Elektriciteitsvoorziening voor de armsten

Hij had een prima baan als ontwerper van elektronica in Bangalore, India. Maar er begon iets te knagen van binnen. Nishant Narayan (Mumbai, 1986) voelde een groeiende afstand tussen wat hij ontwikkelde (de volgende generatie gadgets) en waar mensen echt behoefte aan hadden. Namelijk: een betere stroomvoorziening.

In India en grote delen van Afrika hebben veel mensen geen toegang tot betrouwbare elektriciteit. Vaak staat er wel een zonnepaneel op het dak, maar de stroom uit de accu is vaak snel op.

Het werd Narayans missie om betrouwbare elektriciteit te brengen naar de bijna 1 miljard mensen die er nu van verstoken zijn. Hij schaart zich daarmee achter het VN duurzame ontwikkelingsdoel van betaalbare en schone energie, waar 13% van de wereldbevolking nog geen toegang toe heeft.

“Je moet beseffen dat elektriciteit verdere ontwikkeling mogelijk maakt”, zegt Narayan. Met elektriciteit kunnen mensen hun mobieltjes opladen en informatie opzoeken. Met elektrisch licht kunnen ze werken en studeren, en elektriciteit kan productief gebruikt worden in pompen voor de landbouw of machines voor kleine bedrijfjes. Ontwikkeling begint met elektriciteit.

Vanuit zijn woonplaats Bangalore ontdekte Narayan de TU master Sustainable Energy Technology (SET) en hij besloot het roer om te gooien van elektronica naar groene energie. “Delft is briljant is allerlei vormen van duurzame energie”, zegt Narayan. “Maar ik wilde me concentreren op kleinschalige zonne-energie voor de armsten.”

In 2011 kwam hij naar Delft om zich toe te leggen op zonne-energie. Twee jaar later studeerde hij af op zijn onderzoek naar een oplaadstation met zonne-energie voor lichte elektrische voertuigen. In juni 2015 ontving hij een onderzoekbeurs (fellowship) van het TU Delft Global Initiative voor zijn promotieonderzoek in gelijkspanning systemen. Vorige maand promoveerde hij op zijn proefschrift Solar Home Systems for Improving Electricity Access.  

Elektriciteitsvoorziening geen aan-of-uit kwestie. Er zijn stappen in te onderscheiden. De Wereldbank heeft een systeem geïntroduceerd met vijf treden dat begint bij een klein zonnepaneel (3 Watt) waarmee je een telefoon kunt laden of een klein lampje laten branden. Aan de ander kant (stap 5) heb je bijna de hele dag door stroom en kun je er een waterkoker (2 kW) op aansluiten.

Het tussenliggende niveau 3  werkt met twee zonnepanelen (200 W) en een accu met een capaciteit voor 5 uur zonnestroom (1 kWh). Zulke kleine systemen (Solar Home Systems of SHS) zijn te koppelen tot een microgrid dat een paar tot tientallen huizen kan omvatten. Het systeem dat Narayan voorstelt werkt op 48 volt gelijkspanning binnenshuis en tussenverbindingen op 350 volt omdat de kabels dan minder dik hoeven te zijn en de verliezen beperkt blijven.

Een netwerk van kleine zonne-installaties is veel gunstiger dan losstaande units, zegt Narayan. De zonne-installaties zelf kunnen kleiner zijn als ze verbonden zijn met andere. Gebruikers kunnen makkelijk stroom uitwisselen; overtollige energie wordt opgeslagen; het micronetwerk is eenvoudig aan te passen en uit te breiden. Het kan zelfs aangesloten worden op een extern elektriciteitsnet als dat er komt. En omdat er hogere vermogens beschikbaar komen kan de stroom gebruikt worden voor productief gebruik van pompen en elektromotoren.

Wisselspanning is de standaard voor grote elektriciteitsnetten in industriële gebieden, maar voor kleine netwerken op zonne-energie is gelijkspanning een logischer keuze omdat opwekking en gebruik beide op gelijkspanning werken.

Toch bestaat zo’n netwerk op zonnestroom nog nergens, zegt Narayan. Wat er het meest op lijkt is het systeem van SolShare, een bekroonde startup die in Bangladesh uitwisseling tussen kleine zonne-installaties mogelijk maakt. Het bedrijf, dat is ontsproten aan de Technische Universiteit van Berlijn, wil het elektriciteitsnet van onderop opbouwen. De beperking van hun systeem ligt volgens Narayan in de lage spanning en het beperkte vermogen van het net.

Hoe landt de ontwikkelde technologie in de praktijk? Daar blijken nog wat stappen tussen te zitten. Volgens Roel Kamerling, programmaontwikkelaar bij het Global Initiative, is de belangrijkste verdienste van Narayans onderzoek dat het duidelijk maakt hoe je een elektriciteitsnet van onderaf op kunt bouwen, uitgaand van losse kleine zonne-installaties.

Na een workshop door Narayan op de Global Impact Day zeiden vertegenwoordigers van de Wereldbank en enkele bedrijven dat ze een beter begrip hadden gekregen over zowel het probleem van elektriciteitsvoorziening als de mogelijkheden.

Voor de opzet van investering en maandelijkse terugbetalingen kan het businessmodel van Solarworks! als model dienen. Solarworks! Is een van de partners in het project Re-thinking solar energy.

Kamerling concludeert: “De waarde van deze studie is dat het richting en houvast geeft voor alle partijen die betrokken zijn bij de elektriciteitsvoorziening voor de armsten.”

• Nishant Narayan, Solar home systems for improving electricity access: An off-grid solar perspective towards achieving universal electrification, Promotors: prof.dr.ir. Pavel Bauer en prof.dr. Miro Zeman (EWI), 20 November 2019.