Assessing the feasibility of a solar water heating system in rural Uganda

Abstract

Energy in rural Uganda is often a limited and expensive commodity where as much as 80% of the population lives in rural areas. Biomass is the traditional source of energy and accounts for more than 80% of the energy used for cooking purposes in these rural areas. Using clean energy sources for cooking can provide several benefits such as improved health, reduced pressure on local natural resources and emissions of greenhouse gasses. Solar water heating is one of these alternative sources that can be used to replace conventional cooking fuels, such as wood and kerosene, for heating water.

The aim of this study was to design and select an optimal Solar Water Heating System (SWHS) for a Learning Centre (LC) in rural Uganda, in order to reduce the amount of firewood used to boil water and for cooking. Based on quantity and temperature of required warm water for cooking purpose in the LC and designed SWHS, performance of three different Solar Water Heating Systems with different water storage capacity and collector surface area, which are available in the Ugandan market, were assessed and compared.

It was found that daily warm/hot water requirement is 200 liters with a temperature range from 60oC to 100oC. Furthermore, the results showed that the optimal SWHS would be a direct system with flat plate collectors with storage capacity of 300 liters. The system will reduce the wood consumption with 54% and a yearly reduction of CO2 emissions of 6,6 ton. The economic analysis indicated that this system was, however, not economically viable in this location. Notwithstanding, implementation of a SWHS within the facility would create positive effects for the staff at the kitchen such as improved working environment with less pollution. In addition to this, the SWHS could be used as a teaching and demo facility for the students and people within the neighborhood of the Foundation, as possible water heating options for small, medium- and large-scale applications.

Energi i landlige Uganda er ofte begrenset og kostbar vare der mer enn 80% av befolkningen bor i landlige områder. Biomasse er den tradisjonelle energikilden og står for over 80% av energien som brukes til matlaging. Bruk av rene energikilder til matlaging kan gi flere fordeler, for eksempel bedre helse, redusert press på lokale naturressurser og utslipp av klimagasser. Solvarmeanlegg er en av disse alternative kildene som kan brukes til å erstatte konvensjonelle matlagingsbrensler, for eksempel ved og petroleum, for oppvarming av vann.

Målet med denne studien var å designe og velge et optimalt solvarmeanlegg for et læringssenter på landsbygda i Uganda, slik at mengden brensel som brukes til kokende vann og matlaging, kan reduseres. Basert på mengde og temperatur på nødvendig varmtvann til matlagingsformål ble ytelsen av tre forskjellige solvarmeanlegg med forskjellig lagringskapasitet og innstrålingsareal, som er tilgjengelig på det ugandiske markedet, vurdert og sammenlignet.

Det har blitt funnet at det daglige behovet for varmtvann er 200 liter med temperaturområde fra 60oC til 100oC. Videre viste resultatene at det optimale solvarmeanlegget ville være et direkte system med plane solfangere med lagringskapasitet på 300 liter. Systemet vil redusere bruken av tre med 54% og en årlig reduksjon av CO2-utslipp på 6,6 tonn. Den økonomiske analysen indikerte at dette systemet imidlertid ikke var økonomisk levedyktig på denne plasseringen. Til tross for at implementering av et solvarmeanlegg vil skape positive effekter for de ansatte på kjøkkenet, for eksempel ved forbedret arbeidsmiljø med mindre forurensning. I tillegg kan solvarmeanlegget brukes som undervisnings- og demonstrasjonsanlegg for studentene og innbyggerne i Stiftelsens nabolag, som mulig vannoppvarmingsalternativer for små, mellomstore og store applikasjoner.