Gelijkspanning biedt kansen voor Zuid-Afrika II

9 mei, 2022

Toekomstbestendige Solar Home Systemen

Solar Home systemen staan ver af van hoe er in Nederland, als voorbeeld van meer ontwikkelde landen, wordt gekeken naar elektrische installaties en elektriciteitsnetten. Ik hoop dat de eerdere uiteenzetting helpt om meer te begrijpen over de lokale omstandigheden (o.a. wet- en regelgeving) die er voor zorgen dat deze Solar Home systemen echt onderdeel zijn van een oplossing. Het hebben van licht, het kunnen opladen van telefoons en andere mobiele apparaten voorziet echt in een nood.

Tegelijkertijd, als de welvaart van de eigenaar van het huisje het toe laat, is dat niet waar op energiegebied de echte uitdaging zal liggen. Ik ben me er ten zeerste van bewust dat opwekking met 1 enkel zonnepaneeltje, voor verlichting met enkele Watts en wellicht een enkele op te laden als infrastructuur niet toereikend is om in andere behoeften te voorzien. Dit wordt nu technisch gezien gerealiseerd met 12, 24 of 48 volt DC oplossingen die over het algemeen goed verkrijgbaar zijn. Vanuit westers perspectief wordt er, naast grotere televisies, gedacht aan koelkasten, wasmachines, wasdrogers. Met de energietransitie indachtig, komen daar nog elektrische verwarmingen / warmtepompen en inductiekooktoestellen bij. In rijke, welvarende huishoudens in Zuid-Afrika is het niet anders. Hierbij wel opgemerkt dat warmtepompen zeer onbekend zijn. Waarvan akte.

In townships, zoals hiernaast in Diepsloot bij Johannesburg, en in informal settlements, in arme huishoudens, is de eerste behoefte na verlichting, een (elektrische) kookplaat. Het liefst wel inductiekookplaat, want dat hebben rijke gezinnen ook. Een koelkast is (met de huidige levenswijze) niet in beeld; eten wordt dagvers gekocht en zo direct als mogelijk klaargemaakt. Broodbeleg en melk koud bewaren is eigenlijk niet aan de orde. Daar kan je uiteraard over discussiëren of niet, het is in ieder geval van belang om kennis te nemen van de reden, waarom elektrisch koken zo belangrijk is;

Elektrisch koken als basisbehoefte die kansen biedt

Koken vindt nu, bij arme gezinnen, vaak plaats op één-pits kooktoestellen (stoofpotjes), gestookt met parafine, steenkool of hout. Als er binnenshuis wordt gekookt (en dat is heel vaak), dan blijven CO, CO₂, fijnstof etc in het huisje hangen; ventilatie is er maar heel beperkt; Als er iets meer geld beschikbaar is, dan wordt soms gekozen voor gas, omdat dit zorgt voor minder geïrriteerde ogen en luchtwegen. Elektrisch koken zal hier een grote gezondheidswinst kunnen bieden. Naast deze directe gezondheidswinst zal er ook veel andere schade voorkomen gaan worden. Te regelmatig woeden er nu in informal settlements branden, ontstaan vanuit open of deels open vuur in en om huizen.

Wat kunnen we met deze wetenschap, dat elektrisch koken een behoefte is van bewoners van informal settlements en ook township?

De vervolgvraag is een logische; waar komt dan de elektriciteit vandaan om te koken, als er geen grote accu of een elektriciteitsnet aanwezig is? In situaties met kleine zonnepanelen en kleine accu’s is er ruimte. Deze zonnepanelen ‘floaten’ meestal vanaf één uur in de middag: de accu’s zitten vol, de panelen kunnen geen energie meer kwijt. Houdt hierbij in het achterhoofd, dat in Zuid-Afrika 1kW zon-PV op jaarbasis geen 900 – 1.000 kWh oplevert, maar 1.600 tot 1.800 kWh; Dit is bijna het dubbele vergeleken met Nederland. In de meeste gevallen is de stap naar grotere zonnepanelen met een hoger vermogen én een iets grotere accu al een goede stap naar voldoende energie opwekken om te koken. Natuurlijk is dit zonnepaneel duurder, net als de componenten die nodig zijn; echter zorgt dit samen nog steeds effectief voor een lagere kostprijs per kWh. En als er geld is om parafine of gas te kopen, dan is het zeer de moeite waard om deze financiële vergelijking met elektriciteit goed uit te werken.

Van Solar Home naar DC-microgrid – bottum-up

Maar de voornaamste oplossingsrichting om met elektrisch koken te starten in townships en informal settlements is een andere: leveranciers zoals Specialised Solar Systems zoeken manieren om de aanpak van individuele solar home systemen om te werken naar centrale systemen waar 5 tot 10 huisjes of hutten vanuit één centraal punt energie krijgen. De foto rechts toont, helaas wat van een afstand, zo’n centraal punt, dat verhoogd op een paal is gezet. Op deze paal worden de bovenstaande grotere zonnepanelen en grotere accu’s toegepast, maar er is meer.

De energiestroom naar elk huisje wordt gemonitoord; gebruikers hebben een soort abonnementen, voor een bepaalde afname in Wh / kWh per dag. Zij kunnen zo inzien dat meer energieverbruik overdag, als de zon schijnt, goed in te vullen is. Ook blijft er, in de huidige configuratie, voldoende energie over voor twee of drie huisjes om te koken. Die huidige configuratie gaat uit van 48 Volt DC. Als je dan gaat koken, op een kookplaatje dat 1,5 kW kan vragen, dan is er snel 30 Ampère nodig. Dat is relatief hoge stroom, zeker omdat er soms enige afstand zit tussen het centrale punt en de het betreffende huisje. Hiervoor wordt onderzocht, of er met 350 Volt DC (met elektronische beveiliging) gewerkt kan worden, om de kookplaatjes van energie te voorzien. Dan zijn de verliezen een heel stuk kleiner (4,5 Ampère ipv 30..). Ook een tweede use case wordt onderzocht; namelijk om met deze hogere DC spanning de centrale punten op de torens onderling te verbinden. Zo ontstaat er met deze torens een interconnected microgrid, op basis van gelijkspanning. Als dit tweede scenario wordt uitgevoerd, dan biedt dit mogelijkheden om op een goed beveiligd punt (diefstal, vandalisme) opwek en/of opslag te plaatsen om zo’n net te ondersteunen. Dan is er een back-up (in geval van slecht weer) én een mogelijkheid om voor alle gebruikers van elektrische kookplaatjes voldoende energie paraat te hebben.

In deze tweede bijdrage heb ik uitgelegd op welke wijze bewoners van townships en informal settlements baat hebben van gelijkspanning en technologie zoals we die (ook) in Nederland ontwikkelen en uitrollen, welke kansen dit biedt. In het derde en laatste deel ga ik nader in op waarom deze ontwikkeling met gelijkspanningstechnologie ook kansen biedt voor de meer welgestelde Zuid-Afrikaan.