Business cases for microgrids in Africa - An application study for Rukara, Rwanda

El presente trabajo de fin de master se centra en el diseno de una microgrid con una instalacion fotovoltaica off-grid para dotar de electricidad a una futura escuela para la asociacion Mil Colinas. Mil Colinas es una ONG de cooperacion internacional fundada en 2011 para luchar contra las desigualdades sociales entre los paises norte-sur. Mil Colinas lleva a cabo un proyecto educativo en Rukara, Ruanda, que cuenta con tres educadores nativos y casi 200 ninos y jovenes y sus respectivas familias. El proyecto ha crecido muy rapido y se preve su continuo aumento en un futuro proximo, por lo que surge la necesidad de tener una escuela propia en la que se pueda garantizar una educacion de calidad. El pasado verano (2015), se acudio a Rukara para la toma de medidas in-situ asi como la compra del terreno de la futura escuela. El presente proyecto plantea el uso de la energia solar fotovoltaica como unica fuente de alimentacion electrica a la escuela. Durante ese periodo, varias instalaciones fueron visitadas (principalmente escuelas ruandesas y el centro de salud del pueblo de Rukara). Algunas de estas instalaciones ya cuentan con suministro electrico proveniente de paneles fotovoltaicos. Tambien se tuvieron reuniones con empresas claves en el sector de las energias renovables en Africa Central, como Mobisol asi como con instaladores de paneles fotovoltaicos en Ruanda. Ademas, se estuvo en contacto directo tanto con los educadores como con los ninos y jovenes que forman parte de Mil Colinas para conocer sus deseos y necesidades para la futura escuela. Una vez recogidos los datos pertinentes de este pais africano, es necesario comenzar el dimensionamiento de una microgrid (off-grid) para abastecer de energia electrica el proyecto. Esta red proporcionara la energia necesaria para el alumbrado y la conexion de los ordenadores principalmente ademas de dispositivos eventuales como proyectores e impresora. Todos los componentes que forman parte de la instalacion fotovoltaica, se escogen cuidadosamente teniendo en cuenta factores como la disponibilidad en la zona, fiabilidad del producto, coste del mismo y vida util. Inicialmente es necesario realizar una estimacion del consumo energetico diario para realizar diversas hipotesis acerca de la radiacion solar de la zona. Existen datos historicos sobre la radiacion solar media mensual en esta area, pero se necesitan datos mas precisos ya que no todos los dias son climatologicamente identicos. A raiz de estas hipotesis, es posible realizar diversas simulaciones con ayuda del software Python con el fin de mostrar el nivel de carga de las baterias en un intervalo de tiempo de una hora durante un ano completo. Con estas simulaciones es posible visualizar de manera grafica las carencias energeticas en la red asi como analizar el numero de ciclos a los que estarian sometidas las baterias para evitar su acelerado deterioro. Se realiza una optimizacion del precio de la instalacion. Para ello, se tiene tambien en cuenta un precio hipotetico de penalizacion para la demanda energetica no cubierta en caso de que hubiera varios dias con muy baja irradiacion solar. En funcion a este precio de sancion y con ayuda de la herramienta Solver en Excel, es posible optimizar el precio de la instalacion resultante. Como resultado de este proyecto, se obtiene una instalacion que trabajara en 48 V antes del inversor y con 230 V aguas arriba. El proyecto necesitara 10 paneles fotovoltaicos de 295 W cada uno y 12 baterias de 200 Ah de capacidad cada unidad. Estos dispositivos junto con el inversor y el controlador ademas de los cables y otros accesorios, el coste de la instalacion alcanza un valor de $12,257.67 pero seria necesario contar con un presupuesto de $19,800.89 en total para asegurar el correcto funcionamiento de la instalacion durante al menos 24 anos de vida util. Se han realizado varios planos de la instalacion con AutoCAD que se adjuntan en el proyecto y una maqueta 3D realizada con la herramienta Sweet Home 3D.