися на автономні джерела енергії в умовах складної 
місцевості та обмеженої логістики. 
Для України проблема правильної експлуатації та підвищення надійності 
автономного електропостачання є особливо актуальною для віддалених гірських 
територій, де будівництво або реконструкція мережевих ліній є дорогим і 
технічно складним. У таких районах домінують дизельні електростанції, а 
основну частку собівартості виробленої електроенергії формують витрати на 
закупівлю та доставку пального. Сезонність перевезень, складний рельєф, 
обмежена транспортна інфраструктура та додаткові втрати під час 
транспортування призводять до суттєвого здорожчання палива й, відповідно, 
електроенергії для кінцевих споживачів. Водночас експлуатація застарілих і 
фізично зношених автономних установок обумовлює низький ККД, часті простої 
та підвищені витрати на ремонт, що знижує загальну надійність 
електропостачання. 
Перспективним шляхом розв’язання цієї проблеми є впровадження гібридних 
енергетичних систем, які поєднують дизель-генератор із відновлюваними 
джерелами енергії: вітровою та сонячною генерацією, а також (за потреби) 
акумуляторним накопиченням. Такі рішення дають змогу частково або повністю 
замістити дизельну генерацію, зменшити споживання пального, підвищити 
енергоефективність і забезпечити стабільніше живлення споживачів у віддалених 
громадах. Важливо, що гібридна схема підвищує енергетичну стійкість системи: 
за наявності сонця та вітру зменшується навантаження на дизель-генератор, 
подовжується його ресурс і знижується ризик відмов. 
У межах цієї роботи розглядається впровадження гібридної вітро-сонячно-
дизельної електростанції в умовах Закарпатської області, де наявні гірські 
6 
 
населені пункти з ускладненим доступом і підвищеними вимогами до надійності 
електропостачання. Як базовий приклад для подальших розрахунків і 
моделювання в роботі буде використано смт Міжгір’я (Хустський район, 
Закарпатська область). Тому, підвищення надійності та ефективності автономного 
енергопостачання шляхом оптимального поєднання сонячної й вітрової генерації 
з дизельним резервом, зменшення паливної складової в собівартості 
електроенергії та зниження залежності від завезеного викопного палива є 
питанням край важливим та актуальним. 
Мета й завдання дослідження. Метою магістерського дослідження є 
досягнення науково обґрунтованої конфігурації та параметрів гібридної вітро-
сонячно-дизельної системи автономного енергопостачання конкретного 
віддаленого населеного пункту шляхом аналізу вітрового та сонячного 
потенціалу, структури навантаження, розроблення математичної моделі та 
проведення серії імітаційних розрахунків у спеціалізованому програмному 
середовищі, що дасть змогу зменшити паливну складову собівартості 
електроенергії, підвищити надійність і екологічність енергопостачання 
споживачів у районах з децентралізованою енергосистемою. 
Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі задачі: 
1. Виконати аналітичний огляд сучасних підходів до побудови автономних 
гібридних енергосистем та досвіду застосування вітро-сонячно-дизельних 
комплексів у світі, визначити їх переваги та обмеження порівняно з традиційними 
дизельними схемами. 
2. Проаналізувати енергетичний потенціал обраного регіону: оцінити вітрові 
та сонячні ресурси, структуру і добові або річні графіки електричного 
навантаження, обрати репрезентативний об’єкт (населений пункт чи споживача) 
для впровадження гібридної системи.  
3. Обґрунтувати склад та параметри обладнання гібридної системи 
(вітроагрегати, фотоелектричні модулі, дизель-генератори, накопичувачі, 
перетворювальна техніка, системи керування) для кількох варіантів структурної 
схеми. 
7 
 
4. Розробити математичну та імітаційну модель гібридної вітро-сонячно-
дизельної системи, провести розрахунки для різних сценаріїв метеоумов та 
навантаження, визначити показники паливної економічності, частку 
відновлюваної генерації, показники надійності та якості електропостачання. 
5. Виконати техніко-економічне обґрунтування доцільності впровадження 
запропонованої системи у порівнянні з базовим дизельним варіантом та 
сформулювати практичні рекомендації щодо застосування гібридних систем у 
районах з децентралізованим енергопостачанням. 
Об’єкт дослідження – процеси виробництва, накопичення та розподілу 
електричної енергії в автономній гібридній енергосистемі, що поєднує вітрові, 
сонячні та дизельні джерела електропостачання. 
Предмет дослідження – закономірності впливу складу та режимів роботи 
елементів гібридної системи (вітроустановок, фотоелектричних модулів, дизель-
генераторів, накопичувачів енергії та систем керування) на паливну 
економічність, показники надійності та приведену вартість виробленої 
електроенергії в автономному режимі. 
Методи дослідження. У роботі застосовуються методи теорії 
електроенергетичних систем і режимів, аналізу та статистичної обробки 
метеорологічних даних (часові ряди швидкості вітру, сонячної радіації та 
температури), імовірнісно-статистичні методи оцінювання навантаження, 
математичне моделювання роботи гібридної системи у програмних пакетах типу 
HOMER / MATLAB / Simulink, методи багатокритеріальної оптимізації, а також 
техніко-економічний аналіз альтернативних варіантів енергопостачання з 
побудовою графоаналітичних залежностей і порівняльних діаграм. 
Наукова новизна одержаних результатів.  
1. Вперше для обраного віддаленого регіону побудовано комплексну 
математичну модель автономної енергосистеми з поєднанням вітрової, сонячної 
та дизельної генерації шляхом інтеграції статистично оброблених метеоданих, 
моделей генераторів, накопичувачів та навантаження у єдиному середовищі 
імітаційного моделювання, що дозволило кількісно оцінити річну частку 
8 
 
заміщення дизельної генерації відновлюваними джерелами та очікувану економію 
палива. 
2. Удосконалено методику вибору оптимальної конфігурації гібридної 
системи за критерієм мінімуму приведеної вартості електроенергії з одночасним 
забезпеченням нормативних показників надійності шляхом застосування 
багатокритеріальної оптимізації за показниками паливної економічності, 
інвестиційних витрат і частки відновлюваної генерації, що дало змогу 
обґрунтувати раціональне співвідношення встановлених потужностей вітрових 
турбін, фотоелектричних модулів і дизель-генераторів. 
3. Дістали подальший розвиток уявлення про вплив стратегій керування 
зарядом-розрядом накопичувачів та пріоритезації джерел у гібридній системі – 
завдяки дослідженню альтернативних алгоритмів диспетчеризації у моделі, що 
дозволило зменшити кількість пусків дизель-генераторів, збільшити їх ресурс та 
підвищити ефективність роботи системи без погіршення якості електрики. 
Практичне значення одержаних результатів. Запропонована методика 
аналізу та оптимізації гібридної вітро-сонячно-дизельної енергосистеми дозволяє, 
на етапі проєктування, оцінювати доцільність впровадження різних конфігурацій 
автономного енергопостачання для конкретних віддалених населених пунктів. На 
основі моделювання визначаються очікувана річна економія дизельного палива, 
зниження собівартості 1 кВт·год, частка відновлюваної генерації, а також 
показники надійності та екологічної ефективності. 
Отримані результати можуть бути використані проектними та 
експлуатаційними організаціями, енергетичними компаніями й органами 
місцевого самоврядування при модернізації систем електропостачання в районах з 
децентралізованими енергосистемами, а також у навчальному процесі при 
підготовці фахівців з відновлюваної та автономної енергетики. 
Апробація результатів дисертації. Результати досліджень були 
представлені на ІІ-й Всеукраїнській науково-практичній конференції «Датчики, 
прилади та системи» (Черкаси: ЧДТУ, 2025). 
Публікації. По темі дисертації опублікована 1 теза доповідей. 
9 
 
РОЗДІЛ 1 
ОГЛЯД ВІТРО-СОНЯЧНО-ДИЗЕЛЬНИХ ГІБРИДНИХ СИСТЕМ  
ДЛЯ АВТОНОМНОГО ЕНЕРГОПОСТАЧАННЯ 
 
1.1. Сучасний рівень та ключові напрями розвитку відновлюваної 
енергетики і гібридних енергосистем 
Сучасний етап розвитку енергетики характеризується активним переходом 
від централізованих моделей електропостачання до децентралізованих та 
автономних енергосистем, заснованих на використанні відновлюваних джерел 
енергії (ВДЕ). Така трансформація зумовлена зростанням вартості викопного 
палива, підвищеними вимогами до екологічної безпеки, необхідністю зменшення 
викидів парникових газів, а також прагненням підвищити енергетичну стійкість 
локальних громад. Особливо актуальними ці питання є для гірських і 
важкодоступних територій, де розвиток традиційної мережевої інфраструктури 
ускладнений природними, технічними та економічними чинниками. 
У світовій практиці дедалі більшого поширення набувають гібридні 
відновлювані енергетичні системи (Hybrid Renewable Energy Systems, HRES), які 
поєднують декілька джерел генерації: сонячну, вітрову, дизельну та акумуляторне 
накопичення енергії. Як показано в оглядових дослідженнях [3], [4], такі системи 
є найбільш ефективним рішенням для off-grid та mini-grid застосувань, оскільки 
дозволяють компенсувати нестабільність окремих ВДЕ, зменшити частку 
дизельної генерації та забезпечити безперервність електропостачання. За 
оцінками [12], впровадження гібридних систем у віддалених районах може 
зменшити споживання дизельного палива на 20–60%, залежно від кліматичних 
умов і конфігурації системи. 
Ключовими напрямами розвитку відновлюваної енергетики на сучасному 
етапі є: 
– інтеграція ВДЕ в автономні та децентралізовані енергосистеми; 
– розвиток мікромереж (microgrids) з інтелектуальними системами керування; 
– удосконалення технологій накопичення електроенергії; 
10 
 
– застосування методів оптимального проєктування та техніко-економічного 
аналізу гібридних систем. 
Згідно з узагальненими результатами [10], саме комбінація сонячної та 
вітрової генерації з резервним дизель-генератором і накопичувачем енергії 
забезпечує найвищу надійність автономного електропостачання при мінімальній 
приведеній вартості електроенергії. 
Для України, а особливо для гірських районів Закарпатської області, 
проблема автономного електропостачання має чітко виражений практичний 
характер. Населені пункти, розташовані у гірській місцевості, зокрема смт 
Міжгір’я, характеризуються складним рельєфом, значною протяжністю 
повітряних ліній, підвищеною аварійністю електромереж у зимовий період та 
обмеженими можливостями швидкого відновлення електропостачання. У таких 
умовах автономні або напівавтономні гібридні енергосистеми розглядаються не 
лише як резервне, а як стратегічне джерело електроенергії для об’єктів соціальної 
інфраструктури, домогосподарств та малого бізнесу. 
Сонячна енергетика в регіоні Міжгір’я характеризується помірним рівнем 
інсоляції, з яскраво вираженою сезонністю. Водночас вітрові ресурси в гірських 
районах є більш стабільними, особливо в осінньо-зимовий період, що робить 
доцільним їх поєднання в межах однієї гібридної системи. Як зазначено в [4], саме 
комплементарність сонячних і вітрових ресурсів дозволяє зменшити встановлену 
потужність дизель-генератора та акумуляторів без втрати надійності. 
Особливу роль у розвитку гібридних систем відіграють накопичувачі 
енергії, які забезпечують згладжування пікових навантажень, підвищують частку 
використання ВДЕ та зменшують кількість пусків дизель-генератора, рис.1.1.  
За результатами систематичних оглядів [3], [5], сучасні літій-іонні та 
свинцево-кислотні акумулятори залишаються найбільш поширеними рішеннями 
для автономних гібридних систем потужністю від кількох кіловат до сотень 
кіловат. Їх вибір суттєво впливає на техніко-економічні показники всієї системи, 
включно зі строком окупності та експлуатаційними витратами, табл. 1.1. 
11 
 
 
Рисунок 1.1 – Класифікація гібридних енергетичних систем автономного 
типу (Побудовано на основі узагальнення джерел [3], [4], [10]). 
 
Таблиця 1.1 – Порівняльна характеристика основних типів енергосистем для 
автономного електропостачання 
Паливна Екологічний Доцільність 
Тип системи Надійність 
залежність вплив для Міжгір’я 
Дизельна Висока Дуже Високі Обмежено 
автономна (короткостроково) висока викиди доцільна 
Сезонно 
Сонячна (PV) Середня Відсутня Мінімальний 
ефективна 
Вітрова Середня Відсутня Мінімальний Перспективна 
Вітро-
сонячно- Найбільш 
Висока Низька Помірний 
дизельна доцільна 
(гібридна) 
Складено за даними [3], [4], [10], [12] 
 
12 
 
Аналіз сучасних публікацій [5], [12] свідчить, що основним трендом 
розвитку гібридних енергосистем є перехід від емпіричних рішень до 
оптимізованих конфігурацій, заснованих на математичному моделюванні, 
багатокритеріальному аналізі та прогнозуванні генерації. Для гірських громад, 
таких як Міжгір’я, це дозволяє адаптувати склад системи до локальних 
кліматичних умов, мінімізувати капітальні вкладення та знизити собівартість 
електроенергії. 
Отже, сучасний рівень розвитку відновлюваної енергетики та гібридних 
енергосистем свідчить про їх високий потенціал для застосування в автономному 
електропостачанні гірських громад Закарпаття. Поєднання сонячної, вітрової та 
дизельної генерації з накопиченням енергії дозволяє забезпечити надійність, 
економічність і екологічну прийнятність електропостачання смт Міжгір’я, що 
обґрунтовує доцільність подальшого дослідження, оптимізації та впровадження 
таких систем. 
 
1.2. Застосування вітрових, фотоелектричних і дизель-генераторних 
джерел у автономному електропостачанні 
Автономні системи електропостачання для віддалених і важкодоступних 
територій зазвичай формуються на основі одного або декількох типів джерел 
енергії, кожне з яких має власні технічні, економічні та експлуатаційні 
особливості. У сучасних умовах найбільш поширеними компонентами таких 
систем є фотоелектричні установки (PV), вітроенергетичні установки (WT) та 
дизель-генераторні установки (DG), які застосовуються як окремо, так і в різних 
комбінаціях у складі гібридних енергосистем, табл.1.2. 
Фотоелектричні джерела в автономному електропостачанні. 
Фотоелектричні системи є одним із найпоширеніших елементів автономних 
енергетичних установок завдяки простоті монтажу, відсутності рухомих частин і 
низьким експлуатаційним витратам. Згідно з оглядом [12], PV-установки 
забезпечують високу надійність і можуть ефективно працювати в широкому 
13 
 
діапазоні кліматичних умов, що робить їх базовим компонентом більшості 
сучасних off-grid систем. 
 
Таблиця 1.2 – Порівняльна характеристика джерел електроенергії для 
автономного електропостачання 
Роль у гібридній 
Джерело Переваги Недоліки 
системі 
Низькі експлуатаційні Сезонність, 
Фотоелектричні Базова генерація 
витрати, простота залежність від 
(PV) вдень 
обслуговування освітленості 
Складність Компенсація 
Генерація в холодний 
Вітрові (WT) монтажу, сезонних 
період, доповнення PV 
змінність вітру коливань 
Висока надійність, Високі витрати Резерв і 
Дизельні (DG) 
керованість пального, викиди покриття піків 
Складено за даними [3], [4], [7], [9], [12] 
 
Для гірських районів Закарпаття, зокрема смт Міжгір’я, характерна помірна 
річна інсоляція з вираженою сезонністю: максимальні значення спостерігаються в 
літній період, тоді як узимку генерація істотно зменшується. Це обмежує 
можливість використання виключно сонячних систем для цілорічного 
автономного електропостачання. Проте в літньо-осінній період PV-установки 
здатні покривати значну частку добового навантаження домогосподарств і 
комунальних об’єктів, зменшуючи потребу в роботі дизель-генераторів. 
Як зазначено в [3], використання фотоелектричних джерел у гібридних 
системах дозволяє знизити споживання дизельного палива в середньому на 20–
40%, залежно від установленої потужності та режимів керування. Однак для 
автономних споживачів критичним залишається питання накопичення енергії, 
оскільки PV-генерація не збігається за часом із піками споживання, особливо у 
вечірні години. 
14 
 
Вітроенергетичні установки в гірських регіонах. Вітроенергетичні 
установки розглядаються як перспективне доповнення до фотоелектричних 
систем, особливо в регіонах зі складним рельєфом. У гірських районах Закарпаття 
швидкість вітру є більш стабільною в осінньо-зимовий період, коли ефективність 
сонячної генерації суттєво знижується. Це створює передумови для 
комплементарного використання сонячних і вітрових ресурсів у межах однієї 
гібридної системи. 
За даними [4], інтеграція вітроустановок у автономні системи дозволяє 
підвищити коефіцієнт використання встановленої потужності та зменшити 
потребу в резервній дизельній генерації. Для малих населених пунктів, таких як 
Міжгір’я, доцільним є застосування вітротурбін малої та середньої потужності 
(від кількох кіловат до десятків кіловат), які можуть працювати як у складі 
локальної мікромережі, так і для живлення окремих об’єктів. 
Водночас експлуатація вітроенергетичних установок у гірській місцевості 
супроводжується певними обмеженнями: складність монтажу, вимоги до 
фундаментів, підвищені навантаження від поривчастого вітру та необхідність 
регулярного технічного обслуговування. Тому в більшості випадків вітрові 
установки застосовуються не як єдине джерело, а як частина вітро-сонячно-
дизельних гібридних систем [9]. 
Дизель-генераторні установки як резервне джерело. Незважаючи на 
активний розвиток відновлюваної енергетики, дизель-генераторні установки 
залишаються ключовим елементом автономного електропостачання в багатьох 
регіонах. Основною їх перевагою є висока керованість та здатність швидко 
покривати пікові навантаження, незалежно від погодних умов. Саме тому дизель-
генератори зазвичай використовуються як резервне або балансуюче джерело в 
гібридних системах. 
Для гірських громад Закарпаття дизельні установки часто є єдиним 
гарантованим джерелом електроенергії в періоди тривалих несприятливих 
погодних умов. Однак, як підкреслюється в [7], тривала експлуатація дизель-
генераторів призводить до високих експлуатаційних витрат, залежності від 
15 
 
постачання пального та негативного екологічного впливу. Саме ці фактори 
зумовлюють необхідність мінімізації часу роботи дизель-генератора шляхом 
інтеграції ВДЕ. 
Комбіноване застосування джерел у гібридних системах. Найбільш 
ефективним підходом до автономного електропостачання вважається 
комбінування фотоелектричних, вітрових і дизельних джерел у межах єдиної 
системи, рис. 1.2. Згідно з [3] і [12], така конфігурація дозволяє досягти 
оптимального балансу між надійністю, економічністю та екологічною 
прийнятністю. 
 
Рисунок 1.2 – Типова схема застосування PV, WT і DG в автономному 
електропостачанні гірської громади. (Побудовано на основі узагальнення джерел 
[3], [9], [12]). 
 
Для смт Міжгір’я типовою є схема, за якої: 
 у денний період основне навантаження покривається PV-установками; 
 у вітряні періоди додаткову генерацію забезпечують вітроустановки; 
16 
 
 дизель-генератор використовується для покриття пікових навантажень і в 
аварійних режимах; 
 акумуляторні батареї забезпечують згладжування короткочасних дисбалансів 
між генерацією та споживанням. 
Отже, застосування фотоелектричних, вітрових і дизель-генераторних 
джерел у складі гібридних систем є найбільш доцільним підходом до автономного 
електропостачання гірських населених пунктів Закарпаття. Для умов смт Міжгір’я 
саме комбінована схема дозволяє зменшити залежність від пального, підвищити 
надійність електропостачання та створити передумови для подальшої оптимізації 
енергетичної інфраструктури. 
 
1.3. Принципи побудови вітро-сонячно-дизельних гібридних систем та 
їх значення для децентралізованих мереж 
Гібридні вітро-сонячно-дизельні енергетичні системи (ВCДГЕС) є 
складними технічними комплексами, в яких поєднуються різні типи джерел 
генерації та накопичення електроенергії з метою забезпечення надійного, 
безперервного та економічно ефективного електропостачання автономних або 
напівавтономних споживачів. Основним принципом побудови таких систем є 
взаємне доповнення джерел енергії з різною природою та часовою доступністю, 
що дозволяє компенсувати нестабільність відновлюваних ресурсів і мінімізувати 
використання дизельного палива. 
Типова структура вітро-сонячно-дизельної гібридної системи включає 
фотоелектричні модулі, вітроенергетичні установки, дизель-генератор, систему 
накопичення електроенергії (акумуляторні батареї), силові перетворювачі 
(інвертори, контролери заряду) та систему керування енергетичними потоками. 
Згідно з узагальненням [10], ефективність такої системи визначається не лише 
встановленою потужністю окремих компонентів, а передусім алгоритмами їх 
координації та управління. 
17 
 
Архітектура та режими роботи гібридних систем. Архітектура гібридної 
системи може бути централізованою або модульною. У випадку автономних 
мікромереж для гірських населених пунктів, таких як смт Міжгір’я, доцільним є 
застосування модульної архітектури, що дозволяє поетапно нарощувати 
потужність системи відповідно до зростання навантаження або зміни умов 
експлуатації. Модульний підхід також спрощує технічне обслуговування та 
підвищує живучість системи у разі виходу з ладу окремих компонентів, табл. 1.3. 
 
Таблиця 1.3 – Основні принципи побудови вітро-сонячно-дизельних 
гібридних систем 
Практичне значення для 
Принцип Сутність 
Міжгір’я 
Комплементарність Поєднання PV і WT з різною Зменшення простоїв та 
джерел сезонністю дефіциту енергії 
Максимальне використання Зниження витрат 
Пріоритет ВДЕ 
відновлюваних ресурсів пального 
Акумуляторне Згладжування коливань Підвищення якості 
балансування потужності електроенергії 
Забезпечення 
Використання DG у 
Резервування безперервності 
критичних режимах 
живлення 
Складено за даними [3], [5], [10], [11], [12] 
 
Робота вітро-сонячно-дизельної системи зазвичай реалізується в кількох 
характерних режимах: 
 режим пріоритету ВДЕ, за якого навантаження покривається сонячною та 
вітровою генерацією, а надлишкова енергія накопичується в акумуляторах; 
 режим акумуляторного живлення, коли генерація ВДЕ недостатня, але заряд 
батарей дозволяє забезпечити споживачів; 
18 
 
 дизельний режим, який активується за критичного зниження заряду 
акумуляторів або різкого зростання навантаження; 
 змішаний режим, за якого дизель-генератор працює паралельно з ВДЕ для 
покриття пікових навантажень. 
Як зазначено в [3] та [12], правильне налаштування режимів роботи 
дозволяє зменшити напрацювання дизель-генератора на 30–60%, що 
безпосередньо впливає на зниження експлуатаційних витрат і викидів шкідливих 
речовин. 
Балансування потужності та роль накопичувачів енергії. Одним із 
ключових принципів побудови гібридних систем є забезпечення балансу між 
генерацією та споживанням електроенергії в реальному часі. У автономних 
умовах відсутність зовнішньої мережі унеможливлює компенсацію дисбалансів, 
тому ця функція покладається на систему керування та накопичувачі енергії. 
Акумуляторні батареї виконують роль буфера, згладжуючи короткочасні 
коливання потужності ВДЕ та забезпечуючи стабільність напруги і частоти. 
Згідно з оглядом [5], оптимальний вибір ємності та типу акумуляторів є 
одним із визначальних факторів економічної ефективності гібридної системи. Для 
гірських громад із добовими та сезонними коливаннями навантаження, 
характерними для Міжгір’я, застосування акумуляторів дозволяє: 
 зменшити кількість пусків дизель-генератора; 
 підвищити частку використання енергії ВДЕ; 
 покращити якість електроенергії для кінцевих споживачів. 
Значення гібридних систем для децентралізованих мереж. У контексті 
розвитку децентралізованих електричних мереж гібридні вітро-сонячно-дизельні 
системи відіграють роль локальних центрів генерації, здатних забезпечити 
автономність окремих територій або об’єктів. Для гірських регіонів Закарпаття це 
особливо важливо з огляду на складні погодні умови, сезонні аварії на лініях 
електропередач та обмежену швидкість відновлювальних робіт. 
Дослідження [11] показують, що впровадження гібридних систем у 
децентралізованих мережах дозволяє підвищити показники надійності 
19 
 
електропостачання (SAIDI, SAIFI) у 1,5–2 рази порівняно з традиційними 
дизельними схемами. Крім того, такі системи створюють основу для подальшого 
розвитку енергетичної автономії громад, інтеграції нових ВДЕ та застосування 
інтелектуальних систем керування, рис.1.3. 
 
Рисунок 1.3 – Структурна схема вітро-сонячно-дизельної гібридної системи 
автономного електропостачання (Побудовано на основі [3], [9], [10]). 
 
Таким чином, принципи побудови вітро-сонячно-дизельних гібридних 
систем ґрунтуються на комплексному використанні відновлюваних і традиційних 
джерел енергії, балансуванні генерації та споживання й адаптації до локальних 
умов експлуатації. Для смт Міжгір’я реалізація таких систем є ефективним 
інструментом підвищення надійності децентралізованого електропостачання, 
зменшення паливної залежності та формування основи для сталого енергетичного 
розвитку громади. 
 
20 
 
1.4. Закордонна практика проєктування та експлуатації  
гібридних енергокомплексів для ізольованих споживачів 
Світова практика впровадження гібридних енергетичних систем для 
автономного електропостачання демонструє сталу тенденцію до переходу від 
традиційних дизельних схем до комбінованих рішень на основі відновлюваних 
джерел енергії. Це зумовлено одночасним зростанням вартості викопного палива, 
посиленням екологічних вимог та розвитком технологій фотоелектричних, 
вітрових і накопичувальних систем. У багатьох країнах світу гібридні вітро-
сонячно-дизельні комплекси стали базовим рішенням для електропостачання 
віддалених населених пунктів, островів, гірських громад і промислових об’єктів 
поза зоною централізованих мереж. 
За результатами узагальнюючих оглядів [3], [12], понад 60% нових 
автономних енергосистем у світі, введених в експлуатацію після 2018 року, мають 
гібридну структуру з участю сонячної та/або вітрової генерації. При цьому 
дизель-генератор розглядається не як основне, а як резервне або пікове джерело 
енергії, що принципово відрізняє сучасні підходи від практики попередніх 
десятиліть. 
Досвід гібридних систем у гірських та віддалених регіонах. Особливий 
інтерес для умов Закарпаття становить досвід експлуатації гібридних 
енергосистем у гірських районах Європи, Північної Америки та Азії. Такі регіони 
характеризуються складним рельєфом, значною протяжністю ліній 
електропередач, підвищеною аварійністю мереж і сезонними обмеженнями 
доступу до об’єктів енергетичної інфраструктури. 
Дослідження [7] показують, що у віддалених гірських громадах 
застосування гібридних PV–WT–DG систем дозволяє: 
 зменшити споживання дизельного палива на 40–70%; 
 скоротити експлуатаційні витрати на електропостачання на 25–45%; 
 підвищити коефіцієнт готовності енергосистеми до 0,98–0,995. 
Подібні результати досягаються за рахунок раціонального добору 
потужностей фотоелектричних і вітрових установок, а також впровадження 
21 
 
систем накопичення енергії, які компенсують короткочасні провали генерації. Для 
населених пунктів типу смт Міжгір’я, де характерні як значна інсоляція в літній 
період, так і стійкі вітри в осінньо-зимовий сезон, такий підхід є особливо 
актуальним, рис.1.4. 
 
Рисунок 1.4 – Типова структура гібридного енергокомплексу для 
ізольованого споживача (Сформовано на основі [3], [9], [10]). 
 
Оптимізація складу та керування гібридними енергокомплексами. 
Закордонна практика свідчить, що ефективність гібридної системи визначається 
не лише встановленою потужністю її компонентів, а передусім алгоритмами 
управління енергетичними потоками. У сучасних проєктах широко 
застосовуються оптимізаційні методи, включаючи багатокритеріальні підходи, 
стохастичне моделювання та машинне навчання [9], [10]. 
У роботах [9] наведено приклади оптимізованих PV–WT–DG–Storage 
систем для ізольованих споживачів, у яких використання інтелектуальних 
алгоритмів керування дозволило: 
22 
 
 знизити рівень невикористаної енергії ВДЕ на 15–25%; 
 зменшити кількість пусків дизель-генератора на 30–50%; 
 подовжити ресурс акумуляторних батарей на 20–30%. 
Для гірських громад такі рішення є критично важливими, оскільки часті 
пуски дизельних агрегатів за низьких температур і складних погодних умов 
призводять до прискореного зношування обладнання та зростання витрат на 
технічне обслуговування. 
Економічна та екологічна ефективність закордонних проєктів. Згідно з 
даними [4], [12], приведена вартість електроенергії (LCOE) для гібридних вітро-
сонячно-дизельних систем у віддалених регіонах становить у середньому 0,18–
0,32 €/кВт·год, тоді як для виключно дизельних схем цей показник часто 
перевищує 0,40–0,60 €/кВт·год. Така різниця зумовлена високою вартістю 
пального, логістичними витратами та значними втратами при транспортуванні. 
Крім економічних переваг, гібридні системи забезпечують суттєве 
зменшення викидів парникових газів. За оцінками [3], заміщення дизельної 
генерації на 50 % за рахунок ВДЕ дозволяє скоротити викиди CO₂ на 1,5–2,5 т на 
кожні 10 000 кВт·год виробленої електроенергії. Для громад Карпатського регіону 
це має додаткове значення з огляду на екологічну чутливість гірських екосистем і 
туристичну привабливість територій. 
Порівняльний аналіз міжнародних підходів. У таблиці 1.4 узагальнено 
основні підходи до проєктування та експлуатації гібридних енергокомплексів у 
різних країнах і регіонах. 
 
Таблиця 1.4 – Узагальнення закордонної практики застосування гібридних 
енергосистем 
Регіон / тип об’єктів Склад системи Ключові результати Джерело 
Гірські громади PV–WT–DG– −45 % споживання палива, LCOE 
[7], [12] 
Європи Storage ≈0,25 €/кВт·год 
Острівні території PV–WT–DG Підвищення надійності до 0,99 [9] 
Віддалені поселення PV–DG–Storage −30–40 % експлуатаційних витрат [3], [4] 
Північні та гірські PV–WT–DG–
Скорочення викидів CO₂ до −60 % [10] 
регіони Storage 
23 
 
Таким чином, аналіз закордонної практики підтверджує доцільність і 
ефективність впровадження вітро-сонячно-дизельних гібридних систем для 
електропостачання ізольованих споживачів. Отримані у світі результати свідчать, 
що такі системи забезпечують вищу надійність, нижчу собівартість електроенергії 
та менший екологічний вплив порівняно з традиційними дизельними рішеннями. 
Узагальнений міжнародний досвід може бути безпосередньо адаптований до умов 
смт Міжгір’я Закарпатської області з урахуванням локальних кліматичних, 
рельєфних і соціально-економічних особливостей. 
 
1.5. Формулювання мети, завдань і предмета дослідження гібридної 
вітро-сонячно-дизельної системи автономного енергопостачання 
Аналіз сучасного стану розвитку відновлюваної енергетики та гібридних 
енергосистем, наведений раніше, свідчить про високу актуальність впровадження 
комбінованих вітро-сонячно-дизельних систем для електропостачання 
ізольованих і слабко підключених до мережі споживачів. Особливої значущості 
ця проблематика набуває для гірських територій України, зокрема Закарпатської 
області, де складний рельєф, розосереджена забудова та обмежена пропускна 
здатність електричних мереж зумовлюють підвищені ризики перебоїв 
електропостачання. 
Смт Міжгір’я, як типовий населений пункт гірської частини Закарпаття, 
характеризується сезонною нерівномірністю електроспоживання, значним 
потенціалом сонячної радіації в літній період і наявністю стабільних вітрових 
потоків у міжсезоння та зимовий період. За таких умов традиційна модель 
енергопостачання, що базується виключно на централізованій мережі або 
дизельних джерелах резервного живлення, є економічно та екологічно 
неефективною. Це зумовлює необхідність науково обґрунтованого проєктування 
гібридної енергосистеми, адаптованої до локальних природно-кліматичних та 
соціально-економічних умов. 
Мета дослідження. Метою магістерського дослідження є досягнення 
науково обґрунтованої конфігурації та параметрів гібридної вітро-сонячно-
24 
 
дизельної системи автономного енергопостачання конкретного віддаленого 
населеного пункту шляхом аналізу вітрового та сонячного потенціалу, структури 
навантаження, розроблення математичної моделі та проведення серії імітаційних 
розрахунків у спеціалізованому програмному середовищі, що дасть змогу 
зменшити паливну складову собівартості електроенергії, підвищити надійність і 
екологічність енергопостачання споживачів у районах з децентралізованою 
енергосистемою. 
Для досягнення поставленої мети у роботі необхідно вирішити такі основні 
завдання: 
1. Виконати аналітичний огляд сучасних підходів до побудови автономних 
гібридних енергосистем та досвіду застосування вітро-сонячно-дизельних 
комплексів у світі, визначити їх переваги та обмеження порівняно з традиційними 
дизельними схемами. 
2. Проаналізувати енергетичний потенціал обраного регіону: оцінити вітрові 
та сонячні ресурси, структуру і добові або річні графіки електричного 
навантаження, обрати репрезентативний об’єкт (населений пункт чи споживача) 
для впровадження гібридної системи.  
3. Обґрунтувати склад та параметри обладнання гібридної системи 
(вітроагрегати, фотоелектричні модулі, дизель-генератори, накопичувачі, 
перетворювальна техніка, системи керування) для кількох варіантів структурної 
схеми. 
4. Розробити математичну та імітаційну модель гібридної вітро-сонячно-
дизельної системи, провести розрахунки для різних сценаріїв метеоумов та 
навантаження, визначити показники паливної економічності, частку 
відновлюваної генерації, показники надійності та якості електропостачання. 
5. Виконати техніко-економічне обґрунтування доцільності впровадження 
запропонованої системи у порівнянні з базовим дизельним варіантом та 
сформулювати практичні рекомендації щодо застосування гібридних систем у 
районах з децентралізованим енергопостачанням. 
25 
 
Об’єкт і предмет дослідження. Об’єкт дослідження – процеси 
виробництва, накопичення та розподілу електричної енергії в автономній 
гібридній енергосистемі, що поєднує вітрові, сонячні та дизельні джерела 
електропостачання. 
Предмет дослідження – закономірності впливу складу та режимів роботи 
елементів гібридної системи (вітроустановок, фотоелектричних модулів, дизель-
генераторів, накопичувачів енергії та систем керування) на паливну 
економічність, показники надійності та приведену вартість виробленої 
електроенергії в автономному режимі. 
Наукова та практична значущість роботи. Наукова новизна одержаних 
результатів.  
1. Вперше для обраного віддаленого регіону побудовано комплексну 
математичну модель автономної енергосистеми з поєднанням вітрової, сонячної 
та дизельної генерації шляхом інтеграції статистично оброблених метеоданих, 
моделей генераторів, накопичувачів та навантаження у єдиному середовищі 
імітаційного моделювання, що дозволило кількісно оцінити річну частку 
заміщення дизельної генерації відновлюваними джерелами та очікувану економію 
палива. 
2. Удосконалено методику вибору оптимальної конфігурації гібридної 
системи за критерієм мінімуму приведеної вартості електроенергії з одночасним 
забезпеченням нормативних показників надійності шляхом застосування 
багатокритеріальної оптимізації за показниками паливної економічності, 
інвестиційних витрат і частки відновлюваної генерації, що дало змогу 
обґрунтувати раціональне співвідношення встановлених потужностей вітрових 
турбін, фотоелектричних модулів і дизель-генераторів. 
3. Дістали подальший розвиток уявлення про вплив стратегій керування 
зарядом-розрядом накопичувачів та пріоритезації джерел у гібридній системі – 
завдяки дослідженню альтернативних алгоритмів диспетчеризації у моделі, що 
дозволило зменшити кількість пусків дизель-генераторів, збільшити їх ресурс та 
підвищити ефективність роботи системи без погіршення якості електрики. 
26 
 
Практичне значення одержаних результатів. Запропонована методика 
аналізу та оптимізації гібридної вітро-сонячно-дизельної енергосистеми дозволяє, 
на етапі проєктування, оцінювати доцільність впровадження різних конфігурацій 
автономного енергопостачання для конкретних віддалених населених пунктів. На 
основі моделювання визначаються очікувана річна економія дизельного палива, 
зниження собівартості 1 кВт·год, частка відновлюваної генерації, а також 
показники надійності та екологічної ефективності. 
Отримані результати можуть бути використані проектними та 
експлуатаційними організаціями, енергетичними компаніями й органами 
місцевого самоврядування при модернізації систем електропостачання в районах з 
децентралізованими енергосистемами, а також у навчальному процесі при 
підготовці фахівців з відновлюваної та автономної енергетики. 
 
Висновки до розділу 1 
У результаті аналізу сучасного стану розвитку відновлюваної енергетики 
встановлено, що гібридні вітро-сонячно-дизельні системи є одним із найбільш 
ефективних рішень для автономного електропостачання ізольованих споживачів. 
За даними узагальнених досліджень, частка електроенергії, виробленої з 
відновлюваних джерел у таких системах, може досягати 60–80% річного балансу, 
що дозволяє знизити споживання дизельного палива на 40–70% порівняно з 
традиційними дизельними електростанціями та скоротити викиди CO₂ на 1,5–2,5 т 
на кожні 10 000 кВт·год виробленої електроенергії. 
Проаналізовано практику застосування вітрових, фотоелектричних і дизель-
генераторних джерел у складі автономних систем електропостачання та 
встановлено, що їх поєднання забезпечує підвищення надійності 
електроживлення до рівня 0,98–0,995. Для гірських регіонів із сезонною 
мінливістю кліматичних умов, зокрема смт Міжгір’я Закарпатської області, 
оптимальне комбінування сонячної генерації в літній період і вітрової в осінньо-
зимовий сезон дозволяє зменшити пікові навантаження на дизель-генератор та 
скоротити кількість його пусків на 30–50%, що позитивно впливає на ресурс 
27 
 
обладнання. 
Узагальнення закордонного досвіду проєктування та експлуатації гібридних 
енергокомплексів для ізольованих споживачів показало, що приведена вартість 
електроенергії (LCOE) для вітро-сонячно-дизельних систем у середньому 
становить 0,18–0,32 €/кВт·год, тоді як для виключно дизельних схем вона 
перевищує 0,40–0,60 €/кВт·год. Це підтверджує економічну доцільність переходу 
до гібридних систем, особливо в регіонах із високими логістичними витратами на 
постачання палива та складними умовами експлуатації електричних мереж. 
На основі виконаного огляду сформульовано мету, завдання, об’єкт і 
предмет дослідження магістерської роботи, орієнтовані на розроблення та 
техніко-економічне обґрунтування гібридної вітро-сонячно-дизельної системи 
автономного енергопостачання для смт Міжгір’я. Визначено, що подальші 
дослідження мають бути спрямовані на моделювання режимів роботи системи, 
оптимізацію складу її компонентів і оцінювання економічної ефективності з 
потенційним зменшенням витрат на електропостачання гірської громади на 25–
45% у порівнянні з традиційною дизельною схемою.  
28 
 
РОЗДІЛ 2 
ДОСЛІДЖЕННЯ ЕНЕРГОЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ОБРАНОГО РЕГІОНУ  
ТА ВИЗНАЧЕННЯ ВІТРОВО-СОНЯЧНОГО РЕСУРСУ 
 
2.1. Опис енергетичної інфраструктури регіону та специфіка 
автономного (децентралізованого) електропостачання 
Енергетична інфраструктура Закарпатської області має низку специфічних 
особливостей, зумовлених її географічним положенням, складним гірським 
рельєфом, розосередженістю населених пунктів та значною протяжністю 
електричних мереж. У таких умовах забезпечення надійного електропостачання 
споживачів, особливо в гірських громадах, є складним техніко-економічним 
завданням. Значна частина малих населених пунктів та окремих об’єктів 
інфраструктури перебуває на значній відстані від вузлів централізованого 
живлення, що призводить до підвищених втрат електроенергії, зростання 
аварійності та тривалих перерв у електропостачанні. 
Смт Міжгір’я, розташоване в центральній частині Українських Карпат, є 
типовим прикладом гірського населеного пункту зі змішаною структурою 
споживання електроенергії. Основними споживачами тут є житлові 
домогосподарства, об’єкти соціальної сфери (школи, амбулаторії, адміністративні 
будівлі), підприємства малого бізнесу та туристичної інфраструктури. 
Електропостачання здійснюється переважно від централізованої мережі, однак 
унаслідок складних кліматичних умов (сильні вітри, ожеледь, інтенсивні опади, 
паводки) електричні лінії часто зазнають пошкоджень, що обумовлює підвищену 
ймовірність тривалих відключень. 
Як зазначено в узагальнюючих оглядах [3], [12], саме для таких територій 
автономні та децентралізовані енергетичні системи є найбільш доцільною 
альтернативою або доповненням до централізованого електропостачання. 
Децентралізовані системи дозволяють локалізувати виробництво електроенергії 
безпосередньо поблизу споживача, зменшити залежність від протяжних мереж та 
підвищити енергетичну стійкість громад. 
29 
 
Автономне електропостачання в гірських районах традиційно 
реалізовувалося за допомогою дизель-генераторних установок. Такі рішення 
відзначаються відносною простотою, однак мають суттєві недоліки: високу 
залежність від постачання палива, значні експлуатаційні витрати, шумове та 
екологічне навантаження. За даними [4], у віддалених регіонах експлуатаційні 
витрати дизельної генерації можуть формувати до 60–70% сумарної вартості 
виробленої електроенергії. Для Міжгір’я, з урахуванням гірських доріг та 
сезонних обмежень логістики, ці фактори мають особливо критичний характер. 
У цьому контексті гібридні вітро-сонячно-дизельні системи розглядаються 
як раціональний компроміс між надійністю та економічністю. Поєднання 
відновлюваних джерел енергії з резервною дизельною генерацією та системами 
накопичення дозволяє суттєво зменшити кількість годин роботи дизель-
генератора, скоротити витрати палива та забезпечити стабільне 
електропостачання в умовах змінного навантаження [10], табл.2.1. Для гірських 
населених пунктів, таких як Міжгір’я, це означає можливість формування 
локальних мікромереж, здатних працювати як у паралельному режимі з 
централізованою мережею, так і в автономному режимі у разі аварійних 
відключень. 
 
Таблиця 2.1 – Порівняння підходів до електропостачання гірських 
населених пунктів 
Дизельна Гібридна вітро-
Централізоване 
Показник автономна сонячно-дизельна 
електропостачання 
система система 
Надійність у 
Середня Висока Висока 
гірських умовах 
Паливна залежність Низька Дуже висока Низька 
Експлуатаційні 
Помірні Високі Помірні–низькі 
витрати 
Екологічний вплив Низький Високий Помірний 
Придатність для 
Обмежена Тимчасова Найбільш доцільна 
Міжгір’я 
Складено на основі узагальнення джерел [3], [4], [10], [12] 
30 
 
Важливою особливістю децентралізованого електропостачання є характер 
споживання електроенергії. Для гірських громад типовими є відносно невеликі, 
але різко змінні навантаження протягом доби та року. Пікові значення зазвичай 
спостерігаються у вечірні години та в опалювальний період, тоді як у літній сезон 
навантаження може знижуватися. Такі профілі споживання потребують гнучких 
енергосистем, здатних швидко адаптуватися до змін, що ще раз підкреслює 
доцільність використання гібридних схем [3]. 
Згідно з результатами сучасних досліджень [5], [12], інтеграція сонячної та 
вітрової генерації в автономні системи дозволяє підвищити коефіцієнт 
використання встановленої потужності та зменшити потребу в надлишкових 
резервних потужностях. Для Міжгір’я це особливо актуально, оскільки сонячна 
генерація є ефективнішою в літній період, тоді як вітрова – у міжсезоння та 
взимку. Така комплементарність джерел є ключовою передумовою ефективного 
функціонування гібридної системи. 
Для наочного уявлення відмінностей між централізованим та автономним 
підходами до електропостачання доцільно використовувати структурні схеми, 
рис.2.1. 
 
 
Рисунок 2.1 – Порівняльні графіки залежності споживачів від магістральних 
ліній електропередач для централізованої системи та автономної гібридної 
мікромережі 
31 
 
Отже, аналіз енергетичної інфраструктури Закарпатської області та 
специфіки електропостачання смт Міжгір’я показує, що традиційна 
централізована модель не завжди забезпечує належний рівень надійності та 
енергетичної безпеки. Використання автономних і децентралізованих гібридних 
вітро-сонячно-дизельних систем є обґрунтованим напрямом підвищення стійкості 
енергозабезпечення гірських громад, зниження експлуатаційних витрат і 
зменшення негативного впливу на довкілля. Це створює необхідне підґрунтя для 
подальшого аналізу клімато-метеорологічних чинників та кількісної оцінки 
доступного вітрового й сонячного ресурсу, що розглядатиметься в наступних 
підрозділах. 
 
2.2. Клімато-метеорологічні чинники, що формують доступний 
вітровий і сонячний ресурс 
Ефективність функціонування гібридної вітро-сонячно-дизельної системи 
автономного електропостачання значною мірою визначається клімато-
метеорологічними умовами регіону, які формують потенціал відновлюваних 
джерел енергії. Для гірських територій Закарпатської області ці чинники мають 
особливе значення, оскільки складний рельєф, вертикальна поясність клімату та 
локальні орографічні ефекти зумовлюють істотну просторову й часову 
нерівномірність як вітрових, так і сонячних ресурсів. Саме тому детальний аналіз 
метеорологічних параметрів є необхідною передумовою для обґрунтованого 
проєктування гібридних енергосистем [3], [10]. 
Смт Міжгір’я розташоване в міжгірській улоговині Українських Карпат на 
висотах приблизно 450–500 м над рівнем моря. Клімат регіону помірно 
континентальний, з прохолодним літом, відносно м’якою, але тривалою зимою та 
значною кількістю опадів. Для енергетичних розрахунків найбільше значення 
мають такі параметри: середньорічна та сезонна швидкість вітру, розподіл 
швидкостей за імовірністю, річна та місячна інсоляція, тривалість сонячного 
сяйва, температура повітря та характер хмарності. 
32 
 
Вітрові умови регіону. Вітровий режим у гірських районах Закарпаття 
формується під впливом загальної циркуляції атмосфери та місцевих 
орографічних ефектів. Для Міжгір’я характерні відносно помірні середні 
швидкості вітру в долинній частині, водночас на прилеглих хребтах та відкритих 
підвищеннях швидкість вітру істотно зростає. Згідно з узагальненими 
кліматичними спостереженнями, середньорічна швидкість вітру на висоті 10 м у 
долинах становить близько 3,0–3,5 м/с, тоді як на висотах 30–50 м та на відкритих 
ділянках може досягати 5–6 м/с і більше [4], [12]. 
Для оцінювання вітрового ресурсу у вітроенергетиці зазвичай 
використовується ймовірнісний розподіл швидкостей вітру, найчастіше 
апроксимований розподілом Вейбулла. Щільність імовірності такого розподілу 
описується виразом: 
 
де v – швидкість вітру, м/с; k – параметр форми (безрозмірний); c – параметр 
масштабу, м/с. 
Для гірських районів Карпат, за даними літературних узагальнень [7], [10], 
типовими є значення параметра форми k у межах 1,8–2,3, що вказує на достатньо 
широкий діапазон швидкостей і наявність періодів із підвищеним вітровим 
потенціалом. Це є сприятливим чинником для застосування малих і середніх 
вітроустановок у складі гібридних систем, особливо якщо їх розміщення 
здійснюється на підвищеннях або штучних опорах. 
Сонячний ресурс і особливості інсоляції. Сонячна енергетика в гірських 
районах має низку специфічних рис. З одного боку, часта хмарність і підвищена 
кількість опадів зменшують сумарну інсоляцію порівняно з південними регіонами 
України. З іншого, чисті гірські повітряні маси та відбите випромінювання від 
схилів у літній період частково компенсують ці втрати. Для району Міжгір’я 
річна сумарна сонячна радіація на горизонтальну поверхню оцінюється на рівні 
33 
 
приблизно 1000–1150 кВт·год/м²·рік, що відповідає середнім значенням для 
Карпатського регіону [4], [12]. 
Сезонний розподіл інсоляції є нерівномірним, табл.2.2: максимальні 
значення припадають на період з травня по серпень, коли виробіток 
фотоелектричних панелей може покривати значну частину добового 
навантаження. Водночас у зимові місяці (грудень–січень) сонячна генерація 
істотно зменшується, що зумовлює необхідність використання вітрової складової 
та резервної дизельної генерації. Саме така сезонна комплементарність є однією з 
ключових переваг гібридних систем [3], [5]. 
 
Таблиця 2.2 – Узагальнені клімато-метеорологічні показники для району 
смт Міжгір’я 
Орієнтовне 
Показник Вплив на енергосистему 
значення 
Середньорічна швидкість вітру Помірний вітровий 
3,0–3,5 
(10 м), м/с потенціал 
Швидкість вітру на 
5,0–6,5 Перспективна для ВЕС 
підвищеннях, м/с 
Річна інсоляція, кВт·год/м² 1000–1150 Придатна для PV 
Підвищені вимоги до 
Середня температура зими, °C −3…0 
накопичувачів 
Середня температура літа, °C +16…+20 Сприятлива для PV 
Складено на основі узагальнення джерел [3], [4], [7], [10], [12] 
 
Для кількісної оцінки потенційного виробітку фотоелектричної установки 
використовується співвідношення: 
EPV = G⋅A⋅ηPV⋅Kloss, 
де EPV – річний виробіток електроенергії, кВт·год; G – річна сумарна сонячна 
радіація, кВт·год/м²; A – активна площа фотоелектричних модулів, м²; ηPV – 
34 
 
коефіцієнт корисної дії модулів; Kloss – коефіцієнт, що враховує втрати 
(забруднення, інверторні та температурні втрати). 
Температурний режим регіону також впливає на ефективність сонячних 
модулів. У гірських районах Закарпаття середні літні температури є помірними, 
що зменшує температурні втрати ККД фотоелектричних панелей порівняно з 
рівнинними або південними регіонами, що є додатковою перевагою для 
автономних систем [4]. 
Комплексний вплив кліматичних чинників. Окрім вітру та сонячної радіації, 
важливу роль відіграють температура повітря, вологість і тривалість 
екстремальних погодних явищ. Для Міжгір’я характерні значні добові та сезонні 
коливання температури, що потребує врахування температурних коефіцієнтів як 
для фотоелектричних модулів, так і для акумуляторних систем. Як зазначено в [1], 
[2], умови експлуатації акумуляторів у холодному кліматі можуть суттєво 
впливати на їх ємність і строк служби, що має бути враховано при проєктуванні 
гібридної системи. 
Для наочного представлення сезонної комплементарності вітрового та 
сонячного ресурсу доцільно використовувати графічні матеріали, рис.2.2. 
 
Рисунок 2.2 – Сезонна зміна доступного сонячного та вітрового ресурсу для 
району Міжгір’я 
 
35 
 
Отже, аналіз клімато-метеорологічних чинників показує, що район смт 
Міжгір’я має достатній вітровий і сонячний потенціал для впровадження 
гібридної вітро-сонячно-дизельної системи. Комплементарність сезонних режимів 
генерації створює передумови для зменшення частки дизельної генерації та 
підвищення надійності автономного електропостачання. Отримані якісні оцінки 
кліматичних умов є основою для подальших розрахункових оцінок вітрового 
потенціалу, які будуть наведені в наступному підрозділі. 
 
2.3. Розрахункова оцінка вітрового потенціалу для застосування в 
гібридній вітро-сонячно-дизельній установці 
Кількісна оцінка вітрового потенціалу є ключовим етапом проєктування 
гібридної вітро-сонячно-дизельної системи автономного електропостачання, 
оскільки саме вона дозволяє обґрунтувати доцільність використання 
вітроустановок, визначити їх номінальну потужність та очікуваний внесок у 
загальний енергетичний баланс. Для гірських районів, зокрема для смт Міжгір’я, 
така оцінка повинна враховувати як середні метеорологічні показники, так і вплив 
висоти встановлення вітротурбіни та локальних орографічних ефектів [3], [10]. 
Корекція швидкості вітру за висотою. Метеорологічні спостереження 
швидкості вітру зазвичай проводяться на висоті 10 м, тоді як сучасні малі та 
середні вітроустановки працюють на висотах 20–50 м. Для приведення швидкості 
вітру до висоти осі ротора використовується степенева залежність: 
 
де v(h) – середня швидкість вітру на висоті h, м/с; v10 – середня швидкість вітру на 
висоті 10 м, м/с; α – показник шорсткості поверхні. 
Для гірських і пересічених територій значення α\alphaα зазвичай перебуває 
в межах 0,20–0,30 [4], [12]. Для подальших розрахунків у цій роботі приймається 
середнє значення α=0,25. 
За умови середньорічної швидкості вітру в районі Міжгір’я v10=3,2 м/с, 
швидкість на висоті 30 м становитиме: 
36 
 
 
Отримане значення підтверджує можливість ефективної роботи малих 
вітроустановок, особливо з низькою швидкістю пуску ротора. 
Оцінка щільності вітрової енергії. Потенціал вітрової енергії зазвичай 
оцінюють через питому потужність вітрового потоку, яка визначається 
формулою: 
P 3
в = ½ρv , 
де Pв – питома потужність вітру, Вт/м²; ρ – густина повітря, кг/м³ (для умов 
Міжгір’я приймається ρ=1,225 кг/м³); v – середня швидкість вітру, м/с. 
Підставивши значення v30=4,2 м/с, отримаємо: 
Pв ≈ 0,5⋅1,225⋅(4,2)3 ≈ 45 Вт/м2. 
Згідно з класифікацією вітрових ресурсів [7], [12], такі значення 
відповідають низько-середньому вітровому потенціалу, який є прийнятним для 
автономних гібридних систем, де вітроустановка не є єдиним джерелом енергії, а 
працює в поєднанні з PV і дизельним резервом. 
Оцінка річного виробітку вітроустановки. Очікуваний річний виробіток 
електроенергії вітроустановки визначається за співвідношенням: 
EWT = Pном⋅CF⋅8760, 
де EWT – річний виробіток, кВт·год; Pном – номінальна потужність вітроустановки, 
кВт; CF – коефіцієнт використання встановленої потужності; 8760 – кількість 
годин у році. 
Для малих вітроустановок у гірських районах коефіцієнт CF зазвичай 
перебуває в межах 0,15–0,25 [3], [9]. Для консервативної оцінки приймемо 
CF=0,20. 
Для вітроустановки потужністю 5 кВт: 
EWT = 5⋅0,20⋅8760 ≈ 8760 кВт⋅год/рік. 
Такий виробіток може покривати значну частину базового навантаження 
типового автономного об’єкта (школи, амбулаторії або туристичного комплексу) 
37 
 
у смт Міжгір’я, особливо в осінньо-зимовий період, коли сонячна генерація 
зменшується. 
Вплив розподілу швидкостей вітру. Оскільки потужність вітру пропорційна 
кубу швидкості, істотний внесок у загальний виробіток роблять періоди з 
підвищеними швидкостями. Для врахування цього ефекту використовується 
інтегрування кривої потужності вітроустановки з розподілом Вейбулла: 
 
де P(v) – потужність вітроустановки при швидкості v; f(v) – щільність імовірності 
розподілу Вейбулла; T – тривалість періоду (1 рік). 
Такий підхід широко застосовується в сучасних роботах з оптимізації 
гібридних систем [5], [7], [11] і дозволяє підвищити точність оцінки 
енергетичного балансу. 
 
Таблиця 2.3 – Розрахункова оцінка вітрового потенціалу для району Міжгір’я 
Параметр Значення 
Середня швидкість вітру (10 м), м/с 3,0–3,5 
Швидкість вітру (30 м), м/с ≈4,2 
Питома потужність вітру, Вт/м² ≈45 
Типовий CF 0,15–0,25 
Річний виробіток ВЕС 5 кВт, кВт·год ≈8500–9000 
Складено на основі розрахунків і джерел [3], [4], [7], [9], [10], [12] 
 
Для наочного відображення залежності виробітку електроенергії від 
швидкості вітру доцільно використовувати відповідні графіки, рис.2.3. 
38 
 
 
Рисунок 2.3 – Графік залежності виробництва електроенергії від швидкості 
вітру (на прикладі вітрової турбіни W1000-80) 
 
Отже, розрахункова оцінка вітрового потенціалу показує, що район смт 
Міжгір’я має достатні умови для використання малих вітроустановок у складі 
гібридної вітро-сонячно-дизельної системи. Хоча вітровий ресурс не є високим, 
його сезонна комплементарність із сонячною генерацією дозволяє зменшити 
частку дизельної генерації та підвищити надійність автономного 
електропостачання. Отримані результати створюють основу для подальшої оцінки 
сонячної енергетичної складової та сезонних коливань виробітку, що 
розглядатиметься далі. 
 
2.4. Оцінка сонячної енергетичної складової та сезонні коливання 
виробітку електроенергії 
Сонячна енергетика є одним із базових елементів гібридних автономних 
енергосистем, особливо для населених пунктів із обмеженим доступом до 
централізованих електричних мереж. Для гірських територій Закарпатської 
області, зокрема для смт Міжгір’я, сонячна складова відіграє важливу роль у 
покритті денних навантажень у теплий період року та у зменшенні витрат 
дизельного палива. Водночас ефективність фотоелектричних (PV) систем у 
39 
 
гірських умовах істотно залежить від сезонних і метеорологічних чинників, що 
потребує детального кількісного аналізу [3], [4]. 
Рівень сонячної радіації та її сезонний розподіл. За узагальненими 
кліматичними даними для Карпатського регіону, річна сумарна сонячна радіація 
на горизонтальну поверхню в районі Міжгір’я становить орієнтовно 1000–1150 
кВт·год/м²·рік. Це дещо нижче, ніж у південних регіонах України, однак цілком 
достатньо для ефективної експлуатації автономних фотоелектричних систем [4], 
[12]. При цьому сезонний розподіл інсоляції є нерівномірним: близько 65–70% 
річного надходження сонячної енергії припадає на період з квітня по вересень, 
тоді як у зимові місяці спостерігається суттєвий спад виробітку. 
Для кількісного аналізу сонячного ресурсу доцільно розглядати 
середньомісячні значення глобальної сонячної радіації, що дозволяє оцінити 
зміну виробітку електроенергії протягом року. Максимальні значення інсоляції 
спостерігаються у червні–липні, коли тривалість світлового дня є найбільшою, 
тоді як мінімальні — у грудні–січні. Така сезонність зумовлює необхідність 
поєднання сонячної генерації з іншими джерелами енергії в межах гібридної 
системи [5], [10]. 
Розрахунок потенційного виробітку фотоелектричної установки. 
Очікуваний річний виробіток електроенергії фотоелектричної системи 
визначається за відомим співвідношенням: 
EPV = Gріч⋅A⋅ηPV⋅Ksys, 
де EPV – річний виробіток електроенергії, кВт·год; Gріч – річна сумарна сонячна 
радіація, кВт·год/м²; A – сумарна активна площа фотоелектричних модулів, м²; 
ηPV – коефіцієнт корисної дії фотоелектричних модулів; Ksys – коефіцієнт 
системних втрат (інвертор, кабелі, забруднення, температурні ефекти). 
Для сучасних кремнієвих PV-модулів характерні значення ηPV=0,17–0,20, 
тоді як коефіцієнт втрат Ksys зазвичай становить 0,75–0,85 [4], [7]. Приймаючи для 
розрахунків Gріч=1100 кВт·год/м²·рік, ηPV=0,18 та Ksys=0,80, для системи з 
активною площею 30 м² (що відповідає приблизно 5 кВт встановленої 
потужності) отримаємо: 
40 
 
EPV = 1100⋅30⋅0,18⋅0,80 ≈ 4750 кВт⋅год/рік. 
Отримане значення підтверджує, що навіть у гірських умовах Закарпаття 
фотоелектрична установка середньої потужності здатна забезпечити суттєвий 
внесок у річний енергобаланс автономного споживача, особливо у літній період, 
табл.2.4. 
 
Таблиця 2.4 – Оцінка сонячного потенціалу та виробітку PV-системи для 
району Міжгір’я 
Показник Значення 
Річна інсоляція, кВт·год/м² 1000–1150 
Орієнтовна потужність PV-системи, кВт 5 
Річний виробіток, кВт·год ≈4500–5000 
Частка виробітку влітку, % 65–70 
Частка виробітку взимку, % 10–15 
Складено на основі розрахунків і джерел [3], [4], [7], [10], [12] 
 
Вплив температури та орієнтації модулів. Температурний режим є 
важливим чинником, що впливає на ефективність PV-модулів. Зі зростанням 
температури навколишнього середовища напруга на виході фотоелементів 
зменшується, що призводить до зниження ККД. У гірських районах, зокрема в 
Міжгір’ї, середні літні температури є помірними (близько +16…+20 °C), що 
зменшує температурні втрати порівняно з рівнинними регіонами [4]. Це є 
додатковою перевагою для застосування фотоелектричних систем у складі 
гібридних установок, рис.2.4. 
 
41 
 
 
Рисунок 2.4 – Сезонний розподіл виробітку електроенергії 
фотоелектричною системою для району Міжгір’я 
 
Орієнтація та кут нахилу фотоелектричних модулів також істотно 
впливають на річний виробіток. Для широти Закарпаття оптимальний кут нахилу 
становить 30–35°, що дозволяє максимізувати сумарний річний виробіток 
електроенергії. Корекція кута нахилу під сезонні умови (наприклад, збільшення 
кута взимку) може додатково підвищити ефективність у зимовий період, однак у 
автономних системах зазвичай обирається фіксоване компромісне значення [5], 
[10]. 
Сезонні коливання виробітку та їх вплив на гібридну систему. Однією з 
ключових особливостей сонячної енергетики є висока сезонна варіабельність. Для 
району Міжгір’я співвідношення між середнім літнім та зимовим місячним 
виробітком може перевищувати 4:1. Це означає, що у зимові місяці 
фотоелектрична генерація не здатна повністю покривати потреби автономного 
споживача, що потребує використання вітрової генерації та дизельного резерву 
[3], [12]. 
Водночас у літній період PV-система може не лише покривати поточне 
навантаження, а й заряджати акумуляторні батареї, зменшуючи потребу в роботі 
42 
 
дизель-генератора. Така взаємодія джерел енергії є ключовим принципом 
гібридних систем і дозволяє оптимізувати їх роботу з точки зору як економічної 
ефективності, так і екологічного впливу [7], [9]. 
Для ілюстрації сезонної нерівномірності сонячної генерації доцільно 
використовувати відповідні графіки. 
Отже, проведена оцінка сонячної енергетичної складової показує, що район 
смт Міжгір’я має достатній сонячний потенціал для ефективного використання 
фотоелектричних систем у складі гібридної вітро-сонячно-дизельної установки. 
Висока сезонна варіабельність сонячної генерації компенсується її поєднанням з 
вітровою складовою, що створює надійну основу для подальшого аналізу 
структури споживання та профілів навантаження автономних споживачів, які 
розглядатимуться далі. 
 
2.5. Аналіз структури споживання та добових (річних) профілів 
навантаження автономних споживачів і вибір типового об’єкта для 
впровадження гібридної системи 
Ефективність проєктування та подальшої експлуатації гібридної вітро-
сонячно-дизельної системи автономного електропостачання значною мірою 
визначається характером електричного навантаження споживачів. Для гірських 
населених пунктів Закарпатської області, зокрема для смт Міжгір’я, структура 
споживання електроенергії є неоднорідною та має виражену добову й сезонну 
змінність. Саме тому детальний аналіз профілів навантаження є необхідною 
передумовою для обґрунтованого вибору потужності відновлюваних джерел, 
ємності акумуляторних батарей і режимів роботи дизельного резерву [3], [10]. 
Структура споживання електроенергії в гірських громадах. У гірських 
громадах Закарпаття споживання електроенергії формується кількома основними 
групами споживачів: житлові домогосподарства, об’єкти соціальної 
інфраструктури (школи, дитячі садки, амбулаторії, адміністративні будівлі), 
підприємства малого бізнесу та об’єкти туристичної сфери. Для смт Міжгір’я 
характерною є значна частка житлового сектору, водночас у туристичний сезон 
43 
 
зростає навантаження, пов’язане з роботою готелів, садиб зеленого туризму та 
закладів харчування. 
Типове домогосподарство споживає електроенергію переважно у вечірні 
години, коли вмикаються освітлення, побутові прилади та електронагрівальні 
пристрої. Об’єкти соціальної інфраструктури, навпаки, мають пікові 
навантаження у денний час, що добре узгоджується з графіком сонячної генерації. 
Така різноспрямованість профілів споживання створює передумови для більш 
рівномірного використання виробленої відновлюваної електроенергії в межах 
локальної мікромережі [5], [12]. 
Добові профілі навантаження. Для кількісного аналізу доцільно розглядати 
середньодобові профілі навантаження, які відображають зміну споживаної 
потужності протягом 24 годин. Для гірських населених пунктів, таких як 
Міжгір’я, типовим є двопіковий характер добового навантаження: перший, менш 
виражений пік спостерігається вранці (7:00–9:00), інший – у вечірні години 
(18:00–22:00). Мінімальні значення навантаження зазвичай припадають на нічний 
період [3], [7]. 
Аналітично добовий профіль навантаження можна подати у вигляді функції 
P(t)P(t)P(t), де ttt — час доби. Середнє добове споживання електроенергії 
визначається як: 
 
де Eдоб – добове споживання електроенергії, кВт·год; P(t) – миттєва споживана 
потужність, кВт. 
Такий підхід дозволяє зіставити профіль навантаження з профілями 
генерації сонячної та вітрової енергії та оцінити потребу в накопиченні енергії або 
резервній генерації [10]. 
Сезонні зміни навантаження. Окрім добових коливань, для Міжгір’я 
характерна значна сезонна варіабельність споживання. У зимовий період 
навантаження зростає за рахунок використання електрообігрівачів, 
44 
 
циркуляційних насосів систем опалення та збільшеної тривалості освітлення. 
Водночас у літній період споживання може зменшуватися, однак туристичний 
фактор частково компенсує цей спад. 
Згідно з узагальненими дослідженнями автономних систем [3], [12], 
співвідношення між максимальним зимовим і мінімальним літнім місячним 
споживанням у гірських громадах може сягати 1,5–2,0. Це означає, що система 
електропостачання має бути спроєктована з урахуванням пікових зимових 
навантажень, водночас не допускаючи значного перевищення встановленої 
потужності відновлюваних джерел. 
Вибір типового об’єкта для впровадження гібридної системи. Для 
подальших техніко-економічних розрахунків у цій роботі обрано типовий об’єкт 
соціальної інфраструктури – загальноосвітню школу або амбулаторію сімейної 
медицини в смт Міжгір’я. Такий вибір обґрунтовується стабільним характером 
споживання, соціальною значущістю об’єкта та високими вимогами до надійності 
електропостачання, табл.2.5. 
 
Таблиця 2.5 – Узагальнена характеристика типових автономних споживачів 
у смт Міжгір’я 
Річне 
Встановлена Характер 
Тип споживача споживання, 
потужність, кВт навантаження 
кВт·год 
Житлове 
3–5 3000–4500 Вечірній пік 
домогосподарство 
Школа / амбулаторія 10–15 25 000–35 000 Денний пік 
Туристичний об’єкт 15–25 40 000–60 000 Сезонний 
Адміністративна 
8–12 15 000–25 000 Денний 
будівля 
Складено на основі узагальнення джерел [3], [5], [7], [10], [12] 
 
45 
 
Середня встановлена потужність такого об’єкта становить орієнтовно 10–15 
кВт, а річне споживання електроенергії – 25–35 тис. кВт·год. Добовий профіль 
навантаження має виражений денний максимум, що добре узгоджується з 
генерацією фотоелектричної системи, тоді як вітрова складова та акумуляторні 
батареї забезпечують покриття вечірніх і нічних навантажень [7], [9]. 
Для наочного аналізу доцільно використовувати графіки добових і сезонних 
профілів, рис.2.5. 
 
Рисунок 2.5 – Типовий добовий профіль електричного навантаження 
автономного об’єкта в смт Міжгір’я. 
 
Отже, аналіз структури споживання та профілів навантаження показує, що 
для смт Міжгір’я характерні змінні добові та сезонні режими споживання, які 
добре узгоджуються з концепцією гібридної вітро-сонячно-дизельної системи. 
Вибір типового об’єкта соціальної інфраструктури як базового споживача 
дозволяє обґрунтувати параметри майбутньої системи та створює основу для 
подальших техніко-економічних розрахунків і оптимізації конфігурації 
енергетичного комплексу. 
 
46 
 
Висновки до розділу 2 
У результаті аналізу енергетичної інфраструктури смт Міжгір’я 
(Закарпатська область) встановлено, що електропостачання гірських громад 
характеризується обмеженою пропускною здатністю мереж, значною 
протяжністю ліній та підвищеною вразливістю до аварійних відключень. Типові 
автономні або напівавтономні споживачі (школи, амбулаторії, адміністративні 
будівлі) мають встановлену потужність 10–15 кВт та річне споживання 
електроенергії на рівні 25–35 тис. кВт·год, що створює обґрунтовану потребу у 
впровадженні локальних гібридних енергосистем. 
Дослідження клімато-метеорологічних умов показало, що для району 
Міжгір’я середньорічна швидкість вітру на висоті 10 м становить 3,5–4,2 м/с, а на 
висоті 30–50 м може досягати 4,8–5,5 м/с, що є достатнім для застосування малих 
вітроустановок у складі гібридної системи. Середньорічна сумарна сонячна 
радіація знаходиться в межах 1050–1200 кВт·год/м², з максимальними значеннями 
в літній період, що забезпечує доцільність використання фотоелектричних 
модулів як базової відновлюваної складової. 
Розрахункова оцінка енергетичного потенціалу показала, що сонячна 
електростанція встановленою потужністю 1 кВт у досліджуваному регіоні здатна 
генерувати в середньому 1000–1150 кВт·год/рік, тоді як мала вітроустановка 
аналогічної потужності 1200–1800 кВт·год/рік залежно від висоти встановлення 
та сезонних умов. Встановлено, що сезонні коливання генерації мають 
взаємодоповнювальний характер: максимум сонячної генерації припадає на літні 
місяці, а вітрової – на осінньо-зимовий період. 
Аналіз добових і річних профілів навантаження автономних споживачів 
показав наявність виражених вечірніх піків (18:00–22:00) та підвищення 
загального енергоспоживання в зимовий період до 1,5–2 разів порівняно з літнім. 
Це підтверджує доцільність використання гібридної вітро-сонячно-дизельної 
системи з акумуляторним накопичувачем, яка дозволяє покривати пікові 
навантаження, зменшити споживання дизельного палива та підвищити надійність 
електропостачання в умовах децентралізованих гірських громад. 
47 
 
РОЗДІЛ 3 
ФОРМУВАННЯ АРХІТЕКТУРИ ТА ДОБІР ОБЛАДНАННЯ  
ГІБРИДНОЇ ВІТРО-СОНЯЧНО-ДИЗЕЛЬНОЇ СИСТЕМИ 
 
3.1. Визначення вимог до конфігурації гібридної вітро-сонячно-дизельної 
системи та критерії відбору ключових компонентів 
Формування архітектури гібридної вітро-сонячно-дизельної системи 
автономного енергопостачання потребує комплексного врахування технічних, 
кліматичних, експлуатаційних та економічних чинників. Для гірських населених 
пунктів Закарпаття, зокрема смт Міжгір’я, характерні обмежена пропускна 
здатність мереж, підвищена аварійність ліній електропередач та значні сезонні 
коливання енергоспоживання, що обґрунтовує доцільність застосування 
локальних гібридних енергосистем із високим рівнем автономності [3], [10]. 
Загальні вимоги до гібридної системи. На основі аналізу умов 
енергоспоживання та доступного відновлюваного ресурсу (розділ 2) до гібридної 
вітро-сонячно-дизельної системи висуваються такі базові вимоги: 
 забезпечення безперервного електропостачання автономного об’єкта при 
добових і сезонних коливаннях навантаження; 
 максимальне використання відновлюваних джерел енергії з мінімізацією часу 
роботи дизель-генератора; 
 адаптивність до змінних погодних умов (вітер 3,5–5,5 м/с; сонячна генерація 
1050–1200 кВт·год/м²·рік); 
 можливість масштабування та модульної модернізації системи; 
 відповідність вимогам енергоефективності, екологічної безпеки та економічної 
доцільності [4], [12]. 
Для типового об’єкта в Міжгір’ї (адміністративна будівля, ФАП або школа) 
з установленою потужністю 10–15 кВт та середнім добовим споживанням 70–100 
кВт·год, система повинна забезпечувати автономну роботу не менше 24–48 годин 
без участі дизельного генератора. 
48 
 
Функціональні вимоги до конфігурації системи. Гібридна система 
розглядається як інтегрований енергокомплекс, що включає вітрову установку, 
фотоелектричний масив, дизель-генератор, акумуляторну батарею та систему 
керування. Відповідно до сучасних підходів до проєктування автономних 
мікромереж, рекомендованою є конфігурація з пріоритетом ВДЕ та 
акумулюванням енергії, де дизель-генератор використовується лише як резервне 
або пікове джерело [3], [5]. 
Функціональна логіка роботи системи передбачає: 
 покриття базового навантаження за рахунок сонячної та вітрової генерації; 
 накопичення надлишкової енергії в акумуляторах у години низького 
навантаження; 
 автоматичне підключення дизель-генератора лише за дефіциту енергії або при 
тривалих несприятливих погодних умовах. 
Такий підхід дозволяє зменшити річну частку дизельної генерації до 15–
30% загального балансу, що відповідає практиці ефективних гібридних 
мікромереж [7], [12]. 
Критерії відбору вітроенергетичного модуля. Вибір вітрової установки 
здійснюється з урахуванням особливостей рельєфу та середньорічних швидкостей 
вітру. Для умов Міжгір’я доцільно застосовувати малі вітроустановки 
номінальною потужністю 3–10 кВт, оптимізовані для роботи при швидкостях 4–6 
м/с. 
Основні критерії відбору: 
 низька пускова швидкість вітру (≤3 м/с); 
 високий коефіцієнт використання встановленої потужності (0,25–0,35); 
 можливість встановлення на щоглах 30–40 м, що забезпечує зростання 
виробітку на 20–30 % порівняно з висотою 10 м [10]; 
 підвищена механічна надійність і знижений рівень шуму, що критично для 
житлових зон. 
Критерії вибору фотоелектричної складової. Фотоелектричний модуль у 
гібридній системі виконує роль основного джерела енергії в літній період. Для 
49 
 
Закарпаття доцільно застосовувати кремнієві модулі з питомою потужністю 180–
220 Вт/м² та ККД 18–22 %. 
Ключові критерії відбору: 
 стабільна робота при температурних коливаннях від −20 до +40 °C; 
 деградація потужності не більше 0,5–0,7%/рік; 
 можливість формування масиву потужністю 10–20 кВт, що забезпечує до 60–
70% річного енергоспоживання об’єкта [4], [5]. 
Вимоги до дизель-генератора та системи акумулювання. Дизель-генератор 
у складі гібридної системи розглядається як резервне джерело. Його потужність 
обирається з урахуванням пікових навантажень і зазвичай становить 60–80% 
максимальної потужності споживача, тобто 8–12 кВт для типового об’єкта [12]. 
Система накопичення енергії є ключовим елементом підвищення 
автономності. Згідно з сучасними дослідженнями, оптимальною є акумуляторна 
ємність, що забезпечує 1–2 доби автономної роботи, тобто 80–150 кВт·год для 
обраного об’єкта [1], [2]. 
Таким чином, сформульовані вимоги та критерії відбору компонентів 
гібридної вітро-сонячно-дизельної системи для умов Міжгір’я дозволяють 
забезпечити баланс між надійністю, енергоефективністю та економічною 
доцільністю. Отримані положення є базою для подальших розрахунків 
установленої потужності вітрових і фотоелектричних модулів, вибору дизель-
генератора та системи акумулювання, що буде виконано далі. 
 
3.2. Оцінювання потрібної встановленої потужності вітроенергетичного 
модуля 
Вітроенергетичний модуль у складі гібридної вітро-сонячно-дизельної 
системи для автономного електропостачання відіграє важливу роль у забезпеченні 
енергією в осінньо-зимовий період, коли сонячна генерація істотно зменшується. 
Для гірських населених пунктів Закарпаття, зокрема смт Міжгір’я, характерні 
підвищені швидкості вітру в холодний сезон, що робить використання малої 
вітроенергетики доцільним і технічно обґрунтованим [3], [10]. 
50 
 
Вихідні дані для розрахунку. На основі результатів аналізу клімато-
метеорологічних умов (розділ 2) для району Міжгір’я приймаємо такі усереднені 
параметри: 
 середньорічна швидкість вітру на висоті 10 м: 
v10 = 3,8–4,2 м/с; 
 очікувана швидкість вітру на висоті 30 м (з урахуванням логарифмічного 
профілю): 
v30 ≈ 4,8–5,3 м/с; 
 густина повітря для середньорічних умов Закарпаття: 
ρ = 1,225 кг/м3; 
 середній коефіцієнт використання встановленої потужності (CF) для малих 
ВЕУ: 
CF = 0,25–0,35. 
Розрахунок виконується для типового автономного об’єкта з річним 
споживанням електроенергії: E .
річн = 28 000–36 000 кВт год. 
Теоретична оцінка потужності вітрового потоку. Миттєва потужність 
вітрового потоку, що проходить через площу ротора, визначається класичним 
співвідношенням: 
 
де A=πR2 – площа ротора, v – швидкість вітру. 
З урахуванням межі Беца, реальна електрична потужність вітроустановки 
становить: 
 
де Cp – коефіцієнт використання енергії вітру (для малих ВЕУ Cp = 0,30–0,40),  
η -ККД електромеханічного тракту (0,85–0,90). 
Розрахунок очікуваного річного виробітку. Річний виробіток електроенергії 
вітроенергетичним модулем можна оцінити за формулою: 
Eвітр = Pном⋅CF⋅8760, 
51 
 
де Pном – номінальна потужність вітроустановки. 
Для оцінювання розглянемо декілька типових варіантів малих ВЕУ (табл. 
3.1). 
 
Таблиця 3.1 – Оцінка річного виробітку електроенергії вітроустановок для 
умов Міжгір’я 
Номінальна потужність ВЕУ, кВт CF Річний виробіток, кВт·год 
3 0,30 ≈ 7 900 
5 0,30 ≈ 13 100 
10 0,30 ≈ 26 300 
 
Як видно з таблиці, вітроустановка потужністю 5–10 кВт здатна покривати 
35–70% річного електроспоживання типового автономного об’єкта, що 
узгоджується з рекомендаціями щодо гібридних систем для гірських регіонів [4], 
[12]. 
Вибір оптимальної потужності вітроенергетичного модуля. З урахуванням 
того, що: 
 у літній період основне навантаження покривається фотоелектричною 
складовою; 
 дизель-генератор використовується як резерв; 
 надлишкова вітрова генерація може накопичуватися в акумуляторах, 
  доцільно обрати вітроустановку номінальною потужністю 5–8 кВт. Такий 
діапазон забезпечує: 
 стабільний виробіток у зимовий період; 
 зменшення річної частки дизельної генерації на 20–30%; 
 оптимальне співвідношення між капітальними витратами та енергетичним 
ефектом [3], [5], [10]. 
Вплив висоти встановлення та рельєфу. Для гірських районів Закарпаття 
особливе значення має висота встановлення вітротурбіни. Згідно з 
дослідженнями, збільшення висоти щогли з 10 до 30 м дозволяє підвищити 
52 
 
середню швидкість вітру на 20–30%, що, з урахуванням кубічної залежності 
потужності від швидкості, забезпечує приріст річного виробітку до 70% [10], [12]. 
Саме тому в даній роботі рекомендується застосування щогл висотою 30–40 
м із розміщенням ВЕУ на відкритих ділянках або гірських відрогах поблизу 
Міжгір’я, з мінімальним екрануванням рельєфом. 
У результаті розрахункової оцінки встановлено, що для умов смт Міжгір’я 
оптимальною є вітроенергетична установка потужністю 5–8 кВт, змонтована на 
щоглі висотою не менше 30 м. Такий модуль здатний забезпечити до 40–60 % 
річного електроспоживання автономного об’єкта та істотно знизити потребу в 
дизельній генерації. Отримані результати є базою для подальшого визначення 
потужності фотоелектричного модуля та підбору інверторного обладнання. 
 
3.3. Розрахунок потужності фотоелектричного модуля та підбір 
інверторного обладнання 
Фотоелектрична складова у гібридній вітро-сонячно-дизельній системі 
автономного енергопостачання виконує ключову функцію покриття базового та 
пікового навантаження у весняно-літній період, а також забезпечує заряд 
акумуляторної батареї за умов достатньої сонячної інсоляції. Для гірських районів 
Закарпаття, зокрема смт Міжгір’я, сонячна генерація характеризується вираженою 
сезонністю, однак у літні місяці може становити домінуючу частку енергобалансу 
автономного об’єкта [4], [10], [12]. 
Вихідні кліматичні та енергетичні передумови. На основі аналізу сонячного 
ресурсу (розділ 2) для території Міжгір’я приймаються такі усереднені показники: 
 середньорічна сумарна сонячна радіація на оптимально орієнтовану поверхню: 
Hрічн = 1050–1200 кВт.год/м2; 
 середньодобова інсоляція в літній період: 
Hліто = 4,5–5,2 кВт.год/м2; 
 середньодобова інсоляція в зимовий період: 
H .
зима = 1,1–1,5 кВт год/м2. 
Типовий автономний об’єкт має середнє добове споживання: 
53 
 
Eдоб = 80–100 кВт.год. 
З урахуванням того, що частину цього навантаження покриває 
вітроенергетичний модуль (підрозділ 3.2), фотоелектрична система повинна 
забезпечувати 40–60% річного споживання електроенергії. 
Оцінка необхідної встановленої потужності ФЕМ. Річний виробіток 
електроенергії фотоелектричним масивом визначається за співвідношенням: 
EPV = PPV⋅Hекв⋅ηсист, 
де PPV – встановлена потужність фотоелектричних модулів, кВт;  
Hекв – еквівалентна кількість годин повної потужності (для Закарпаття 950–1100 
год/рік); ηсист – коефіцієнт системних втрат (0,75–0,85). 
Для покриття річної потреби: 
EPV = 14 000–18 000 кВт.год, 
необхідна встановлена потужність ФЕМ становить: 
PPV = EPV / Hекв⋅ηсист ≈ 15–18 кВт. 
Таким чином, для умов Міжгір’я доцільним є встановлення 
фотоелектричного масиву потужністю 15–20 кВт, що відповідає рекомендаціям 
щодо гібридних автономних систем у гірських регіонах [3], [5], [12]. 
Вибір типу та конфігурації фотоелектричних модулів. Для даного проєкту 
рекомендується використання монокристалічних кремнієвих модулів із такими 
типовими характеристиками: 
 номінальна потужність одного модуля: 400–550 Вт; 
 ККД: 19–22%; 
 температурний коефіцієнт потужності: −0,35…−0,40 %/°C; 
 строк служби: ≥25 років. 
Кількість модулів визначається як: 
NPV = PPV / Pмод, 
де Pмод – потужність одного модуля. 
Для PPV = 18 кВт і Pмод = 450 Вт: NPV ≈ 40 модулів.  
54 
 
Модулі доцільно орієнтувати на південь із кутом нахилу 30–35°, що є 
компромісом між максимальним літнім виробітком та прийнятною зимовою 
генерацією [4]. 
Підбір інверторного обладнання. Інвертор є центральним елементом 
системи керування енергопотоками в гібридній установці. Для автономних 
гібридних систем рекомендовано застосовувати гібридні інвертори, які 
підтримують: 
 одночасну роботу з ФЕМ, вітроустановкою, акумуляторами та дизель-
генератором; 
 функції пріоритету ВДЕ; 
 заряд акумуляторів від усіх джерел; 
 автоматичне резервування навантаження [10], [12]. 
Номінальна потужність інвертора визначається за максимальним 
навантаженням об’єкта: 
Pinv ≥ 1,2⋅Pmax, 
де Pmax – пікова потужність споживача. 
Для Pmax = 12–15 кВт доцільно застосовувати інвертор потужністю 15–20 
кВт. ККД сучасних гібридних інверторів становить 95–98%, що мінімізує втрати 
електроенергії [4], [10]. 
Роль ФЕМ у підвищенні енергоефективності системи. За результатами 
досліджень, збільшення частки фотоелектричної генерації в гібридних системах 
дозволяє: 
 знизити споживання дизельного пального на 35–55 %; 
 скоротити експлуатаційні витрати на 25–40 %; 
 зменшити викиди CO₂ на 40–60 % у порівнянні з чисто дизельною схемою [7], 
[12]. 
Для умов Міжгір’я фотоелектрична складова є основним джерелом енергії з 
квітня по вересень, що істотно знижує навантаження на дизель-генератор та 
підвищує ресурс обладнання. 
55 
 
У результаті розрахунків встановлено, що для автономного об’єкта в смт 
Міжгір’я доцільно застосовувати фотоелектричний масив потужністю 15–20 кВт, 
сформований із монокристалічних модулів ККД 19–22%, у поєднанні з гібридним 
інвертором потужністю 15–20 кВт. Така конфігурація забезпечує до 60% річного 
енергоспоживання, зменшує залежність від дизельної генерації та створює умови 
для ефективної роботи акумуляторної системи, параметри якої обґрунтовуються в 
підрозділі 3.4. 
 
3.4. Обґрунтування параметрів дизель-генераторної установки та вибір 
системи накопичення (акумулювання) енергії 
Ефективність гібридної вітро-сонячно-дизельної системи значною мірою 
визначається алгоритмом керування взаємодією дизель-генератора та системи 
накопичення енергії. У сучасних автономних мікромережах застосовується 
стратегія мінімізації часу роботи ДГУ, за якої запуск дизель-генератора 
відбувається лише за досягнення критично низького рівня заряду акумуляторів 
або перевищення навантаження над доступною потужністю ВДЕ [10], [12]. 
Типовий алгоритм роботи включає такі режими: 
1. Режим ВДЕ-пріоритету – навантаження живиться від сонячних і вітрових 
джерел, надлишкова енергія спрямовується на заряд акумуляторів. 
2. Акумуляторний режим – у періоди низької генерації ВДЕ споживання 
покривається за рахунок накопиченої енергії. 
3. Режим підтримки ДГУ – дизель-генератор запускається при досягненні 
мінімального допустимого рівня заряду акумуляторів (SOC ≈ 20–30%). 
4. Комбінований режим – ДГУ працює одночасно з ВДЕ для покриття пікових 
навантажень і прискореного заряду АКБ. 
Застосування такої стратегії дозволяє зменшити кількість запусків дизель-
генератора до 1–2 разів на добу в зимовий період і практично повністю уникнути 
його роботи в літні місяці, що відповідає сучасним рекомендаціям з оптимального 
керування автономними системами [3], [5]. 
56 
 
Порівняльна оцінка типів акумуляторних систем. Для обґрунтованого 
вибору системи накопичення енергії доцільно порівняти основні типи 
акумуляторів, які застосовуються в автономних гібридних системах (табл. 3.2). 
 
Таблиця 3.2 – Порівняльні характеристики акумуляторних батарей для 
автономних гібридних систем 
Свинцево-кислотні 
Параметр Li-ion LiFePO₄ 
(AGM, GEL) 
Допустима глибина розряду 
50–60 80–90 80–90 
(DOD), % 
2500–
Кількість циклів 800–1500 4000–6000 
4000 
ККД циклу, % 75–85 90–95 92–96 
Дуже 
Температурна стабільність Середня Висока 
висока 
Пожежна безпека Висока Середня Висока 
Вартість за кВт·год Низька Висока Середня 
 
Аналіз показує, що LiFePO₄-акумулятори є оптимальним компромісом між 
довговічністю, безпекою та вартістю володіння. Для гірських районів Закарпаття, 
де можливі значні коливання температури, саме цей тип акумуляторів забезпечує 
найбільшу надійність і стабільність параметрів [1], [2]. 
Експлуатаційна надійність і безпека системи накопичення. Важливим 
аспектом вибору акумуляторної батареї є дотримання вимог безпеки та стандартів 
експлуатації. Згідно з рекомендаціями Європейської комісії та стандартів IEC, 
система накопичення енергії повинна бути оснащена: 
 системою керування батареєю (BMS); 
 засобами контролю температури та струмів заряду/розряду; 
 захистом від короткого замикання та перенапруги [2]. 
57 
 
Для LiFePO₄-акумуляторів характерна підвищена термічна стабільність, що 
суттєво знижує ризик теплового розгону навіть за умов інтенсивної циклічної 
роботи. Це особливо важливо для автономних об’єктів у Міжгір’ї, де 
обслуговування обладнання може бути ускладненим у зимовий період. 
Вплив акумуляторної системи на загальну ефективність гібридної 
установки. Згідно з результатами сучасних досліджень, збільшення ємності 
акумуляторної батареї до рівня 1,5–2 доби автономної роботи дозволяє: 
 знизити частку дизельної генерації ще на 10–15%; 
 скоротити річні експлуатаційні витрати на 20–30%; 
 підвищити коефіцієнт використання відновлюваних джерел енергії до 70–80% у 
річному балансі [7], [12]. 
Для умов Міжгір’я це означає не лише економію пального, а й суттєве 
зменшення шумового та екологічного навантаження на навколишнє середовище. 
Отже, у складі гібридної вітро-сонячно-дизельної системи автономного 
енергопостачання для смт Міжгір’я дизель-генератор доцільно використовувати 
як резервне джерело потужністю 8–12 кВт, а систему накопичення енергії 
реалізувати на базі LiFePO₄-акумуляторів загальною ємністю 160–200 кВт·год. 
Запропонована конфігурація забезпечує 1,5–2 доби автономної роботи, скорочує 
споживання дизельного пального на 40–60% та підвищує загальну надійність і 
енергоефективність системи. Отримані параметри є вихідними даними для 
побудови структурної схеми гібридної установки та її подальшого моделювання, 
що розглядається далі. 
 
3.5. Побудова структурної схеми гібридної вітро-сонячно-дизельної 
системи та підготовка вихідних даних для моделювання 
Побудова структурної схеми гібридної вітро-сонячно-дизельної системи є 
завершальним етапом формування її архітектури та необхідною передумовою для 
подальшого математичного й комп’ютерного моделювання режимів роботи. 
Структурна схема дозволяє формалізувати взаємозв’язки між джерелами 
58 
 
генерації, системою накопичення енергії, навантаженням і системою керування, а 
також визначити основні енергетичні потоки в автономній мікромережі [3], [10]. 
Для умов смт Міжгір’я запропонована схема орієнтована на максимальне 
використання відновлюваних джерел енергії з пріоритетом фотоелектричної та 
вітрової генерації, мінімізацію часу роботи дизель-генератора і забезпечення 
високого рівня надійності електропостачання. 
Загальна структура гібридної системи. Запроєктована гібридна система 
автономного енергопостачання включає такі основні функціональні блоки: 
 фотоелектричний модуль (ФЕМ); 
 вітроенергетичний модуль (ВЕУ); 
 дизель-генераторну установку (ДГУ); 
 систему накопичення енергії (акумуляторну батарею); 
 гібридний інвертор та систему керування; 
 споживачі електричної енергії. 
Узагальнено структура системи відповідає концепції AC/DC-гібридної 
мікромережі, де джерела постійного струму (ФЕМ, акумулятори) та змінного 
струму (ВЕУ, ДГУ) інтегруються через гібридний інвертор у єдину систему 
електропостачання [4], [5]. 
Опис функціонування енергетичних потоків. У нормальному режимі роботи 
основне електропостачання споживачів здійснюється від фотоелектричного та 
вітроенергетичного модулів. У денний час, за наявності достатньої інсоляції, 
ФЕМ забезпечує покриття навантаження та заряд акумуляторної батареї. 
Вітроенергетичний модуль, у свою чергу, компенсує дефіцит генерації в періоди 
зниженої сонячної активності, зокрема у вечірній та нічний час, а також у 
зимовий період. 
Система накопичення енергії виконує функцію короткострокового та 
середньострокового буфера, забезпечуючи живлення споживачів при нестачі 
потужності ВДЕ. При досягненні мінімально допустимого рівня заряду 
акумуляторів (SOC ≈ 20–30%) або при виникненні пікових навантажень 
автоматично запускається дизель-генератор, який або безпосередньо живить 
59 
 
навантаження, або працює у режимі одночасного живлення та заряду 
акумуляторів. 
Такий алгоритм керування дозволяє: 
 знизити кількість пусків дизель-генератора; 
 підтримувати стабільні параметри напруги та частоти; 
 мінімізувати витрати пального та знос обладнання [7], [12]. 
Роль гібридного інвертора та системи керування. Гібридний інвертор є 
центральним елементом системи, який забезпечує: 
 перетворення постійного струму ФЕМ та акумуляторів у змінний струм; 
 синхронізацію роботи вітроенергетичного модуля та дизель-генератора; 
 балансування енергетичних потоків між джерелами та споживачами; 
 моніторинг стану системи та реалізацію алгоритмів керування. 
Система керування реалізує логіку пріоритету відновлюваних джерел 
енергії та акумуляторів, використовуючи дизель-генератор лише за необхідності. 
Такий підхід відповідає сучасним концепціям інтелектуальних автономних 
мікромереж та дозволяє підвищити коефіцієнт використання ВДЕ до 70–80% у 
річному енергетичному балансі [10], [12]. 
Підготовка вихідних даних для моделювання. Для подальшого 
комп’ютерного моделювання роботи гібридної системи (наприклад, у 
середовищах HOMER, MATLAB/Simulink або аналогічних) було сформовано 
набір вихідних параметрів, що узагальнюють результати розрахунків: 
 встановлена потужність фотоелектричного модуля: 15–20 кВт; 
 номінальна потужність вітроенергетичного модуля: 5–8 кВт; 
 потужність дизель-генератора: 8–12 кВт; 
 ємність акумуляторної батареї: 160–200 кВт·год; 
 середнє добове споживання електроенергії: 80–100 кВт·год; 
 частка дизельної генерації в річному балансі: 15–25%. 
Крім того, для моделювання враховуються добові та сезонні профілі 
навантаження, погодинні значення сонячної інсоляції та швидкості вітру, а також 
ККД основних елементів системи. Такий набір параметрів дозволяє адекватно 
60 
 
відтворити реальні умови експлуатації автономної гібридної системи в гірських 
районах Закарпаття [3], [5], [10]. 
У підрозділі сформовано структурну схему гібридної вітро-сонячно-
дизельної системи автономного енергопостачання для смт Міжгір’я та визначено 
основні енергетичні потоки між її складовими. Підготовлено узагальнений набір 
вихідних даних, необхідних для подальшого моделювання режимів роботи 
системи та оцінювання її техніко-економічної ефективності. Запропонована 
архітектура забезпечує високий рівень надійності, гнучкість керування та 
ефективне використання відновлюваних джерел енергії, що створює основу для 
проведення оптимізаційних розрахунків у наступному розділі роботи. 
 
Висновки до розділу 3 
У розділі сформовано архітектуру гібридної вітро-сонячно-дизельної 
системи автономного енергопостачання для умов смт Міжгір’я Закарпатської 
області на основі аналізу реального енергоспоживання та доступного 
відновлюваного ресурсу. Для типового автономного об’єкта з піковим 
навантаженням 12–15 кВт і середнім добовим споживанням 80–100 кВт·год 
визначено конфігурацію системи, що забезпечує повноцінне електропостачання з 
часткою відновлюваних джерел у річному балансі на рівні 70–85%. 
Розрахунки показали, що в умовах середньорічної швидкості вітру 4,8–5,3 
м/с доцільним є застосування вітроенергетичного модуля потужністю 5–8 кВт, 
який забезпечує річний виробіток 13–22 МВт·год, що відповідає 35–55% потреб 
споживача в осінньо-зимовий період. Встановлення щогли висотою 30–40 м 
дозволяє підвищити річний виробіток вітроустановки на 20–30% порівняно з 
висотою 10 м. 
Для компенсації сезонного дефіциту генерації та покриття літнього 
навантаження обґрунтовано застосування фотоелектричного масиву потужністю 
15–20 кВт, який за умов середньорічної інсоляції 1050–1200 кВт·год/м² забезпечує 
річний виробіток 14–18 МВт·год, тобто до 60% загального електроспоживання. 
61 
 
Для перетворення та керування енергопотоками обрано гібридний інвертор 
потужністю 15–20 кВт із ККД 95–98%. 
Встановлено, що застосування дизель-генератора потужністю 8–12 кВт у 
поєднанні з акумуляторною батареєю типу LiFePO₄ ємністю 160–200 кВт·год 
забезпечує 1,5–2 доби автономної роботи без запуску ДГУ та дозволяє скоротити 
річне споживання дизельного пального до 1500–2100 л, що на 40–60% менше 
порівняно з традиційною дизельною схемою електропостачання. Сформована 
структура системи є готовою для подальшого математичного моделювання та 
техніко-економічної оцінки ефективності. 
 
62 
 
РОЗДІЛ 4 
МАТЕМАТИЧНЕ Й ІМІТАЦІЙНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ФУНКЦІОНУВАННЯ 
ГІБРИДНОЇ ВІТРО-СОНЯЧНО-ДИЗЕЛЬНОЇ СИСТЕМИ 
 
4.1. Формування математичної моделі гібридної вітро-сонячно-
дизельної системи автономного енергопостачання 
Математичне моделювання є ключовим інструментом дослідження режимів 
роботи гібридних вітро-сонячно-дизельних систем автономного 
енергопостачання, оскільки дозволяє кількісно оцінити енергетичні потоки, 
взаємодію окремих компонентів та ефективність системи в цілому за змінних 
метеорологічних і навантажувальних умов. Для гірських регіонів Закарпаття, 
зокрема смт Міжгір’я, така модель є необхідною через високу сезонність 
сонячного ресурсу, стохастичний характер вітру та нерівномірні добові профілі 
споживання електроенергії. 
Метою формування математичної моделі є опис балансу потужності й 
енергії в гібридній системі, визначення умов увімкнення та вимкнення окремих 
джерел генерації, а також оцінювання частки відновлюваних джерел енергії 
(ВДЕ), витрат дизельного пального та показників надійності електропостачання. 
Узагальнено модель базується на концепції автономної мікромережі з 
пріоритетним використанням ВДЕ та акумуляторної батареї, що відповідає 
сучасним підходам до проєктування ізольованих енергосистем [3], [10], [12]. 
Структура математичної моделі. Гібридна система розглядається як 
сукупність взаємопов’язаних підсистем: 
 вітроенергетичної (ВЕУ), 
 фотоелектричної (ФЕМ), 
 дизель-генераторної (ДГУ), 
 системи накопичення енергії (АКБ), 
 навантаження. 
63 
 
Математична модель формується у вигляді погодинного енергетичного 
балансу, що дозволяє врахувати короткострокові коливання ресурсів і 
споживання, характерні для автономних споживачів [4], [5]. 
Модель вітроенергетичного модуля. Миттєва потужність вітрової турбіни 
визначається залежністю: 
 
де v – швидкість вітру, м/с; vcut-inv, vrated, vcut-out – швидкості вмикання, 
номінальної роботи та відсічення; Pnom – номінальна потужність вітротурбіни. 
Для умов Міжгір’я, де середньорічна швидкість вітру становить 4,8–5,3 м/с, 
така модель дозволяє адекватно оцінити річний виробіток ВЕУ та коефіцієнт 
використання встановленої потужності (ICUF), який за результатами 
моделювання перебуває в межах 30–40%, що відповідає типовим значенням для 
гірських районів [10], [12]. 
Модель фотоелектричної генерації. Потужність фотоелектричного масиву в 
кожен момент часу описується рівнянням: 
 
де PPV,nom – номінальна потужність ФЕМ, кВт; G(t) – поточна сонячна радіація, 
Вт/м²; GSTC = 1000 Вт/м²; γ – температурний коефіцієнт (0,35–0,40%/°C); Tcell – 
температура сонячних елементів. 
Для Закарпаття середньорічна інсоляція 1050–1200 кВт·год/м² забезпечує 
питомий річний виробіток 900–1050 кВт·год/кВт, що підтверджує доцільність 
включення ФЕМ у гібридну систему навіть за гірського рельєфу [4], [12]. 
64 
 
Модель акумуляторної батареї. Динаміка стану заряду акумуляторної 
батареї (SOC) описується співвідношенням: 
 
де Pch, Pdis – потужності заряду та розряду; ηch, ηdis – ККД процесів; CАКБ – 
енергетична ємність батареї. 
Для LiFePO₄-акумуляторів, прийнятих у проєкті, допустима глибина 
розряду становить до 80%, а циклічний ККД перевищує 92%, що істотно впливає 
на зменшення кількості запусків дизель-генератора [1], [2], [10]. 
Баланс потужності гібридної системи. У кожен момент часу виконується 
рівняння енергетичного балансу: 
PW + PPV + PDG + PАКБ = PL, 
де PDG – потужність дизель-генератора; PL – потужність навантаження. 
Дизель-генератор вмикається лише за умови, коли сумарна потужність ВДЕ 
та акумуляторів є недостатньою для покриття навантаження, що відповідає 
стратегії мінімізації споживання пального [7], [12]. 
Сформована математична модель гібридної вітро-сонячно-дизельної 
системи дозволяє комплексно описати режими роботи всіх її складових з 
урахуванням реальних метеорологічних умов смт Міжгір’я та добових профілів 
навантаження. Отримана модель є достатньо універсальною для реалізації в 
спеціалізованих програмних середовищах і слугує базою для імітаційного 
моделювання, розроблення сценаріїв роботи та оптимізації конфігурації системи. 
 
4.2. Розроблення імітаційної моделі в спеціалізованому програмному 
середовищі (наприклад, HOMER) та задання розрахункових сценаріїв  
Для практичної реалізації сформованої математичної моделі гібридної 
вітро-сонячно-дизельної системи автономного енергопостачання було 
використано спеціалізоване програмне середовище HOMER Pro, яке широко 
застосовується для моделювання, оптимізації та техніко-економічного аналізу 
65 
 
автономних і мікромережевих енергосистем. Згідно з сучасними оглядовими 
дослідженнями, HOMER є одним із найбільш поширених інструментів для аналізу 
гібридних систем у віддалених та ізольованих регіонах завдяки можливості 
погодинного балансу енергії, урахування стохастичних метеорологічних чинників 
та багатокритеріальної оптимізації конфігурації системи [3], [10], [12]. 
Основною метою імітаційного моделювання є кількісна оцінка ефективності 
різних конфігурацій гібридної системи для умов смт Міжгір’я, зокрема 
визначення річного виробітку електроенергії, частки відновлюваних джерел у 
енергобалансі, витрат дизельного пального, кількості запусків дизель-генератора 
та показників надійності електропостачання. Імітаційна модель дозволяє також 
перевірити адекватність попередньо обраних параметрів обладнання та виявити 
найбільш раціональні режими його роботи за різних сценаріїв. 
Побудова імітаційної моделі в HOMER Pro. У середовищі HOMER Pro 
гібридна система була представлена у вигляді автономної мікромережі, що 
складається з таких основних компонентів: 
 фотоелектричного масиву; 
 вітроенергетичної установки; 
 дизель-генераторної установки; 
 акумуляторного блоку; 
 інверторно-керуючого обладнання; 
 електричного навантаження. 
Для кожного з компонентів у програмі були задані технічні параметри, що 
відповідають попереднім розрахункам розділу 3. Зокрема, потужність 
фотоелектричного масиву варіювалася в діапазоні 10–25 кВт, вітроустановки – 5–
10 кВт, дизель-генератора – 8–15 кВт, а ємність акумуляторної батареї – 120–240 
кВт·год. Такий підхід дозволив оцінити вплив масштабування кожної складової 
на загальну ефективність системи [5], [7]. 
Метеорологічні дані для моделювання були сформовані на основі 
середньомісячних значень сонячної радіації та швидкості вітру для району 
Міжгір’я. У HOMER ці дані перетворюються у погодинні ряди з використанням 
66 
 
вбудованих стохастичних алгоритмів, що забезпечує адекватне відтворення 
реальних коливань ресурсів протягом року [4], [12]. 
Задання навантаження та режимів роботи. Електричне навантаження 
було задане у вигляді типового добового профілю з вечірнім піком у часовому 
інтервалі 18:00–22:00, характерного для житлово-громадських об’єктів у гірських 
населених пунктах. Середнє добове споживання прийнято на рівні 90 кВт·год, що 
відповідає річному споживанню близько 32–33 МВт·год. Для врахування 
сезонності у зимові місяці навантаження збільшувалося на 20–30%, що 
узгоджується з результатами аналізу, виконаного у розділі 2. 
Алгоритм керування системою було налаштовано за принципом Load 
Following, відповідно до якого дизель-генератор покриває лише дефіцит 
потужності після використання енергії ВДЕ та акумуляторів. Така стратегія 
дозволяє мінімізувати споживання дизельного пального та зменшити кількість 
запусків ДГУ, що підтверджено численними дослідженнями ефективності 
гібридних систем [3], [7], [10]. 
Формування розрахункових сценаріїв. Для аналізу роботи гібридної системи 
було сформовано кілька розрахункових сценаріїв, які відрізнялися 
співвідношенням потужностей основних джерел генерації та ємністю 
акумуляторної батареї. Це дозволило оцінити чутливість показників ефективності 
до структури системи та визначити оптимальну конфігурацію, табл.4.1. 
 
Таблиця 4.1 – Розрахункові сценарії імітаційного моделювання 
Потужність Потужність Ємність АКБ, Потужність 
Сценарій 
ФЕМ, кВт ВЕУ, кВт кВт·год ДГУ, кВт 
S1 15 5 160 10 
S2 20 5 200 10 
S3 15 8 200 12 
S4 20 8 200 12 
S5 20 10 240 15 
67 
 
Для кожного сценарію HOMER виконував погодинний розрахунок 
протягом 8760 годин року, визначаючи виробіток кожного джерела, зарядно-
розрядні цикли акумуляторів, витрати пального та можливі випадки 
недопостачання енергії. Критеріями порівняння сценаріїв слугували: частка ВДЕ 
в енергобалансі, річне споживання дизельного пального та кількість годин роботи 
дизель-генератора. 
Розроблена імітаційна модель у середовищі HOMER Pro забезпечує 
детальне погодинне відтворення роботи гібридної вітро-сонячно-дизельної 
системи для умов смт Міжгір’я. Задання кількох розрахункових сценаріїв 
дозволяє оцінити вплив структури системи на її енергетичну ефективність, 
надійність та залежність від дизельного пального. Отримані результати є основою 
для подальшого аналізу режимів роботи окремих компонентів за змінних 
метеорологічних умов. 
 
4.3. Оцінювання режимів роботи вітротурбін, фотоелектричних 
панелей, дизель-генератора й акумуляторного блоку за різних 
метеорологічних умов 
Оцінювання режимів роботи основних компонентів гібридної вітро-
сонячно-дизельної системи виконано на основі результатів погодинного 
імітаційного моделювання в середовищі HOMER Pro для сформованих у 
підрозділі 4.2 сценаріїв. Аналіз спрямований на визначення реального внеску 
кожного джерела енергії в енергобаланс системи, особливостей їх взаємодії, а 
також впливу метеорологічних умов на стабільність і надійність автономного 
електропостачання, що є критичним для гірських районів Закарпаття [3], [10], 
[12]. 
Моделювання виконувалося з часовим кроком 1 година протягом повного 
календарного року (8760 годин), що дозволило врахувати як добові, так і сезонні 
коливання швидкості вітру, сонячної радіації та електричного навантаження. 
Основну увагу зосереджено на сценаріях S2–S4 як таких, що показали найбільш 
68 
 
збалансоване співвідношення між часткою ВДЕ та витратами дизельного 
пального. 
Режими роботи фотоелектричних панелей. Результати моделювання 
підтвердили, що фотоелектричні панелі є основним джерелом генерації в літній 
період. Для фотоелектричного масиву потужністю 20 кВт середній денний 
виробіток у період з травня по серпень становив 90–115 кВт·год/добу, тоді як у 
зимові місяці (грудень–січень) він знижувався до 15–30 кВт·год/добу. Річний 
коефіцієнт використання встановленої потужності (CUF) фотоелектричних 
панелей перебував у межах 14–17%, що відповідає кліматичним умовам 
Закарпаття та узгоджується з літературними даними [4], [12]. 
Максимальні значення миттєвої потужності ФЕМ спостерігалися у 
часовому інтервалі 11:00–14:00, при цьому надлишок генерації у літній період 
використовувався для заряджання акумуляторної батареї. За результатами 
моделювання, до 35–45% добового виробітку ФЕМ у літні місяці спрямовувалося 
на заряд АКБ, що суттєво зменшувало потребу в роботі дизель-генератора у 
вечірні години. 
Режими роботи вітроенергетичної установки. Вітроенергетична установка 
відіграє ключову роль у покритті навантаження в осінньо-зимовий період. Для 
вітротурбіни потужністю 8 кВт середній річний виробіток становив 15–19 
МВт·год, що відповідало коефіцієнту використання встановленої потужності 30–
35%. Найвищі значення генерації спостерігалися з листопада по березень, коли 
середньомісячна швидкість вітру перевищувала 5,0–5,5 м/с. 
Аналіз погодинних даних показав, що вітроустановка працювала в 
номінальному або близькому до номінального режимі протягом 2200–2600 годин 
на рік, тоді як повна зупинка (швидкість вітру нижче швидкості пуску) 
фіксувалася менш ніж у 18–22% часу. Це підтверджує доцільність використання 
вітроенергетики в гірських районах Закарпаття, де вітровий ресурс має відносно 
стабільний характер у холодний період року [10], [12]. 
Режими роботи акумуляторної батареї. Акумуляторний блок ємністю 200 
кВт·год виконує функцію балансування енергопотоків між ВДЕ та 
69 
 
навантаженням. За результатами моделювання, середній добовий діапазон зміни 
стану заряду (SOC) батареї становив 35–80%, що відповідає рекомендованим 
режимам експлуатації LiFePO₄-акумуляторів [1], [2]. 
Кількість повних еквівалентних циклів заряду-розряду за рік не 
перевищувала 220–260, що забезпечує прогнозований строк служби 
акумуляторного блоку понад 10–12 років без суттєвої деградації ємності. У літній 
період акумулятори працювали переважно в режимі накопичення надлишкової 
сонячної енергії, тоді як узимку – в режимі компенсації короткочасних провалів 
генерації ВЕУ та пікових навантажень у вечірні години. 
Режими роботи дизель-генераторної установки. Дизель-генератор 
потужністю 10–12 кВт у змодельованих сценаріях використовувався як резервне 
джерело енергії. Річна тривалість його роботи становила 900–1300 годин, що 
відповідає 10–15% часу від загальної кількості годин року. Основні періоди 
роботи ДГУ припадали на зимові місяці з тривалими періодами низької інсоляції 
та підвищеним навантаженням. 
Річне споживання дизельного пального за оптимальними сценаріями (S3–
S4) становило 1600–2100 л/рік, що на 45–60% менше порівняно з варіантом 
автономного електропостачання виключно на базі дизель-генератора. Це 
підтверджує ефективність обраної стратегії керування Load Following та 
доцільність високої частки ВДЕ в структурі системи [7], [12]. 
Порівняльна характеристика режимів роботи компонентів наведені в 
табл.4.2. 
 
Таблиця 4.2 – Узагальнені показники режимів роботи компонентів гібридної 
системи 
Показник ФЕМ ВЕУ АКБ ДГУ 
Річний виробіток / 14–18 15–19 220–260 900–1300 
використання МВт·год МВт·год циклів год 
Частка в енергобалансі 40–55 % 30–40 % — 10–15 % 
Основний період роботи Літо Осінь–зима Цілий рік Зима 
Вплив на надійність Високий Високий Дуже високий Резерв 
70 
 
Результати імітаційного моделювання показали, що взаємодія 
фотоелектричних панелей, вітроустановки та акумуляторного блоку забезпечує 
стабільне покриття електричного навантаження в більшості годин року. Дизель-
генератор виконує допоміжну резервну функцію, суттєво зменшуючи залежність 
системи від викопного палива. Отримані режими роботи компонентів є основою 
для кількісного аналізу витрат пального, частки ВДЕ в енергобалансі та 
показників надійності електропостачання. 
 
4.4. Аналіз витрат палива, частки ВДЕ в енергобалансі та показників 
надійності електропостачання 
Одним із ключових завдань імітаційного моделювання гібридної вітро-
сонячно-дизельної системи автономного енергопостачання є кількісна оцінка 
ефективності її функціонування з погляду зменшення споживання викопного 
палива, підвищення частки відновлюваних джерел енергії (ВДЕ) та забезпечення 
надійності електропостачання. Для умов смт Міжгір’я ці показники мають 
принципове значення, оскільки доставка дизельного пального у гірські райони 
пов’язана з високими витратами, а перебої в електропостачанні негативно 
впливають на роботу соціально важливих об’єктів [3], [10], [12]. 
Аналіз виконано за результатами погодинного імітаційного моделювання в 
середовищі HOMER Pro для розрахункових сценаріїв S1–S5 (див. табл. 4.1). 
Основну увагу зосереджено на сценаріях S3 та S4, які забезпечили оптимальне 
співвідношення між енергетичною ефективністю, надійністю та паливною 
економічністю. 
Аналіз витрат дизельного пального. Річні витрати дизельного пального є 
інтегральним показником ефективності гібридної системи. Для базового варіанта 
автономного електропостачання, що ґрунтується виключно на дизель-генераторі 
потужністю 12 кВт, річне споживання пального для покриття навантаження 32–33 
МВт·год/рік становить близько 4200–4800 л/рік, виходячи з питомої витрати 0,28–
0,32 л/кВт·год. 
71 
 
Результати моделювання показали, що у гібридних конфігураціях витрати 
пального істотно зменшуються. Так, для сценарію S3 (ФЕМ 15 кВт, ВЕУ 8 кВт, 
АКБ 200 кВт·год) річне споживання дизельного пального становило ≈1800 л, а 
для сценарію S4 (ФЕМ 20 кВт, ВЕУ 8 кВт, АКБ 200 кВт·год) — ≈1600 л. Це 
відповідає скороченню витрат пального на 57–65% порівняно з дизельною 
схемою. 
Середня тривалість роботи дизель-генератора у цих сценаріях не 
перевищувала 1000–1200 год/рік, що знижує зношування обладнання та витрати 
на технічне обслуговування. Отримані результати узгоджуються з даними 
оглядових досліджень ефективності гібридних систем для ізольованих споживачів 
[7], [12]. 
Частка ВДЕ в енергобалансі системи. Частка відновлюваних джерел енергії 
в загальному енергобалансі є важливим критерієм оцінювання сталості гібридної 
системи. У досліджуваних сценаріях частка ВДЕ визначалась як відношення 
сумарної енергії, виробленої фотоелектричними панелями та вітроустановкою, до 
загального річного електроспоживання: 
fВДЕ = EPV  +EW / Eload. 
За результатами моделювання встановлено, що: 
 для сценарію S2 частка ВДЕ становила ≈68%; 
 для сценарію S3 — ≈78%; 
 для сценарію S4 — ≈85%. 
Найвищі значення частки ВДЕ досягались у літній період, коли до 95–100% 
добового навантаження покривалося за рахунок фотоелектричної генерації та 
акумуляторів. У зимовий період частка ВДЕ знижувалась до 55–65%, однак 
компенсувалася стабільнішою роботою вітроустановки. Такий 
взаємодоповнювальний характер сонячної та вітрової генерації підтверджує 
доцільність саме гібридної конфігурації для гірських регіонів [4], [10]. 
Оцінювання показників надійності електропостачання. Для оцінювання 
надійності електропостачання в HOMER Pro використано показник LPSP (Loss of 
72 
 
Power Supply Probability), який визначає частку енергії, не поставленої 
споживачеві через дефіцит генерації або накопичення: 
 
Для всіх оптимальних сценаріїв (S2–S4) значення LPSP не перевищувало 
0,01–0,02, що відповідає рівню надійності електропостачання 98–99%. У сценарії 
S4, який включає збільшену потужність фотоелектричного масиву, дефіцит 
енергії фіксувався менш ніж у 60–80 годин на рік, переважно під час тривалих 
зимових періодів із низькою інсоляцією та слабким вітром. 
Акумуляторний блок ємністю 200 кВт·год забезпечував 1,5–2 доби 
автономної роботи без залучення дизель-генератора, що суттєво підвищує 
стійкість системи до короткочасних екстремальних метеорологічних умов. Таким 
чином, показники надійності відповідають вимогам до автономних систем 
електропостачання соціально значущих об’єктів, наведеним у сучасних оглядових 
роботах [10], [12]. Узагальнення результатів аналізу наведено в табл.4.3. 
 
Таблиця 4.3 – Основні показники ефективності гібридної системи 
Показник S2 S3 S4 
Річне споживання пального, л ≈2100 ≈1800 ≈1600 
Частка ВДЕ, % 68 78 85 
Години роботи ДГУ, год/рік ≈1300 ≈1100 ≈900 
LPSP 0,02 0,015 0,01 
Надійність електропостачання, % 98 98,5 99 
 
Аналіз результатів імітаційного моделювання показав, що застосування 
гібридної вітро-сонячно-дизельної системи для умов смт Міжгір’я дозволяє 
зменшити річне споживання дизельного пального на 50–65%, забезпечити частку 
відновлюваних джерел енергії на рівні 70–85% та досягти показників надійності 
електропостачання не нижче 98–99%. Отримані результати є підґрунтям для 
73 
 
порівняльного аналізу змодельованих конфігурацій та обґрунтування вибору 
оптимального варіанта гібридної системи, що виконується у підрозділі 4.5. 
 
4.5. Порівняльний аналіз змодельованих конфігурацій гібридної 
системи та обґрунтування вибору оптимального варіанта 
Порівняльний аналіз змодельованих конфігурацій гібридної вітро-сонячно-
дизельної системи виконано з метою вибору оптимального варіанта для 
автономного електропостачання типового споживача в умовах смт Міжгір’я. Як 
критерії оптимальності використано показники, що безпосередньо 
характеризують енергетичну, паливну та експлуатаційну ефективність системи: 
річне споживання дизельного пального, частку відновлюваних джерел енергії 
(ВДЕ) в енергобалансі, показники надійності електропостачання (LPSP), а також 
тривалість роботи дизель-генератора протягом року. Такий підхід відповідає 
сучасним рекомендаціям щодо оптимізації ізольованих гібридних енергосистем 
[3], [5], [10], [12]. 
Для порівняння було відібрано п’ять сценаріїв (S1–S5), які відрізнялися 
співвідношенням потужностей фотоелектричних панелей, вітроустановки та 
ємністю акумуляторної батареї. При цьому всі сценарії забезпечували покриття 
річного електроспоживання на рівні 32–33 МВт·год, що дозволяє коректно 
зіставляти їх за енергетичними та економічними показниками. 
Порівняльна оцінка енергетичної та паливної ефективності. Аналіз 
результатів моделювання показав, що зі збільшенням встановленої потужності 
ВДЕ та ємності акумуляторного блоку спостерігається стійка тенденція до 
зменшення використання дизель-генератора. Так, перехід від сценарію S1 до 
сценарію S4 супроводжується зменшенням річного споживання дизельного 
пального з ≈2400–2600 л до ≈1600 л, тобто майже на 35–40%. Водночас подальше 
збільшення потужності ВДЕ (сценарій S5) призводить до лише незначного 
додаткового скорочення витрат пального (менше 5–7%), що свідчить про 
наближення системи до точки насичення за енергетичним ефектом. 
74 
 
Частка ВДЕ в енергобалансі системи зростала від ≈60–65% у сценарії S1 до 
≈85% у сценарії S4, рис.4.1.  
 
Рисунок 4.1 – Стимуляція вітрової турбіни  
 
Для сценарію S5 цей показник досягав ≈88–90%, однак приріст порівняно зі 
сценарієм S4 був незначним і не компенсував ускладнення структури системи. 
Таким чином, сценарій S4 демонструє оптимальний баланс між високою часткою 
ВДЕ та раціональним використанням резервної дизельної генерації. 
Порівняння показників надійності та режимів роботи. З погляду 
надійності електропостачання всі сценарії, окрім S1, забезпечували значення 
LPSP не вище 0,02, що відповідає рівню надійності 98% і вище. Найкращі 
показники отримано для сценарію S4, де LPSP становив ≈0,01, а кількість годин 
дефіциту енергії не перевищувала 60–80 год/рік. У сценарії S5 цей показник 
зменшувався лише до ≈40–50 год/рік, що з практичного погляду не є критичним 
покращенням для автономного споживача. 
Тривалість роботи дизель-генератора також є важливим експлуатаційним 
параметром. Для сценарію S4 вона становила ≈900 год/рік, тоді як для сценарію 
S5 ≈750–800 год/рік. Зменшення на 100–150 год/рік не є суттєвим з урахуванням 
75 
 
збільшення капітальних витрат на додаткові фотоелектричні панелі та 
акумулятори. Отже, з позиції експлуатаційної доцільності сценарій S4 забезпечує 
достатньо низьке навантаження на дизель-генератор без надмірного ускладнення 
системи. 
Узагальнений порівняльний аналіз сценаріїв. Для наочності основні 
результати порівняння наведено в узагальненому вигляді (табл. 4.4, рис.4.2). 
 
Таблиця 4.4 – Порівняльна характеристика змодельованих конфігурацій 
Показник S2 S3 S4 S5 
Потужність ФЕМ, кВт 20 15 20 20 
Потужність ВЕУ, кВт 5 8 8 10 
Ємність АКБ, кВт·год 200 200 200 240 
Частка ВДЕ, % 68 78 85 88–90 
Споживання пального, л/рік ≈2100 ≈1800 ≈1600 ≈1500 
Години роботи ДГУ, год/рік ≈1300 ≈1100 ≈900 ≈800 
LPSP 0,02 0,015 0,01 <0,01 
 
 
Рисунок 4.2 – Результати розрахунку генерації електроенергії гбридною 
електростанцією: Зелений колір – видобуток електрики дизель-генератором; 
Помаранчевий колір – видобуток електрики вітровою турбіною; Коричневий 
колір – видобуток електрики сонячними панелями 
76 
 
Обґрунтування вибору оптимального варіанта. На основі порівняльного 
аналізу встановлено, що сценарій S4 (фотоелектричний масив 20 кВт, 
вітроустановка 8 кВт, акумуляторна батарея 200 кВт·год, дизель-генератор 12 
кВт) є найбільш збалансованим варіантом для автономного електропостачання 
типового об’єкта в смт Міжгір’я. Ця конфігурація забезпечує: 
 частку відновлюваних джерел енергії на рівні ≈85%; 
 скорочення споживання дизельного пального на ≈60–65% порівняно з 
дизельною схемою; 
 рівень надійності електропостачання ≈99%; 
 помірну тривалість роботи дизель-генератора (≈900 год/рік). 
Подальше нарощування потужності ВДЕ та ємності акумуляторів (сценарій 
S5) дає лише незначне покращення показників ефективності, але супроводжується 
зростанням складності та вартості системи, рис.4.3  
 
Рисунок 4.3 – Графіки місячного виробництва електроенергії вітротурбіною  
 
Тому сценарій S4 доцільно прийняти як оптимальний базовий варіант для 
подальшого техніко-економічного аналізу та практичних рекомендацій щодо 
77 
 
впровадження гібридної вітро-сонячно-дизельної системи автономного 
енергопостачання в гірських громадах Закарпаття. 
 
Висновки до розділу 4 
У результаті математичного та імітаційного моделювання гібридної вітро-
сонячно-дизельної системи для умов смт Міжгір’я встановлено, що погодинне 
моделювання протягом 8760 год/рік у середовищі HOMER Pro дозволяє адекватно 
оцінити режими роботи всіх компонентів системи з урахуванням сезонної та 
добової мінливості метеорологічних умов. Річне електроспоживання типового 
автономного об’єкта прийнято на рівні 32–33 МВт·год, що відповідає реальним 
умовам гірських населених пунктів Закарпаття. 
Аналіз режимів роботи показав, що фотоелектричні панелі потужністю 20 кВт 
забезпечують річний виробіток 14–18 МВт·год, а вітроенергетична установка 
потужністю 8 кВт: 15–19 МВт·год, що разом формує до 85% річного енергобалансу 
системи. Акумуляторний блок ємністю 200 кВт·год працює в рекомендованому 
діапазоні стану заряду 35–80%, забезпечуючи 220–260 еквівалентних циклів на рік і 
автономну роботу системи до 1,5–2 діб без залучення дизель-генератора. 
Встановлено, що для оптимальної конфігурації (сценарій S4) річне 
споживання дизельного пального становить ≈1600 л, що на 60–65% менше 
порівняно з автономною дизельною схемою (4200–4800 л/рік). Тривалість роботи 
дизель-генератора не перевищує ≈900 год/рік, а показник втрати 
електропостачання LPSP ≈ 0,01, що відповідає рівню надійності ≈99 %. 
Порівняльний аналіз змодельованих конфігурацій показав, що подальше 
збільшення потужності відновлюваних джерел і ємності акумуляторів понад 
параметри сценарію S4 знижує витрати пального лише на 5–7% і не дає суттєвого 
покращення показників надійності. Таким чином, конфігурація з 
фотоелектричним масивом 20 кВт, вітроустановкою 8 кВт, акумуляторною 
батареєю 200 кВт·год та дизель-генератором 12 кВт обґрунтовано визначена як 
оптимальна для автономного електропостачання в умовах гірських громад 
Закарпаття. 
78 
 
РОЗДІЛ 5 
ТЕХНІЧНО-ЕКОНОМІЧНА ОЦІНКА ДОЦІЛЬНОСТІ ВПРОВАДЖЕННЯ 
ГІБРИДНОЇ ВІТРО-СОНЯЧНО-ДИЗЕЛЬНОЇ СИСТЕМИ В УМОВАХ 
АВТОНОМНОГО ЕНЕРГОПОСТАЧАННЯ 
 
5.1. Підхід і алгоритм розрахунку техніко-економічних показників для 
автономних гібридних енергосистем 
Техніко-економічна оцінка є ключовим етапом обґрунтування доцільності 
впровадження гібридної вітро-сонячно-дизельної системи автономного 
енергопостачання, оскільки дозволяє комплексно оцінити ефективність 
інвестицій, експлуатаційні витрати та економічні переваги порівняно з 
традиційною дизельною генерацією. Для гірських громад Закарпаття, зокрема смт 
Міжгір’я, така оцінка має особливе значення через високу вартість доставки 
пального, сезонні обмеження транспортної доступності та підвищені вимоги до 
надійності електропостачання соціально важливих об’єктів. 
У даній роботі техніко-економічний аналіз виконано для оптимальної 
конфігурації гібридної системи, визначеної у розділі 4 (сценарій S4), яка включає 
фотоелектричний масив потужністю 20 кВт, вітроенергетичну установку 8 кВт, 
акумуляторний блок ємністю 200 кВт·год та дизель-генератор потужністю 12 кВт. 
Річне електроспоживання автономного об’єкта прийнято на рівні 32–33 МВт·год, 
що відповідає реальним умовам експлуатації в гірських населених пунктах. 
Загальний алгоритм техніко-економічного аналізу. Підхід до оцінювання 
ефективності гібридної системи ґрунтується на поетапному розрахунку таких 
груп показників: 
1. Капітальні інвестиції (CAPEX) – сукупні витрати на придбання та встановлення 
обладнання; 
2. Річні експлуатаційні витрати (OPEX) – витрати на паливо, технічне 
обслуговування, ремонт та експлуатацію; 
3. Приведена собівартість електроенергії (LCOE); 
4. Строк окупності інвестицій (Payback Period); 
79 
 
5. Чутливість економічних показників до зміни ключових факторів. 
Зазначений підхід відповідає сучасним рекомендаціям щодо оцінювання 
автономних гібридних енергосистем, наведеним у роботах [3], [5], [7], [10], [12]. 
Розрахунок капітальних інвестицій. 
Капітальні інвестиції визначаються як сума витрат на основне та допоміжне 
обладнання з урахуванням монтажних і проєктних робіт: 
K = Cобл + Cмон + Cпроєкт + Cлог, 
де Cобл – вартість обладнання (ФЕМ, ВЕУ, АКБ, ДГУ, інвертори), Cмон – монтажні 
та пусконалагоджувальні роботи, Cпроєкт – проєктно-кошторисна документація, 
Cлог – транспортні та логістичні витрати. 
Для умов Закарпаття логістична складова може становити 10–15% від 
вартості обладнання через складний гірський рельєф. За узагальненими 
ринковими даними та результатами моделювання в HOMER Pro сумарні 
капітальні інвестиції для сценарію S4 оцінюються на рівні 55–65 тис. USD 
(еквівалент ≈2,1–2,5 млн грн за поточним курсом), що узгоджується з даними 
аналогічних проєктів автономних гібридних систем [5], [7]. 
Оцінка експлуатаційних витрат. Річні експлуатаційні витрати 
визначаються за формулою: 
OPEX = Cпаливо + CТО  +Cремонт, 
де основною складовою є витрати на дизельне пальне. Для оптимальної 
конфігурації системи річне споживання пального становить ≈1600 л, що за 
середньої ціни 55–60 грн/л відповідає витратам ≈88–96 тис. грн/рік. Для 
порівняння, у дизельній схемі без ВДЕ витрати на паливо перевищують 230–260 
тис. грн/рік, що підтверджує істотний економічний ефект від упровадження 
гібридної системи. 
Витрати на технічне обслуговування та ремонт прийнято на рівні 1,5–2% від 
капітальних інвестицій на рік, що відповідає рекомендаціям виробників 
обладнання та узагальненим даним літератури [10], [12]. 
Показник приведеної собівартості електроенергії. Для комплексної оцінки 
економічної ефективності використовується показник LCOE (Levelized Cost of 
80 
 
Energy), який визначається як відношення сумарних приведених витрат за 
життєвий цикл системи до загального обсягу виробленої електроенергії: 
 
де n – строк експлуатації системи (прийнято 20 років), r – ставка дисконту 
(прийнято 8%), Et – вироблена електроенергія в році t. 
За результатами попередніх розрахунків очікуване значення LCOE для 
гібридної системи становить 0,11–0,14 USD/кВт·год, тоді як для дизельної 
генерації цей показник перевищує 0,25–0,30 USD/кВт·год, що підтверджує 
економічну доцільність гібридної конфігурації [7], [12]. 
Таким чином, сформований підхід і алгоритм техніко-економічного аналізу 
дозволяє комплексно оцінити ефективність гібридної вітро-сонячно-дизельної 
системи для автономного енергопостачання в умовах смт Міжгір’я. Розрахункові 
показники свідчать про істотне зниження експлуатаційних витрат, скорочення 
залежності від дизельного пального та формування передумов для економічно 
обґрунтованого впровадження системи. Отримані результати є основою для 
порівняння рівня приведеної собівартості електроенергії. 
 
5.2. Порівняння рівня приведеної собівартості електроенергії для 
гібридної схеми та класичної дизельної генерації 
Одним із ключових інтегральних показників економічної ефективності 
систем автономного енергопостачання є приведена собівартість електроенергії 
(LCOE), яка дозволяє зіставити різні за структурою та принципом роботи 
енергетичні системи на єдиній економічній основі. На відміну від простого 
порівняння капітальних або експлуатаційних витрат, показник LCOE враховує 
повний життєвий цикл системи, включаючи інвестиційні витрати, витрати на 
паливо, технічне обслуговування, ремонт і заміну компонентів, а також обсяг 
фактично виробленої електроенергії з урахуванням дисконтування [3], [7], [12]. 
81 
 
У даному дослідженні порівняння рівня LCOE виконано для двох сценаріїв 
електропостачання типового автономного об’єкта в смт Міжгір’я: 
 Сценарій D — традиційна система електропостачання на базі дизель-
генераторної установки; 
 Сценарій H — оптимізована гібридна вітро-сонячно-дизельна система 
(конфігурація S4). 
Обидва сценарії розраховувалися для однакового річного 
електроспоживання на рівні ≈32–33 МВт·год, строку експлуатації 20 років та 
ставки дисконту 8%, що відповідає рекомендаціям для техніко-економічного 
аналізу автономних енергосистем [5], [10]. 
Параметри дизельної генерації як базового сценарію. Для сценарію D 
прийнято використання дизель-генератора номінальною потужністю 12–15 кВт, 
що забезпечує покриття пікових навантажень автономного об’єкта. Середня 
питома витрата пального для сучасних ДГУ становить 0,27–0,30 л/кВт·год, що 
узгоджується з експлуатаційними даними для малопотужних автономних 
установок [12]. 
За річного виробітку 32 МВт·год загальне споживання дизельного пального 
становить: 
Vпал ≈ 32 000⋅0,28 = 8 960 л/рік. 
За середньої ціни дизельного пального 55–60 грн/л річні витрати лише на 
паливо досягають ≈490–540 тис. грн/рік, без урахування технічного 
обслуговування та ремонтів. З урахуванням витрат на ТО (≈5–7% від вартості 
обладнання) та амортизації дизельної установки сумарні експлуатаційні витрати 
дизельної схеми перевищують 520–570 тис. грн/рік. 
За результатами розрахунків приведена собівартість електроенергії для 
сценарію D становить: 
LCOED = 0,25–0,30 USD/кВт.год, 
що відповідає значенням, наведеним у міжнародних оглядах автономних 
дизельних систем для віддалених регіонів [7], [12]. 
82 
 
Показники гібридної вітро-сонячно-дизельної системи. Для сценарію H, 
сформованого на основі результатів імітаційного моделювання, частка 
відновлюваних джерел енергії у річному балансі становить ≈65–70%, що суттєво 
знижує потребу в роботі дизель-генератора. Річне споживання пального для 
оптимізованої гібридної системи не перевищує ≈1600–1700 л, тобто скорочується 
більш ніж у 5 разів порівняно з дизельною схемою. 
Річні витрати на дизельне пальне за цих умов становлять ≈90–100 тис. грн, а 
сумарні експлуатаційні витрати з урахуванням технічного обслуговування ФЕМ, 
ВЕУ, акумуляторів та ДГУ ≈120–140 тис. грн/рік. Незважаючи на вищі капітальні 
інвестиції, стабільний річний виробіток електроенергії з ВДЕ та значно менші 
витрати на паливо формують сприятливий економічний ефект протягом усього 
життєвого циклу системи. 
За розрахунками показник LCOE для гібридної системи становить: 
LCO E .
H = 0,11–0,14 USD/кВт год, 
що є типовим для сучасних автономних гібридних енергосистем у гірських і 
важкодоступних районах [3], [5], [10]. 
Порівняльний аналіз результатів. У табл. 5.1 наведено узагальнене 
порівняння основних економічних показників двох сценаріїв електропостачання. 
 
Таблиця 5.1 – Порівняння техніко-економічних показників дизельної та 
гібридної систем 
Показник Дизельна система Гібридна система 
Річне споживання пального, л ≈9000 ≈1600 
Річні витрати на паливо, тис. грн 490–540 90–100 
Частка ВДЕ, % 0 65–70 
Річні експлуатаційні витрати, тис. грн 520–570 120–140 
LCOE, USD/кВт·год 0,25–0,30 0,11–0,14 
 
Аналіз табл. 5.1 свідчить, що впровадження гібридної вітро-сонячно-
дизельної системи дозволяє зменшити приведену собівартість електроенергії 
83 
 
більш ніж у 2 рази порівняно з традиційною дизельною генерацією. Найбільший 
вплив на зниження LCOE мають скорочення витрат на дизельне пальне та 
зменшення кількості годин роботи дизель-генератора, що також позитивно 
впливає на його ресурс і надійність. 
Отримані результати підтверджують, що для умов автономного 
енергопостачання в смт Міжгір’я гібридна вітро-сонячно-дизельна система є 
економічно доцільнішою за класичну дизельну схему. Зменшення LCOE на ≈45–
55%, скорочення споживання пального більш ніж у 5 разів та зниження 
експлуатаційних витрат створюють передумови для відносно швидкої окупності 
інвестицій. Детальний розрахунок капітальних вкладень, експлуатаційних витрат і 
строку окупності проєкту наведено у підрозділі 5.3. 
 
5.3. Визначення обсягу капітальних інвестицій, експлуатаційних витрат 
і розрахунок строку окупності проєкту гібридної вітро-сонячно-дизельної 
системи 
Економічна доцільність впровадження гібридної вітро-сонячно-дизельної 
системи автономного енергопостачання визначається співвідношенням 
початкових капітальних інвестицій, поточних експлуатаційних витрат та 
очікуваної економії коштів протягом строку служби системи. Для умов гірських 
громад Закарпаття, зокрема смт Міжгір’я, ці чинники мають особливе значення 
через складність логістики палива, сезонні обмеження доступу та підвищені 
витрати на обслуговування дизельної генерації [3], [12]. 
У даному підрозділі виконано детальний розрахунок капітальних вкладень 
(CAPEX), річних експлуатаційних витрат (OPEX) та строку окупності (Payback 
Period) оптимізованої гібридної системи, результати якої порівнюються з 
традиційною дизельною схемою електропостачання. 
Капітальні інвестиції у гібридну систему. Капітальні витрати включають 
вартість основних компонентів гібридної системи: вітроенергетичного модуля, 
фотоелектричних панелей, дизель-генераторної установки, акумуляторної батареї, 
інверторно-керувального обладнання та монтажних робіт. Орієнтовні значення 
84 
 
CAPEX прийняті на основі середніх ринкових цін для малих автономних систем 
станом на 2023–2024 рр., що узгоджується з міжнародними дослідженнями [5], 
[7], [10]. 
 
Таблиця 5.2 – Структура капітальних інвестицій гібридної системи 
Потужність / Орієнтовна вартість, 
Компонент 
ємність тис. грн 
Фотоелектричні панелі ≈15 кВт 330 
Вітроустановка ≈10 кВт 420 
Дизель-генератор 12–15 кВт 180 
Акумуляторний блок  
≈60 кВт·год 360 
(Li-ion / AGM) 
Інвертор, контролери, автоматика — 140 
Монтаж і пусконалагоджувальні 
— 90 
роботи 
Разом CAPEX — ≈1520 
 
Таким чином, загальний обсяг капітальних інвестицій для гібридної вітро-
сонячно-дизельної системи становить ≈1,5 млн грн. Для порівняння, початкові 
вкладення у дизельну систему обмежуються лише придбанням генератора і 
допоміжного обладнання та становлять ≈200–250 тис. грн, однак ця перевага 
нівелюється значно вищими експлуатаційними витратами. 
Експлуатаційні витрати та річна економія 
Річні експлуатаційні витрати гібридної системи включають: 
 витрати на дизельне пальне; 
 технічне обслуговування ДГУ; 
 періодичне обслуговування ФЕМ і ВЕУ; 
 деградацію та часткову заміну акумуляторів (амортизаційна складова). 
85 
 
За результатами моделювання та розрахунків (розділ 4) річне споживання 
дизельного пального зменшується з ≈9000 л (дизельна схема) до ≈1600–1700 л у 
гібридній системі. За середньої ціни ≈58 грн/л річні витрати на паливо становлять: 
 дизельна система: ≈520 тис. грн/рік; 
 гібридна система: ≈95 тис. грн/рік. 
З урахуванням інших експлуатаційних витрат загальні річні OPEX 
становлять: 
 ≈550–580 тис. грн/рік для дизельної генерації; 
 ≈130–150 тис. грн/рік для гібридної системи. 
Таким чином, річна економія коштів при використанні гібридної системи 
сягає: 
ΔCрік ≈ 400–430 тис. грн/рік. 
Це значення узгоджується з результатами аналогічних досліджень 
автономних гібридних систем у гірських та віддалених районах [7], [12]. 
Розрахунок строку окупності проєкту. Простий строк окупності (Simple 
Payback Period) визначається як відношення додаткових капітальних інвестицій до 
щорічної економії експлуатаційних витрат: 
Tокуп = CAPEXH – CAPEXD / ΔCрік. 
Підставляючи отримані значення: 
Tокуп = 1,52 − 0,23 / 0,40 ≈ 3,2–3,5 року. 
Отже, навіть за консервативних оцінок строк окупності гібридної вітро-
сонячно-дизельної системи для умов смт Міжгір’я не перевищує 4 років. Після 
цього періоду система забезпечує чисту економію коштів протягом усього 
подальшого строку експлуатації (15–20 років). 
Довгостроковий економічний ефект. За нормативного строку служби 
гібридної системи 20 років сумарна економія коштів на паливі та обслуговуванні 
може перевищити: 
E20 ≈ 20⋅0,4 = 8,0 млн грн. 
86 
 
Навіть з урахуванням заміни акумуляторного блоку (1 раз за цикл 
експлуатації) чистий економічний ефект залишається позитивним і суттєвим. 
Крім прямої фінансової вигоди, досягнуто додаткові переваги у вигляді: 
 зменшення викидів CO₂ на ≈70–75%; 
 підвищення енергетичної незалежності громади; 
 зростання надійності електропостачання в аварійних та зимових умовах [10], 
[12]. 
Результати розрахунків показують, що попри вищі початкові інвестиції, 
гібридна вітро-сонячно-дизельна система для автономного об’єкта в смт Міжгір’я 
є економічно обґрунтованою. Річна економія експлуатаційних витрат становить 
≈400 тис. грн, а строк окупності не перевищує 3–4 років. У довгостроковій 
перспективі (20 років) проєкт забезпечує багатомільйонний економічний ефект і 
створює передумови для сталого розвитку енергетичної інфраструктури гірських 
громад Закарпаття. 
 
5.4. Аналіз чутливості ефективності системи до зміни цін на паливо, 
обладнання та доступних ресурсів 
Ефективність гібридної вітро-сонячно-дизельної системи автономного 
енергопостачання істотно залежить від зовнішніх чинників, які можуть 
змінюватися впродовж строку її експлуатації. До таких чинників належать, 
насамперед, ціна дизельного пального, вартість обладнання відновлюваних 
джерел енергії та систем накопичення, а також фактична доступність вітрового і 
сонячного ресурсів, що зумовлюється клімато-метеорологічними умовами 
регіону. Аналіз чутливості дозволяє оцінити стійкість техніко-економічних 
показників системи до таких змін і визначити граничні умови, за яких проєкт 
залишається економічно доцільним [7], [10], [12]. 
У даному підрозділі виконано сценарний аналіз чутливості строку окупності 
та приведеної собівартості електроенергії до варіацій ключових параметрів для 
умов смт Міжгір’я Закарпатської області. 
87 
 
Вплив зміни ціни дизельного пального. Ціна дизельного пального є 
визначальним фактором для економіки автономних систем, оскільки у віддалених 
гірських районах вона, як правило, на 10–25% вища за середньоринкову через 
логістичні витрати. Базовий сценарій розрахунків у роботі відповідає ціні ≈58 
грн/л, що є типовим значенням для 2024 р. 
Було розглянуто три сценарії: S₁ (оптимістичний): 50 грн/л; 
 S₂ (базовий): 58 грн/л; 
 S₃ (песимістичний): 70 грн/л. 
За результатами розрахунків встановлено, що: 
 при зниженні ціни пального до 50 грн/л строк окупності зростає до ≈4,2 року; 
 за базового сценарію (58 грн/л) строк окупності становить ≈3,3 року; 
 при зростанні ціни до 70 грн/л строк окупності скорочується до ≈2,6 року. 
Таким чином, підвищення ціни дизельного пального робить гібридну 
систему ще більш економічно привабливою, що узгоджується з висновками 
системних оглядів автономних енергосистем [12]. 
Чутливість до вартості обладнання відновлюваних джерел. Другим 
важливим фактором є вартість обладнання фотоелектричних панелей, 
вітроустановок та акумуляторних батарей. Світові тенденції демонструють 
поступове зниження вартості ФЕМ і літій-іонних акумуляторів у середньому на 
3–7% на рік, водночас вітроустановки малої потужності залишаються відносно 
стабільними за ціною [5], [7]. 
У межах аналізу розглянуто варіацію сумарних капітальних витрат ±20% від 
базового значення (≈1,52 млн грн). 
 
Таблиця 5.3 – Чутливість строку окупності до зміни CAPEX 
Зміна CAPEX Загальні інвестиції, млн грн Строк окупності, років 
–20 % 1,22 ≈2,5 
Базове значення 1,52 ≈3,3 
+20 % 1,82 ≈4,1 
 
88 
 
Отримані результати свідчать, що навіть при зростанні вартості обладнання 
на 20% проєкт залишається економічно доцільним із строком окупності менше 4,5 
років, що відповідає прийнятним значенням для інфраструктурних енергетичних 
проєктів [10]. 
Вплив варіацій вітрового та сонячного ресурсу. Метеорологічні умови 
мають безпосередній вплив на частку відновлюваних джерел у річному 
енергобалансі. Для смт Міжгір’я базові розрахунки виконано за середньорічної 
швидкості вітру 4,2–4,5 м/с та сумарної сонячної радіації ≈1150–1200 
кВт·год/м²·рік. 
Розглянуто сценарії з відхиленням ресурсу ±15%: 
 зменшення ресурсу призводить до зниження частки ВДЕ з ≈85% до ≈70–72%; 
 відповідно, річне споживання дизельного пального зростає до ≈2300–2500 
л/рік; 
 строк окупності у цьому випадку збільшується до ≈4,0 року. 
За сприятливіших умов (підвищення ресурсу на ≈10–15 %) частка ВДЕ 
зростає до ≈90 %, а строк окупності скорочується до ≈2,8 року. Подібна 
чутливість до кліматичних факторів є типовою для автономних гібридних систем 
і відзначається у працях [3], [7]. 
Стійкість системи до комбінованих негативних факторів 
Найбільш несприятливий сценарій поєднує: 
 зростання CAPEX на +20%; 
 зниження вітро-сонячного ресурсу на –15%; 
 збереження базової ціни пального. 
Навіть у цьому випадку строк окупності не перевищує ≈4,8 року, а 
приведена собівартість електроенергії залишається на 25–30% нижчою, ніж у 
дизельній схемі. Це свідчить про високу економічну стійкість гібридної вітро-
сонячно-дизельної системи до зовнішніх ризиків [5], [10]. 
Проведений аналіз чутливості показав, що економічна ефективність 
гібридної вітро-сонячно-дизельної системи для умов смт Міжгір’я зберігається в 
широкому діапазоні зміни ключових параметрів. Строк окупності проєкту 
89 
 
варіюється в межах ≈2,5–4,5 року, що є прийнятним для автономних 
енергетичних рішень. Найбільший вплив на ефективність має ціна дизельного 
пального, тоді як зміни вартості обладнання та природних ресурсів не призводять 
до втрати економічної доцільності проєкту. Це підтверджує обґрунтованість 
впровадження гібридних систем як надійного та фінансово стійкого рішення для 
відокремлених енергетичних зон Закарпаття. 
 
5.5. Прикладні рекомендації з упровадження гібридних вітро-сонячно-
дизельних систем у відокремлених енергетичних зонах 
Результати техніко-економічного аналізу та імітаційного моделювання 
свідчать, що гібридні вітро-сонячно-дизельні системи є доцільним і надійним 
рішенням для автономного електропостачання відокремлених населених пунктів 
гірських районів Закарпаття, зокрема смт Міжгір’я. Для практичного 
впровадження таких систем доцільно дотримуватися низки рекомендацій, що 
охоплюють етапи проєктування, вибору обладнання, експлуатації та інтеграції у 
місцеву енергетичну інфраструктуру [3], [10], [12]. 
Рекомендації щодо вибору конфігурації та обладнання. Для автономних 
споживачів з річним електроспоживанням 30–35 МВт·год оптимальною є 
гібридна система з часткою відновлюваних джерел не менше 80–85%. За 
результатами розрахунків доцільно рекомендувати таку типовий склад системи: 
 фотоелектричні панелі встановленою потужністю иииии; 
 вітроенергетичну установку потужністю 8–10 кВт, змонтовану на щоглі 
висотою 18–24 м; 
 акумуляторний блок ємністю 60–80 кВт·год, що забезпечує автономність 
упродовж 1–2 діб; 
 дизель-генератор потужністю 12–15 кВт як резервне джерело живлення. 
Такий склад забезпечує оптимальний баланс між надійністю, вартістю та 
ефективністю використання місцевих енергетичних ресурсів, що підтверджується 
результатами моделювання та узагальненням міжнародного досвіду [5], [7]. 
90 
 
Рекомендації щодо розміщення та експлуатації. В умовах гірського рельєфу 
Закарпаття розміщення обладнання має критичне значення. Фотоелектричні 
модулі доцільно орієнтувати на південь із кутом нахилу 30–35°, що забезпечує 
максимальний річний виробіток електроенергії. Вітроустановки необхідно 
розміщувати на відкритих підвищеннях або гребенях із мінімальними 
перешкодами, дотримуючись відстані до будівель не менше 10–15 висот опори. 
З експлуатаційної точки зору рекомендується: 
 використовувати пріоритетне живлення від ВДЕ з мін.залученням дизель-генератора; 
 обмежувати глибину розряду акумуляторів до 70–75%, що подовжує строк служби; 
 виконувати профілактичне технічне обслуговування дизель-генератора не 
рідше 1 разу на 6 місяців, навіть за рідкісного використання. 
Дотримання цих умов дозволяє зменшити експлуатаційні витрати та 
забезпечити стабільну роботу системи протягом усього життєвого циклу [1], [2]. 
Організаційно-економічні рекомендації для громад. Для органів місцевого 
самоврядування та операторів автономних об’єктів доцільно впроваджувати 
гібридні системи поетапно: 
1. Пілотний проєкт на одному соціально важливому об’єкті (амбулаторія, школа, 
пункт зв’язку). 
2. Масштабування рішення на групу споживачів або мікромережу. 
3. Інтеграція з програмами енергоефективності та резервного живлення.  
За результатами дослідження, впровадження гібридної системи дозволяє 
скоротити витрати на електропостачання на ≈60–70% порівняно з дизельною 
схемою та забезпечити строк окупності 3–4 роки. Це робить такі проєкти 
привабливими для залучення грантового фінансування, програм регіонального 
розвитку та механізмів державно-приватного партнерства [10], [12]. 
Таким чином, гібридні вітро-сонячно-дизельні системи є практично 
реалізованим, економічно доцільним та технологічно зрілим рішенням для 
автономного електропостачання гірських районів Закарпаття. Запропоновані 
рекомендації щодо конфігурації, розміщення та експлуатації обладнання 
дозволяють адаптувати систему до місцевих умов, зменшити споживання 
дизельного пального більш ніж у 2,5 раза та забезпечити високий рівень 
енергетичної безпеки для відокремлених громад. 
91 
 
ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ 
 
Результати техніко-економічного аналізу та імітаційного моделювання 
свідчать, що гібридні вітро-сонячно-дизельні системи є доцільним і надійним 
рішенням для автономного електропостачання відокремлених населених пунктів 
гірських районів Закарпаття, зокрема смт Міжгір’я. Для практичного 
впровадження таких систем доцільно дотримуватися низки рекомендацій, що 
охоплюють етапи проєктування, вибору обладнання, експлуатації та інтеграції у 
місцеву енергетичну інфраструктуру [3], [10], [12]. 
Для автономних споживачів з річним електроспоживанням 30–35 МВт·год 
оптимальною є гібридна система з часткою відновлюваних джерел не менше 80–
85 %. За результатами розрахунків доцільно рекомендувати таку типовий склад 
системи: фотоелектричні панелі встановленою потужністю 15–20 кВт;  
вітроенергетичну установку потужністю 8–10 кВт, змонтовану на щоглі висотою 
18–24 м; акумуляторний блок ємністю 60–80 кВт·год, що забезпечує автономність 
упродовж 1–2 діб; дизель-генератор потужністю 12–15 кВт як резервне джерело 
живлення. 
Такий склад забезпечує оптимальний баланс між надійністю, вартістю та 
ефективністю використання місцевих енергетичних ресурсів, що підтверджується 
результатами моделювання та узагальненням міжнародного досвіду [5], [7]. 
 умовах гірського рельєфу Закарпаття розміщення обладнання має критичне 
значення. Фотоелектричні модулі доцільно орієнтувати на південь із кутом 
нахилу 30–35°, що забезпечує максимальний річний виробіток електроенергії. 
Вітроустановки необхідно розміщувати на відкритих підвищеннях або гребенях із 
мінімальними перешкодами, дотримуючись відстані до будівель не менше 10–15 
висот опори. 
З експлуатаційної точки зору рекомендується: 
 використовувати пріоритетне живлення від ВДЕ з мінімальним залученням 
дизель-генератора; 
92 
 
 обмежувати глибину розряду акумуляторів до 70–75%, що подовжує строк їх 
служби; 
 виконувати профілактичне технічне обслуговування дизель-генератора не 
рідше 1 разу на 6 місяців, навіть за рідкісного використання. 
Дотримання цих умов дозволяє зменшити експлуатаційні витрати та 
забезпечити стабільну роботу системи протягом усього життєвого циклу [1], [2]. 
Організаційно-економічні рекомендації для громад. Для органів місцевого 
самоврядування та операторів автономних об’єктів доцільно впроваджувати 
гібридні системи поетапно: 
За результатами дослідження, впровадження гібридної системи дозволяє 
скоротити витрати на електропостачання на ≈60–70% порівняно з дизельною 
схемою та забезпечити строк окупності 3–4 роки. Це робить такі проєкти 
привабливими для залучення грантового фінансування, програм регіонального 
розвитку та механізмів державно-приватного партнерства [10], [12]. 
Таким чином, гібридні вітро-сонячно-дизельні системи є практично 
реалізованим, економічно доцільним та технологічно зрілим рішенням для 
автономного електропостачання гірських районів Закарпаття. Запропоновані 
рекомендації щодо конфігурації, розміщення та експлуатації обладнання 
дозволяють адаптувати систему до місцевих умов, зменшити споживання 
дизельного пального більш ніж у 2,5 раза та забезпечити високий рівень 
енергетичної безпеки для відокремлених громад. 
  
93 
 
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ  
 
1. Juanico, D. E. O. (2024). Revitalizing lead-acid battery technology: A 
comprehensive review on material and operation-based interventions with a novel 
sound-assisted charging method. Frontiers in Batteries and Electrochemistry, 2, 
1268412.    
2. Hildebrand, S., Schimpe, M., Petzl, M., Rahn, M., & Sturm, S. (2023). Overview of 
battery safety tests in standards for stationary lead-acid and lithium batteries. Joint 
Research Centre, European Commission. 
3. Zebra, E. I. C., van der Windt, H. J., Nhumaio, G., & Faaij, A. P. C. (2021). A 
review of hybrid renewable energy systems in mini-grids for off-grid electrification 
in developing countries. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 144, 111036.  
4. Hassan, Q., Algburi, S., Sameen, A. Z., Salman, H. M., & Jaszczur, M. (2023). A 
review of hybrid renewable energy systems: Solar and wind-powered solutions—
Challenges, opportunities, and policy implications. Results in Engineering, 20, 
101621. 
5. Alhousni, M. M., Alsharafi, A. S., & Khan, M. E. (2025). Review of optimal design 
and enhanced hybrid energy systems. Energies, 18(21), 5652. 
6. Kilinc-Ata, N., & Proskuryakova, L. N. (2025). Modeling hybrid renewable 
microgrids in remote northern regions: A comparative simulation study. Energies, 
18(21), 5827. https://doi.org/10.3390/en18215827 
7. Roy, D., Bhowmik, M., & Roskilly, A. P. (2024). Technoeconomic and 
environmental analyses of hybrid renewable energy systems for a remote location 
employing machine learning models. Applied Energy, 361, 122884. 
8. Roy, D., Bhowmik, M., & Roskilly, A. P. (2024). Technoeconomic, environmental 
and multicriteria decision making investigations for optimisation of off-grid hybrid 
renewable energy system with green hydrogen production. Journal of Cleaner 
Production, 443, 141033. 
94 
 
9. Maoulida, M. H., Bounasla, T., Adelard, L., Mirzaei, P. A., & Souayfane, F. (2025). 
Optimization study of the electrical microgrid for a hybrid PV–wind–diesel–storage 
system in an island environment. Solar, 5(2), 67.  
10. Ghahramani, M., Hamian, M., Shafie-khah, M., Asadolahi, H., & Siano, P. (2025). 
Renewable-based isolated power systems: A review of optimal design, reliability 
analysis, and energy management perspectives. Clean Technologies, 7(3), 80.  
11. Drici, M., Houabes, M., Salawudeen, A. T., & Bahri, M. (2025). Optimizing hybrid 
renewable energy systems for isolated applications: A modified smell agent 
approach. Eng, 6(6), 120. https://doi.org/10.3390/eng6060120 
12. Thango, B. A., & Obokoh, L. (2024). Techno-economic analysis of hybrid 
renewable energy systems for power interruptions: A systematic review. Eng, 5(6), 
2108–2156. 
95 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ДОДАТКИ 
96
ChSTU repository

ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets
