Techno-Economic Feasibility and Self-Recovery Model for Solar Energy Transition: A Case Study of Red Sea University, Sudan
نموذج الجدوى الفنية والاقتصادية والاسترداد الذاتي للتحول إلى الطاقة الشمسية: دراسة حالة جامعة البحر الأحمر، السودان
Musab Mohamedahmed Fadul ¹, Abdalla Eissa Abdelkarim², Mohamed Mubarak Yousif³
¹ M.Sc. Candidate, Faculty of Engineering, Red Sea University, Sudan
² Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, Red Sea University, Sudan
³ Assistant Professor, Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Red Sea University,
DOI: https://doi.org/10.53796/hnsj75/43
Arabic Scientific Research Identifier: https://arsri.org/10000/75/43
Volume (7) Issue (5). Pages: 802 - 807
Received at: 2026-04-15 | Accepted at: 2026-04-22 | Published at: 2026-05-01
Abstract: Higher education institutions in developing regions increasingly face operational and financial challenges caused by unreliable electricity grids, fuel supply disruptions, and rising fossil-fuel costs. This study examines the techno-economic feasibility of replacing diesel-based power generation with optimized hybrid solar photovoltaic systems at Red Sea University in Port Sudan, Sudan. Using the College of Engineering as a representative technical model, the study conducted an appliance-level load audit and applied a diversity factor to distinguish between theoretical peak demand and realistic daily energy consumption. The analysis reduced the estimated maximum daily load from 622 kWh/day to a calibrated operational baseline of 84.3 kWh/day per functional unit. Based on this profile, the proposed system for each unit consists of a 20 kWp photovoltaic array, a 15-kW hybrid inverter, and a 45 kWh LiFePO₄ battery bank. The financial analysis demonstrates strong economic viability, with an estimated capital cost of 25.9 million SDG per unit and a university-wide investment of 466.4 million SDG for 18 units. At the current local fuel price of 6,880 SDG per liter, the project is projected to achieve a simple payback period of approximately 2.5 months and a first-year return on investment of about 378%. Sensitivity analysis confirms that the model remains financially feasible even under a 50% reduction in fuel prices, maintaining a payback period of about five months. Environmentally, full implementation would eliminate the consumption of more than 328,000 liters of diesel annually and reduce carbon emissions by approximately 820 tons of CO₂ per year. The study concludes that an empirically calibrated hybrid solar transition offers a technically reliable, financially self-recovering, and environmentally sustainable model for university energy infrastructure in resource-constrained contexts.
Keywords: : Solar Energy Transition, Techno-Economic Feasibility, Hybrid PV System, Energy Management, Higher Education Institutions, Diesel Replacement, Sudan.
المستخلص: تواجه مؤسسات التعليم العالي في المناطق النامية تحديات تشغيلية ومالية متزايدة نتيجة عدم استقرار شبكات الكهرباء، واضطرابات إمدادات الوقود، وارتفاع تكاليف الوقود الأحفوري. تبحث هذه الدراسة الجدوى الفنية والاقتصادية لاستبدال أنظمة توليد الطاقة المعتمدة على الديزل بأنظمة شمسية هجينة محسّنة تعمل بالخلايا الكهروضوئية في جامعة البحر الأحمر بمدينة بورتسودان، السودان. وباستخدام كلية الهندسة نموذجًا فنيًا ممثلًا، أجرت الدراسة تدقيقًا تفصيليًا للأحمال على مستوى الأجهزة، وطبّقت معامل تنوع للتمييز بين الطلب النظري الأقصى والاستهلاك اليومي الواقعي للطاقة. وقد خفّض التحليل تقدير الحمل اليومي الأقصى من 622 كيلوواط/ساعة يوميًا إلى خط أساس تشغيلي مُعاير قدره 84.3 كيلوواط/ساعة يوميًا لكل وحدة وظيفية. وبناءً على هذا الملف التشغيلي، يتكون النظام المقترح لكل وحدة من مصفوفة ألواح كهروضوئية بقدرة 20 كيلوواط ذروة، وعاكس هجين بقدرة 15 كيلوواط، وبنك بطاريات ليثيوم فوسفات الحديد بسعة 45 كيلوواط/ساعة. وتُظهر نتائج التحليل المالي جدوى اقتصادية قوية، إذ تُقدَّر التكلفة الرأسمالية بنحو 25.9 مليون جنيه سوداني لكل وحدة، وباستثمار كلي على مستوى الجامعة قدره 466.4 مليون جنيه سوداني لعدد 18 وحدة. وعند سعر الوقود المحلي الحالي البالغ 6,880 جنيهًا سودانيًا للتر، يُتوقع أن يحقق المشروع فترة استرداد بسيطة تبلغ نحو 2.5 شهر، وعائدًا على الاستثمار في السنة الأولى يقارب 378%. كما تؤكد نتائج تحليل الحساسية أن النموذج يظل مجديًا ماليًا حتى في حال انخفاض أسعار الوقود بنسبة 50%، مع بقاء فترة الاسترداد في حدود خمسة أشهر تقريبًا. وبيئيًا، سيؤدي التنفيذ الكامل للمشروع إلى الاستغناء عن استهلاك أكثر من 328,000 لتر من الديزل سنويًا، وخفض انبعاثات الكربون بنحو 820 طنًا من ثاني أكسيد الكربون سنويًا. وتخلص الدراسة إلى أن التحول إلى نظام شمسي هجين قائم على معايرة تجريبية دقيقة يمثل نموذجًا موثوقًا فنيًا، وقابلًا للاسترداد المالي الذاتي، ومستدامًا بيئيًا لتطوير البنية التحتية للطاقة في الجامعات ضمن البيئات محدودة الموارد.
الكلمات المفتاحية: التحول إلى الطاقة الشمسية، الجدوى الفنية والاقتصادية، النظام الكهروضوئي الهجين، إدارة الطاقة، مؤسسات التعليم العالي، استبدال الديزل، السودان.
Arabic 
English