Bridging the Energy Deficiency Gap in urban areas in Nigeria Using Roof Top Solar Systems

Dissertação de Mestrado em Energia para a Sustentabilidade apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaA disponibilidade de um fornecimento ininterrupto de electricidade tem sido um grande desafio na Nigéria. Como resultado, uma percentagem significativa da população é obrigada a utilizar formas alternativas de fornecimento de electricidade para compensar as frequentes interrupções de fornecimento. Globalmente, os custos dos painéis solares foram drasticamente reduzidos, devido a melhorias na tecnologia que ajudaram a reduzir o custo de produção. Muitas casas urbanas nos países em desenvolvimento começam agora a adoptar os sistemas em rede que são utilizados como complemento para quando a rede não é fiável. O principal objectivo desta dissertação é a avaliação da energia solar fotovoltaica nos telhados dos edifícios residenciais na Área Metropolitana de Lagos, Nigéria. Para alcançar este objectivo, esta tese utilizou o levantamento de 50 edifícios residenciais na área do governo local de Alimosho (LGA) no Estado de Lagos, Nigéria, para obter dados de carga eléctrica. O estudo desenvolvido garantiu a concepção, análise de desempenho e avaliação óptima do (LCOE) para sistemas fotovoltaicos autónomos para os tipos de apartamentos e edifícios duplex no local do estudo, utilizando o software Hybrid Optimization of Multiple Energy Resources (HOMER). Os resultados dos sistemas FV de concepção optimizada incluem uma matriz FV (4,03 kW, 32,7 kW), uma bateria de chumbo-ácido (17 kWh, 132 kWh) e um conversor (1,41 kW, 9,56 kW) para o apartamento e edifício duplex, respectivamente. Os resultados da análise comparando a concepção óptima do sistema fotovoltaico com a bateria de chumbo-ácido e o sistema fotovoltaico com uma bateria li-on do edifício de apartamentos planos mostram que o valor LCOE é respectivamente, 0,274$/kWh e 0,279$/kWh, indicando que a bateria li-on é preferível devido à sua maior eficácia de custos . O desenho do sistema PV para o edifício duplex foi comparado com a opção de utilizar um gerador autónomo utilizado para fornecer a carga. Os valores de LCOE são de 0,35$/kWh e 1,30$/kWh respectivamente. Isto indica claramente que os sistemas solares fotovoltaicos de telhado são mais adequados e podem ser utilizados para colmatar a lacuna energética nas áreas urbanas da Nigéria, bem como podem ser fundamentais para atingir o compromisso da Nigéria com o Objectivo 7 de Desenvolvimento Sustentável.The availability of an uninterrupted electricity supply has been a major challenge in Nigeria. As a result, a significant percentage of the population is forced to use alternate ways of providing an electricity supply to compensate for the frequent outages. Globally, solar panel costs have been reduced dramatically, due to improvements in technology that helped reduce the cost of production. Many urban homes in developing countries are now starting to adopt the on-grid systems which are used as a complement for when the grid is unreliable. The main objective of this dissertation is the assessment of rooftop solar PV in residential buildings in the Lagos Metropolitan Area Nigeria. To achieve this objective, this thesis utilized the survey of 50 residential buildings in the Alimosho local government area (LGA) in Lagos State, Nigeria to obtain electric load data. The developed study ensured the optimal design, performance analysis, and evaluation of the (LCOE) for stand-alone PV systems for the flat apartment and duplex building types in the study location, using Hybrid Optimization of Multiple Energy Resources (HOMER) software. The results of the optimally designed PV systems include a PV array (4.03 kW, 32.7 kW), lead-acid battery (17 kWh, 132 kWh) and converter (1.41 kW, 9.56 kW) for the apartment and duplex building respectively. The results of the analysis comparing the optimal design of the PV system with lead-acid battery and the PV system with a li-on battery of the flat-apartment building shows the LCOE value is respectively, 0.274$/kWh and 0.279$/kWh indicating that li-on battery is preferable due to its higher cost- effectiveness . The PV system design for the duplex building was compared with the option of using a stand-alone generator used to supply the load. The values of LCOE are 0.35$/kWh and 1.30$/kWh respectively. This clearly indicates that rooftop solar PV systems is better suited and can be used to bridge the energy gap in urban areas in Nigeria, as well as can be pivotal to attaining Nigeria’s commitment to Sustainable Development Goal 7