Off main grid PV systems : appropriate sizing methodologies in developing countries

During the last years the problem of access to energy has become increasingly important in the eyes of the international community. The connection between access to energy and human development has become clearer but, despite the efforts spent in the last decades, the problem is far to be solved. This is true especially for the poorest countries, where the lack of access to energy is often one of the main obstacles to development. Moreover, it is widely recognized that access to electricity can catalyse the solution of many problems, from providing lighting during nights, to improving education, health and information services. Therefore, policy makers in developing countries, with the help of international organizations, are giving much importance to electrification. However, in rural areas the process will be slow due to high distance from the national grid, weak administration capacity, scattered villages, etc.. In this case, various options for supplying electricity need to be considered, but “Off-Main-Grid” decentralized technologies based on renewable sources already represent one of the most suitable solutions. In this category, photovoltaic systems are the most successful technology in developing world especially for the resource availability, the extreme simplicity of application, the maturity of technology and the availability on the market. Focusing on the “Off-Main-Grid” PV technologies, one of the most important aspects is to employ appropriate methodologies to size the components in order to best fit the system to the local targeted context. Hence, in this work “Off-Main-Grid” Photovoltaic Systems are deeply investigated with particular attention to appropriate sizing methods for Stand-Alone Photovoltaic systems and PV Micro-Grid in developing countries. Stand-Alone Photovoltaic systems are discussed thanks to the author’s experience on the field during the internship period of two months at Village Energy Uganda Ltd. During this period it was possible to analyse the context of Uganda and study the techno-economic approach of the company in order to develop an appropriate practical context-based sizing tool. On the other hand, the PV Micro-Grid matter has been addressed with an academic and scientific view through a critical assessment of the scientific literature with the aim to suggest a more appropriate sizing methodology for real-context based application in developing countries.

Negli ultimi anni il problema dell'accesso all'energia è diventato sempre più importante agli occhi della comunità internazionale. Il nesso tra accesso all'energia e lo sviluppo umano è ormai chiaro, ma il problema è lungi dall'essere risolto, nonostante gli sforzi profusi negli ultimi decenni. Questo è vero soprattutto per i Paesi più poveri, dove la mancanza di accesso all'energia è spesso uno dei principali ostacoli allo sviluppo. E’ altresì ampiamente riconosciuto che l'accesso all'energia elettrica favorisce la soluzione di molti problemi, dalla possibilità di fornire illuminazione durante la notte all’opportunità di migliorare la qualità dell’istruzione, della sanità e dell’informazione. Nei Paesi in via di sviluppo, con l'aiuto delle organizzazioni internazionali, si sta pertanto dando molta importanza all’elettrificazione, essendo consapevoli che tale processo sarà assai lento nelle zone rurali a causa della distanza dalla rete nazionale, delle deboli capacità amministrative e la diffusione dei villaggi. In tali contesti devono quindi essere considerate varie opzioni per la fornitura di energia elettrica fra le quali le tecnologie decentrate "Off-Main-Grid", basate su fonti rinnovabili, rappresentano già una soluzione concreta. All’interno di questa categoria, i sistemi fotovoltaici sono certamente la tecnologia più diffusa nei Paesi in via di sviluppo soprattutto per la disponibilità della risorsa, la semplicità applicativa, la maturità della tecnologia e la disponibilità di componenti sul mercato. Focalizzando l’attenzione sui sistemi fotovoltaici "Off-Main-Grid", è di fondamentale importanza l’impiego di metodi adeguati per il dimensionamento dei componenti in modo tale da adattare al meglio il sistema al contesto locale in considerazione. La tesi verterà quindi sull’analisi dei sistemi fotovoltaici "Off-Main-Grid" con specifica attenzione allo studio di metodi appropriati di dimensionamento per sistemi fotovoltaici Stand-Alone e PV Micro-Grid nei Paesi in via di sviluppo. In particolare i sistemi fotovoltaici Stand-Alone sono analizzati per mezzo dell'esperienza di tirocinio dell’autore presso Village Energy Uganda Ltd. Durante tale periodo è stato possibile osservare il contesto ugandese e studiare l'approccio tecnico-economico della società al fine di sviluppare un adeguato strumento di dimensionamento che fosse pratico per le loro esigenze. L'argomento riguardante le PV Micro-Grid è stato affrontato al contrario da un punto di vista accademico-scientifico, attraverso una valutazione critica della letteratura, con lo scopo di proporre una metodologia di dimensionamento più appropriata per applicazioni a contesti reali nei Paesi in via di sviluppo.