Techno-Economic and Environmental Assessment of Residential Backup Power Options: Diesel Generator, UPS, and Solar PV

Author

Sirjan University of Technology

Abstract
The increasing energy imbalance and widespread power outages have transformed energy supply management in urban spaces into a serious environmental and infrastructural challenge. This research aims to provide a comprehensive technical, economic, and environmental assessment of three key solutions for emergency power supply (including UPS, generator sets, and photovoltaic solar systems) across three different levels of urban household consumption (high, medium, and low). The methodology involved collecting data based on current domestic market prices and real technical information extracted from field sources. The study utilized the Total Cost of Ownership (TCO) model and Net Present Value (NPV) analysis over a 15-year period, incorporating the effects of inflation and the discount rate, to quantitatively assess all lifecycle costs. Furthermore, the consequences of noise pollution and pollutant gas emissions from generators were considered in the analysis as critical variables affecting urban quality of life and environmental crisis management. The research findings indicated that although, in the high consumption scenario, gasoline generators (Generator Set) are considered the most economical short-term option due to their low initial investment, photovoltaic solar systems, despite their higher upfront cost, offer long-term economic savings in addition to the complete elimination of local pollutants and noise pollution in the urban environment. These findings underscore the necessity of urban policies to encourage and guide the use of clean technologies for energy sustainability in residential areas.

Keywords


.1Zamanipour, B., et al., Electricity supply and demand dynamics in Iran considering climate change-induced stresses. Energy, 2023. 263: p. 126118. https://doi.org/10.1016/j.energy.2022.126118
2.Shokri, U., IRAN’S ENERGY CRISIS: IMPACTS AND CHALLENGES FOR NATIONAL SECURITY. JOURNAL FOR IRANIAN STUDIES, 2024. 9(21): p. 21.
3.Jafari, A., et al., A fair electricity market strategy for energy management and reliability enhancement of islanded multi-microgrids. Applied Energy, 2020. 270: p. 115170. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2020.115170
4.Saifoddin, A.A. and K.S. Vedadi, The 2030 EU Energy Strategy and Iran's Energy Demand Security. 2019.
5.Nafisi, A., et al., Economic and emission analysis of running emergency generators in the presence of demand response programs. Energy, 2022. 255: p. 124529. https://doi.org/10.1016/j.energy.2022.124529.
6.مسعود میرزرگر، “طراحی و ساخت UPS شامل:اینورتر 2kW، شارژر 110W و سوئیچ استاتیک،” ایران، مراکز جهاد دانشگاهی، اسفند 1379. [Online]. Available: https://sid.ir/paper/789768/fa
7.Østergaard, P.A., et al., Renewable energy for sustainable development. Renewable energy, 2022. 199: p. 1145-1152. https://doi.org/10.1016/j.renene.2022.09.023.
8.Bakhshi-Jafarabadi, R. and A. Keramatpour. Economic assessment of residential hybrid photovoltaic-battery energy storage system in Iran. in 2022 9th Iranian Conference on Renewable Energy & Distributed Generation (ICREDG). 2022. IEEE. https://doi.org/10.1109/ICREDG55160.2022.9830501
9.Zakeri, B., et al., Policy options for enhancing economic profitability of residential solar photovoltaic with battery energy storage. Applied Energy, 2021. 290: p. 116697 https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2021.116697.
10. صادقی، بررسی فنی و اقتصادی استفاده از سیستم ترکیبی فوتوولتاییک خورشیدی/زباله سوز/سیکل رانکین نیروگاهی برای تولید الکتریسیته در کرمان. فصلنامه علمی مدیریت محیط زیست شهری، 2023. 1(1): p. 57-68.
11. اکبری، تأثیر قانون هدفمندسازی یارانه‌ها بر مصرف انرژی خانوار (مطالعه موردی: شهر اصفهان). پژوهشنامه اقتصاد انرژی ایران، 2014. 3(11): p. 66-29.
12. عادلی، م.، س. فر، و قزلباش، ارزیابی اقتصادی استفاده از انرژی برق خورشیدی (فتوولتائیک) و برق فسیلی در مصارف خانگی (مطالعه موردی مجتمع سه واحدی در شهرستان مشهد). سیاست گذاری اقتصادی، 2014. 6(11): p. 123-147.
13. یوسفی، قدوسی‌نژاد و نوراللهی، بررسی اثر روش‌های تعرفه‌بندی ثابت و پلکانی برق بر توجیه‌پذیری اقتصادی سیستم‌های برق خورشیدی خانگی. مجله مهندسی برق دانشگاه تبریز، 2018. 48(2): p. 943-950.
14. اسمعیل، ا. و ق.ز.ا.ب. مهدی، ارزیابی اقتصادی برق خورشیدی (فتوولتائیک) بر اساس فضای موجود در ساختمان در اقلیم های مختلف آب و هوایی ایران. 2022.
15. بانشی، مدل‌سازی دینامیک سیستم‌های فتوولتائیک متصل به شبکه و ارزیابی فنی-اقتصادی آن‌ها تحت سناریوهای مختلف در بخش خانگی چند شهر بزرگ ایران. مهندسی و مدیریت انرژی، 2023. 11(1): p. 62-75.
16.Mehrpooya, M., M. Mohammadi, and E. Ahmadi, Techno-economic-environmental study of hybrid power supply system: A case study in Iran. Sustainable Energy Technologies and Assessments, 2018. 25: p. 1-10. https://doi.org/10.1016/j.seta.2017.11.002
17.Abnavi, M.D., et al., Techno‐economic feasibility analysis of stand‐alone hybrid wind/photovoltaic/diesel/battery system for the electrification of remote rural areas: Case study Persian Gulf Coast‐Iran. Environmental Progress & Sustainable Energy, 2019. 38(5): p. 13172 https://doi.org/10.1002/ep.13172.
18.Ghasemi, A., et al., Techno-economic analysis of stand-alone hybrid photovoltaic–diesel–battery systems for rural electrification in eastern part of Iran—A step toward sustainable rural development. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2013. 28: p. 456-462 https://doi.org/10.1016/j.rser.2013.08.026.
19.شهرکی شهدآبادی، رضا و خلیفه قادری، حامد و کیانی، سعید،1404، تحلیل فنی-اقتصادی و زیست محیطی سیستم خورشیدی-باتری به عنوان راهکاری پایدار جهت تأمین برق اضطراری تجهیزات صنعتی،دومین کنفرانس بین المللی برق، مکانیک، فناوری اطلاعات و کامپیوتر در علوم مهندسی،https://civilica.com/doc/2319813
20.Jahed, A., A. Abbaspour, and A. Ahmadi, Techno-economic analysis of off-grid hybrid wind-photovoltaic-battery power system by analyzing different batteries for the industrial plant in Shiraz Industrial Town, Iran. Science Progress, 2024. 107(3): p. 00368504241265003 https://doi.org/10.1177/00368504241265003
21.Zhang, W., et al., Discrete optimization algorithm for optimal design of a solar/wind/battery hybrid energy conversion scheme. International Journal of Low-Carbon Technologies, 2021. 16(2): p. 326-340. https://doi.org/10.1093/ijlct/ctaa063
22. اسد، ب. و فتاحی، اولویت‌بندی انرژی‌های نو بر اساس جنبه‏ های فنی، اقتصادی و زیست‌محیطی با استفاده از روش فرآیند تحلیل سلسله مراتبی. فصلنامه مدیریت شهری و مهندسی محیط زیست، 2024. 2(3): p. 28-42.
23.R. A. Messenger, Photovoltaic systems engineering. Boca Raton, FL, USA: CRC Press, 2018.
24. خبرگزاری ایسنا. (۲۳ اردیبهشت ۱۴۰۴) .ترویج کولرگازی؛ چالش‌هایی که نمی‌بینیم! . تاریخ دسترسی: ۲۹ آبان ۱۴۰۴. آنلاین:[ https://www.isna.ir/news/1404022317027/ ترویج-کولرگازی-چالش-هایی-که-نمی-بینیم [
25. م. ح. جهانگیر، ا. توپ‌شکن، و ا. کارگرزاده، "یارانه منصفانه سیستم فوتوولتاییک و باتری خانگی متصل به شبکه برق سراسری با توجه به پیک بار شبکه شهری . " اقتصاد و برنامه‌ریزی شهری، جلد ۳، شماره ۱، صص. ۱۱۵، ۱۴۰۱.

7- فهرست مراجع وب‌سایت‌ها و کاتالوگ‌های آنلاین

1)         آریا نوین پارسه. (بی‌تا). قیمت تجهیزات. آنلاین. [تاریخ دسترسی: ۱۰ مهر ۱۴۰۴]. www.aryanovinparse.ir
2)         ماهر انرژی. (بی‌تا). قیمت تجهیزات. آنلاین. [تاریخ دسترسی: ۱۲ مهر ۱۴۰۴]. www.maher.ir
3)         مانا سازان. (بی‌تا). قیمت تجهیزات. آنلاین. [تاریخ دسترسی: ۱۴ مهر ۱۴۰۴]. www.manasazan.ir
4)         کیان باتری. (بی‌تا). قیمت تجهیزات. آنلاین. [تاریخ دسترسی: ۱۶ مهر ۱۴۰۴]. www.kianbattery.com
5)         گرین پاور. (بی‌تا). قیمت موتوربرق. آنلاین. [تاریخ دسترسی: ۱ مهر ۱۴۰۴]. www.greenpower.com
6)         فروشگاه لونچین. (بی‌تا). قیمت موتوربرق. آنلاین. [تاریخ دسترسی: ۳ مهر ۱۴۰۴]. www.loncin.shop
7)         آبیاران. (بی‌تا). قیمت موتوربرق. آنلاین. [تاریخ دسترسی: ۵ مهر ۱۴۰۴]. www.abyaran.com
8)         موتور برق شاپ. (بی‌تا). قیمت موتوربرق. آنلاین. [تاریخ دسترسی: ۷ مهر ۱۴۰۴]. www.motorbargh.shop
9)         رابین ماشین. (بی‌تا). قیمت موتوربرق. آنلاین. [تاریخ دسترسی: ۹ مهر ۱۴۰۴]. www.robinmashin.com
10)     فامکو. (بی‌تا). قیمت موتوربرق. آنلاین. [تاریخ دسترسی: ۱۸ مهر ۱۴۰۴]. www.famcocorp.com
11)     کیچک شاپ. (بی‌تا). قیمت موتوربرق. آنلاین. [تاریخ دسترسی: ۲۰ مهر ۱۴۰۴]. www.kichakshop.com
12)     بهراد. (بی‌تا). نرم افزار انتخاب UPS. آنلاین. [تاریخ دسترسی: ۲۲ مهر ۱۴۰۴]. www.behrad.co
13)     هووانیا. (بی‌تا). قیمت UPS. آنلاین. [تاریخ دسترسی: ۲۴ مهر ۱۴۰۴]. www.hovania.com
14)     فالنیک. (بی‌تا). قیمت UPS. آنلاین. [تاریخ دسترسی: ۲۶ مهر ۱۴۰۴]. www.falnic.com
15)     آرتا الکتریک. (بی‌تا). قیمت UPS. آنلاین. [تاریخ دسترسی: ۲۸ مهر ۱۴۰۴]. www.artaelectric.ir
16)     سیماران چند. (بی‌تا). قیمت UPS. آنلاین. [تاریخ دسترسی: ۲۹ مهر ۱۴۰۴]. www.simaranchand.com
17)     نووانیا. (بی‌تا). قیمت UPS. آنلاین. [تاریخ دسترسی: ۳۰ مهر ۱۴۰۴]. www.novania.ir

  • Receive Date 23 December 2025
  • Revise Date 02 February 2026
  • Accept Date 21 February 2026
  • First Publish Date 21 March 2026
  • Publish Date 21 March 2026