Standalone photovoltaic energy system designs of rural electrification in Central of Africa: A case study of Kayonza in Rwanda
Orta Afrika'da kırsal elektrikleşmenin bağımsız fotovoltaik enerji sistemi tasarımları: Ruanda'da Kayonza şehrinin bir örnek çalışması
- Tez No: 902024
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ HASAN AKSOY
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Renewable Energy, Standalone photovoltaic, Solar PV System, Homer software, Rural Electrification, energy access, Rwanda, Yenilenebilir Enerji, Bağımsız fotovoltaik, Güneş PV Sistemi, Homer yazılımı, Kırsal Elektrifikasyon, enerji erişimi, Ruanda
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Türk Hava Kurumu Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 127
Özet
During a period of rapid advancement in different fields, many African countries are still facing challenges with insufficient power supply, especially in rural areas. Despite attempts to improve their economic situation in the last ten years, access to electricity remains restricted, impeding economic progress and efficiency. Energy plays a crucial role in stimulating economic endeavors like manufacturing, building, and infrastructure growth, as highlighted in the 7th goal of the Sustainable Development Goals. In Sub-Saharan Africa, such as in Rwanda, only a small portion of the populace can access electricity, a problem worsened by a growing population expected to reach 685 million by 2050. The primary aim of this thesis is to address the electricity deficit in rural Rwanda by investigating the feasibility and effectiveness of standalone photovoltaic (PV) energy systems. The research centers on comparing the economic and operational performance of an independent solar residential system with a village-scale PV system for Buhabwa village, Kayonza district. The main objective is to identify the optimal design and sizing of PV panels and battery systems to satisfy the energy needs of rural households and communities. The study utilizes a comprehensive methodology, commencing with an assessment of electricity consumption in a solitary residence furnished with a solar home system (SHS) in Buhabwa. This entails scrutinizing daily energy usage patterns in relation to the photovoltaic (PV) system's output capacity in order to ascertain the optimal PV panel dimensions and battery performance. Subsequently, vi a larger-scale photovoltaic system is devised for the entire community, integrating a substantial battery and inverter. The proposed designs are assessed utilizing Homer software to simulate and compare their efficiency and cost-effectiveness. Data is obtained from the Photovoltaic Geographic Information System (PVGIS) for Africa, supplemented by relevant literature such as books, scientific articles, and journals. Initial results suggest that independent PV systems have a substantial positive impact on energy accessibility in Buhabwa, leading to improvements in daily household tasks and overall community efficiency. An economic evaluation demonstrates that the communal PV system in the village, despite necessitating a larger upfront cost of approximately $227000, it provides greater long-term financial savings and dependability in contrast to individual SHS which have a cost of about $1000 per unit. To determine the most cost-effective long-term solution, a standalone photovoltaic (PV) system is designed to serve one rural home or a group of about 226 rural homes, accounting for their combined power requirements. The models reveal that the levelized cost of energy (LCOE) and minimum energy cost are $2.61/kWh, while the load-sharing factor for a group of homes drops to $0.0592/kWh. For individual and collective loads, the corresponding net present costs (NPC) are $13,942.15 and $55,402.94, respectively. The findings highlight the effectiveness of creating a group load-sharing model, supplying Rwanda's rural residents with reasonably priced green energy options suitable for medium to lowerincome lifestyles. Furthermore, the examination of inverters indicates that String inverters with efficiencies of up to 98% are more cost-effective for village-scale installations compared to micro-inverters. However, findings indicated that microinverters, which generally achieve efficiencies between 95% and 97%, are both appropriate and feasible for individual solar home systems. Standalone photovoltaic energy systems present a viable solution for addressing the electricity deficit in rural of Rwanda.
Özet (Çeviri)
Farklı alanlarda hızlı bir ilerleme döneminde, birçok Afrika ülkesi, özellikle kırsal alanlarda, yetersiz güç kaynağı ile ilgili zorluklarla karşı karşıyadır. Son on yılda ekonomik durumlarını iyileştirme girişimlerine rağmen, elektriğe erişim kısıtlı olmaya devam ediyor ve bu da ekonomik ilerlemeyi ve verimliliği engelliyor. Enerji, Sürdürülebilir Kalkınma Amaçları'nın 7. hedefinde vurgulandığı gibi, imalat, bina ve altyapı büyümesi gibi ekonomik çabaların teşvik edilmesinde çok önemli bir rol oynamaktadır. Ruanda gibi Sahra Altı Afrika'da, nüfusun yalnızca küçük bir kısmı elektriğe erişebiliyor ve bu sorun, 2050 yılına kadar 685 milyona ulaşması beklenen artan nüfusla daha da kötüleşiyor. Bu tezin temel amacı, bağımsız fotovoltaik (PV) enerji sistemlerinin fizibilitesini ve etkinliğini araştırarak Ruanda'nın kırsal kesimindeki elektrik açığını ele almaktır. Araştırma, Kayonza ilçesine bağlı Buhabwa köyü için bağımsız bir güneş enerjisi konut sisteminin ekonomik ve operasyonel performansını köy ölçeğinde bir PV sistemi ile karşılaştırmaya odaklanıyor. Temel amaç, kırsal hanelerin ve toplulukların enerji ihtiyaçlarını karşılamak için PV panellerinin ve pil sistemlerinin en uygun tasarımını ve boyutlandırmasını belirlemektir. Çalışma, Buhabwa'da bir güneş enerjisi ev sistemi (SHS) ile döşenmiş tek bir konutta elektrik tüketiminin değerlendirilmesiyle başlayan kapsamlı bir metodoloji kullanmaktadır. Bu, optimum PV panel boyutlarını ve pil performansını belirlemek için fotovoltaik (PV) sistemin çıkış kapasitesiyle ilgili olarak günlük enerji kullanım modellerinin incelenmesini gerektirir. Daha sonra, tüm topluluk için önemli bir pil ve invertörü entegre eden daha büyük ölçekli bir fotovoltaik sistem tasarlandı. Önerilen viii tasarımlar, verimliliklerini ve maliyet etkinliklerini simüle etmek ve karşılaştırmak için Homer yazılımı kullanılarak değerlendirilir. Veriler, kitaplar, bilimsel makaleler ve dergiler gibi ilgili literatürle desteklenen Afrika için Fotovoltaik Coğrafi Bilgi Sisteminden (PVGIS) elde edilir. İlk sonuçlar, bağımsız PV sistemlerinin Buhabwa'daki enerji erişilebilirliği üzerinde önemli bir olumlu etkiye sahip olduğunu ve günlük ev işlerinde ve genel topluluk verimliliğinde iyileşmelere yol açtığını göstermektedir. Ekonomik bir değerlendirme, köydeki ortak PV sisteminin, yaklaşık 227000 $ 'lık daha büyük bir ön maliyet gerektirmesine rağmen, birim başına yaklaşık 1000 $' lık bir maliyeti olan bireysel SHS'nin aksine, daha uzun vadeli finansal tasarruf ve güvenilirlik sağladığını göstermektedir. En uygun maliyetli uzun vadeli çözümü belirlemek için, bağımsız bir fotovoltaik (PV) sistem, birleşik güç gereksinimlerini hesaba katarak bir kırsal eve veya yaklaşık 226 kırsal evden oluşan bir gruba hizmet etmek üzere tasarlanmıştır. Modeller, seviyelendirilmiş enerji maliyetinin (LCOE) ve minimum enerji maliyetinin 2,61 $/kWh olduğunu, bir grup ev için yük paylaşım faktörünün ise 0,0592 $/kWh'ye düştüğünü ortaya koyuyor. Bireysel ve toplu yükler için, karşılık gelen net bugünkü maliyetler (NPC) sırasıyla 13.942,15 $ ve 55.402,94 $'dır. Bulgular, Ruanda'nın kırsal kesiminde yaşayanlara orta ve düşük gelirli yaşam tarzlarına uygun makul fiyatlı yeşil enerji seçenekleri sağlayan bir grup yük paylaşım modeli oluşturmanın etkinliğini vurgulamaktadır. Ayrıca, eviricilerin incelenmesi, %98'e varan verimliliğe sahip String eviricilerin, mikro eviricilere kıyasla köy ölçeğindeki kurulumlar için daha uygun maliyetli olduğunu göstermektedir. Bununla birlikte, bulgular, genellikle %95 ile %97 arasında verimlilik sağlayan mikro invertörlerin, bireysel güneş enerjisi ev sistemleri için hem uygun hem de uygulanabilir olduğunu göstermiştir. Bağımsız fotovoltaik enerji sistemleri, Ruanda'nın kırsal kesimindeki elektrik açığını gidermek için uygun bir çözüm sunmaktadır.
Benzer Tezler
- Somaliland'da fotovoltaik su pomplama sistemlerinin tasarımı ve boyutlandırması
Sizing and design of photovoltaic water pumping systems in Somaliland
ABDIRASHID AIDED MOHAMED
- Arazi şartlarında periyodik gerilim ve akım ölçüm yapan sistem için fotovoltaik güç ünitesi geliştirilmesi
Developing photovoltaic power unit for the system that measures periodical voltage and current in the field condition
İLTERİŞ KUTLUK YILDIRIM
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. UĞUR BAYSAL
- Photovoltaic-powered water pumping applications in rural villages
Kırsal yerleşimlerde fotovoltaik enerji ile çalışan su pompalama uygulamaları
HASHIM ABDULLAHI ABDI
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. RAMAZAN ÇAĞLAR
- Tek fazlı şebekeden bağımsız Heric eviricili fotovoltaik sistemin farklı denetleyicilerle tasarımı
Design with different controller of a single phase standalone photovoltaic system with Heric inverter
AHMET YÜKSEL
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKaradeniz Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ADNAN CORA
- Voltage controlled photovoltaic pumping system with a brushless DC motor (BLDC)
Fırçasız doğru akım motoru ile gerilim kontrollü fotovoltaik pompa sistemi
TAFADZWA MUGWAMBA
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiDokuz Eylül ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EYUP AKPINAR