Projekt 35501/41

Ländliche Elektrifizierung in Subsahara-Afrika durch die Vernetzung von Solar-Home-Systemen zu einem Micro-Grid

Projektträger

SolarWorX GmbH
Danziger Str. 64
10435 Berlin
Telefon: +49 30 62937962

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Etwa 1 Milliarde Menschen weltweit haben keinen Zugang zu Elektrizität, etwa jeder sechste Mensch auf der Erde. Das öffentliche Stromnetz ist in vielen Regionen zu weit entfernt, um wirtschaftlich ausgebaut zu werden. Vor allem in Subsahara-Afrika sind viele ländliche Gebiete betroffen, während das Stromnetz sich hauptsächlich auf städtische Gebiete konzentriert. In Kamerun haben etwa die Hälfte der Bevölkerung und in ländlichen Gegenden nur 17% Zugang zu Strom. Dies führt zu hohen Energieausgaben, niedrigem Lebensstandard und begrenzten Beschäftigungsmöglichkeiten. In den letzten 5 Jahren haben sich in Kamerun und anderen Ländern Westafrikas dezentrale regenerative Energiesysteme wie Solar Home Systeme (SHS) und Solar Mikrostromnetze etabliert. Solarworx entwickelt eine DC-Mikronetzlösung, die SHS zu einem 60V Gleichstrom-Verteilnetz verbindet und den Handel mit überschüssigem Solarstrom und ungenutzter Batteriekapazität auf Dorfebene ermöglicht. Die Technologie erlaubt auch die Integration anderer 12V Systeme und ermöglicht eine verlustarme Energieübertragung innerhalb des Dorfes über ein sicheres 60V DC Stromnetz mit einer Übertragungsleistung von bis zu 250W zwischen Haushalten.




Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenVorbereitung und Installation der Pilotanlage:

Ein deutscher Freelancer wurde für die Konzeptionierung der App-Entwicklung eingestellt, die für das Abrechnungssystem in den Mikrostromnetzen von entscheidender Bedeutung ist. Darüber hinaus wurden zwei Entwicklungsingenieure in Kamerun angestellt, um im Stadtzentrum von Maroua in unserem Entwicklungszentrum bei unserem Distributor Solkamtech zu arbeiten.
Ein Dorf namens Zalla in der Nähe von Maroua wurde zu Demonstrationszwecken elektrifiziert, um die Entwicklung des MESH-Grids zu validieren.
Die Installation der Masten erfolgte, indem schmale Löcher ausgehoben wurden und die Masten dann von einem Geländewagen in die Löcher gestellt wurden. Eine Einbetonierung war nicht erforderlich.
Es wurden imprägnierte Masten verwendet, um Termitenfraß zu verhindern.
Das MESH-Grid wurde mit IoT-Technologie ausgestattet, die auch für den späteren kommerziellen Betrieb wichtig ist. Daten werden über LoRa-Funkstrecken mit kleinen Modems übertragen und über dezentral verteilte GSM-Modems an das Backend-Server weitergeleitet.


Methoden der Technologieentwicklung:

Das Team verwendet GIT, ein bekanntes Entwicklertool, für die Verwaltung und Dokumentation der Entwicklung von Software und Hardware.
Regelmäßige Teammeetings finden statt, um den Fortschritt der Entwicklung zu besprechen und das weitere Vorgehen zu planen.
Seit Mitte 2021 wurden etwa ein Jahr lang Vorbereitung und Finalisierung der Technik für den ersten Feldtest durchgeführt. Seit einem Jahr läuft bereits das erste Demonetz in Nordkamerun, und es wurden zahlreiche Hardware- und Software-Updates durchgeführt, um das Regelungs- und Abrechnungssystem zu optimieren.


Einordnung in den Stand der Technik:

MESH Grids unterscheiden sich erheblich von herkömmlichen Mini-Grids. MESH Grids sind dezentralisiert und können an mehreren Einspeisepunkten im Dorf verteilt werden, während Mini-Grids in der Regel zentralisiert sind.
MESH Grids zeigen ein selbstregulierendes Verhalten im Verbundnetz, indem sie automatisch hochgefahren werden, wenn ausreichend Leistung vorhanden ist. Dabei wird die Zuschaltung der Verbraucher graduell gesteuert, um eine Überlastung zu vermeiden.


Entlastung der Umwelt:

MESH Grids entlasten die Umwelt, indem sie solarbetriebene Energiequellen anstelle fossiler Brennstoffe nutzen.
Jeder Haushalt in einem MESH Grid verwendet durchschnittlich etwa 10 kWh elektrischer Energie pro Monat, was den Einsatz von Dieselgeneratoren oder anderen fossilen Energiequellen vermeidet.
MESH Grids bieten kontinuierlich Stromversorgung und vermeiden den unnötigen Betrieb von Dieselgeneratoren rund um die Uhr.





Ergebnisse und Diskussion


Entwicklung einer Android-App für MESH-Kunden zur bequemen Anmeldung und Verwaltung von Zahlungsströmen. Die App ermöglicht die Umrechnung der Zahlungen in Tokens, die eine bestimmte Energiemenge repräsentieren. Die App wird derzeit von den Betreibern genutzt und soll zukünftig auch für Endkunden verfügbar sein.
Entwicklung einer umfangreichen Firmware für die Mikroprozessoren in den Endgeräten. Dabei werden verschiedene Aufgaben wie die Kommunikation, die Steuerung der Leistungselektronik und die Netzstabilität übernommen.
Optimierung der Elektronik und Leistungselektronik während der Softwareentwicklung und Feldtests. Verbesserung des äußerlichen Designs der MESH-Geräte, um dem modernen Charakter eines "smarten" Stromzählers gerecht zu werden.
Die Kosten des Projekts wurden größtenteils für die Entwickler, die Herstellung der Pilotanlagen und die Beschaffung geeigneter Werkzeuge für Produktion, Kalibrierung und Programmierung verwendet. Die Kostenaufteilung betrug etwa 50% für die technische Entwicklung und das Projektmanagement, 30% für die Produktion und Beschaffung, sowie 10% für Installation und Wartung.

Die CO2-Einsparungen der Anlagen können je nach Berechnungsmethode variieren. Eine minimale Annahme basiert auf der Substitution von Kerosinlampen, während eine maximale Annahme die Substitution eines Dieselgenerators beinhaltet. Die tatsächliche CO2-Einsparung liegt zwischen diesen beiden Werten.

Die Solarworx GmbH hat zwei aktive MESH Grids in Nordkamerun und eines in Sambia mit durchschnittlich 60 Haushalten pro Jahr. Zusätzlich wurden über Distributoren weitere 3500 Solaranlagen verkauft, die jährlich etwa 1750 Tonnen CO2 einsparen. Insgesamt beläuft sich die CO2-Einsparung durch die Solaranlagen und MESH Grids auf 1810 Tonnen CO2 pro Jahr im Projektzeitraum.

Bitte beachten Sie, dass die Zusammenfassung aufgrund der Komplexität des Textes möglicherweise nicht alle Details enthält, aber die wichtigsten Informationen vermittelt.




Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die MESH Technologie wurde bereits bei diversen Veranstaltungen vorgestellt und fand auch bereits das Interesse zwei größerer französischer Industriepartner. Hier eine Auflistung der verschiedenen Bekanntmachungen, Förderprogramme und Folgeprojektoptionen

• Geplant Intersolar in München auf einem Stand mit CanadianSolar
• Messe „Solar Show“ in Johannesburg, Südafrika am 25/26 April 2023
• Empower A Billion Lives Competiton organisiert bei IEEE/PELS in Orland Florida im Zuge der APEC Elektronik Messe wurde mit einem Preis von 50,000USD honoriert
• EEP Africa hat die MESH grids für Sambia mit 208,000€ gefördert
• In 2022 haben wir die MESH grids auf der Off-grid Expo in Augsburg vorgestellt
• Im Zuge des DENA res Programm wurden unter anderem Marketingmaßnahmen für Solar Home Systeme und das MESH grid in Sambia gefördert
• Demonstrationsvideos der Anlagen in Kamerun und Sambia wurden auf Youtube und der Website veröffentlicht