End-user evaluation of Solar Home System as a viable energy system for rural development in South Africa

Abstract

In 2001, South Africa’s government initiated an electrification programme with ambitions to improve its rural electrification access rate. Therefore, the government provided remote and rural areas without access to the grid with Solar Home Systems (SHSs). This study has evaluated whether the SHS has contributed to improved welfare for the users, and in which ways. The success of the fee for service arrangement and electricity demand beyond the given amount from the SHS has also been investigated. Two alternative solutions consisting of two mini-grid systems have been examined to evaluate if they had the potential to be a better solution for South Africa’s rural electrification in the future. Qualitative interviews were carried out in the Limpopo province to gather information directly from the SHS users. Data on consumption and demand beyond the energy provided by the SHS was also collected. Mini-grid1 was dimensioned for the same energy production as the SHS, while mini-grid2 was dimensioned to provide users with additional power to cover their demand for fridges found during the research. The systems were dimensioned using equations provided n chapter three and using the methods described in chapter four. The results showed that the end-users were pleased with the SHSs due to various reasons. The SHS resulted in reduced spending on lighting and phone charging. Furthermore, the interviewees experienced increased level of safety when candles were replaced with electric lights. The electric lights quality improved the possibility for children to study after dark. Mini-grid1 was estimated to have a LCOE of 1.3 ZAR/kWh, Mini-grid2: 1.4 ZAR/kWh and the SHS: 28 ZAR/kWh. The payback period for both mini-grids were 15 years, while the SHS had 41 years. This indicates that a mini-grid system could be a more economically viable solution. There are concerns attached to mini-grids regarding ownership and payment. There are also benefits due to the possibility of connecting the mini-grid to the main grid and supply electricity should be included in such a decision. Further, future investment in solar PV has the potential to provide cheaper electricity than the grid in South Africa. These are factors that need to be considered before changing the systems.

Sør-Afrikas myndigheter startet i 2001 et program med ambisjoner om å øke andelen elektrifiserte rurale områder. Dette gjorde de ved å tilby Solar Home Systems (SHS) til områder med tilgang til det nasjonale strømnettet. Denne studien har evaluert dette programmet i et sluttbruker-perspektiv med fokus på i hvilken grad programmet har bidratt til økt velstand og på hvilke måter. Det har også blitt sett på hvordan den nåværende betalingsordningen med månedlige avgifter for vedlikehold av systemene fungerer. Videre ble det undersøkt hvilke behov brukerne har utover den energimengden SHS gir dem. To alternative mini-grids ble skalert og vurdert som alternativ til den nåværende ordningen. Disse alternativene er evaluert opp mot SHS med tanke på energiforsyning og økonomi. Kvalitative intervjuer ble gjennomført i Limpopo provinsen for å hente inn informasjon direkte fra brukerne. Forbruksdata og etterspørsel utover nåværende energimengde ble hentet gjennom de samme intervjuene. Mini-grid1 ble dimensjonert for å dekke lik produksjon som SHS, og mini-grid2 ble skalert opp for å produsere nok mengde energi til at alle husholdningene kunne koble til kjøleskap, som i følge intervjuene var det folk ønsket fra systemet. Resultatene viste at sluttbrukerne var fornøyde med dagens system. Overgangen fra tradisjonell belysning og betaling for telefonlading til SHS medførte en månedlig sparing på ZAR 137. Brukerne opplevde økt trygghet i hjemmet ved bruk av elektriske lys, og mulighetene for lekselesing økte. LCOE for systemene ble funnet til følgende: mini-grid1: 1.2 ZAR/kWh, mini-grid2: 1.4 ZAR/kWh og SHS: 28 ZAR/kWh. Tilbakebetalingstiden for begge mini-gridene var 15 år og SHS 41 år. Dette indikerer at mini-grid løsningene er mer lønnsomme løsninger. En overgang til bruk av mini-grid innebærer noen utfordringer angående eierskap og betaling. På den andre siden er muligheten for å koble mini-gridet til det nasjonale strømnettet når det blir bygget ut til området noe som også må tas med i en slik evaluering. Fremtidige investeringer i solcelle teknologi har potensialet for å produsere elektrisitet til en lavere kostnad enn prisen på strøm fra strømnettet i fremtiden.