CLIENT II - Verbundvorhaben PeopleSuN: Optimierung von Off-Grid Stromversorgungssystemen in Nigeria; Abschlussbericht des Teilvorhabens PeopleSuN-TOOPS: Toolentwicklung zur Optimierung von Off-Grid Stromversorgungssystemen

Abstract

Das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderte Verbundvorhaben PeopleSuN - Optimierung von Off-Grid-Energieversorgungssystemen in Nigeria verfolgte das Ziel, den Zugang zu nachhaltiger und zuverlässiger Energie in unterversorgten Regionen Nigerias durch innovative Off-Grid-Photovoltaiklösungen zu verbessern. Hierzu wurden technische Ansätze, angepasste Geschäfts- und Finanzierungsmodelle sowie Politikempfehlungen entwickelt, um die Verbreitung solcher Systeme zu beschleunigen und Marktchancen sowohl für lokale als auch für deutsche kleine und mittlere Unternehmen (KMU) zu schaffen. Zwölf Partnerinstitutionen aus Deutschland und Westafrika - unter der Koordination des Reiner Lemoine Instituts - entwickelten gemeinsam datenbasierte Werkzeuge, um netzferne, strukturschwache Regionen Nigerias wirtschaftlich und zuverlässig mit Elektrizität zu versorgen. Das Teilvorhaben der Technischen Universität Berlin konzentrierte sich auf die Entwicklung und Implementierung eines webbasierten Planungstools für Off-Grid-Systeme.

Als zentrales Ergebnis wurde das webbasierte Planungstool OffgridPlanner entwickelt: https://offgridplanner.org

Es ermöglicht Nutzer:innen die schnelle Erstellung und Berechnung vollständiger Off-Grid-Modelle. Die wesentlichen Funktionen umfassen: - Kartengestützte Auwahl von Verbraucher:innen unter Verwendung automatischer Gebäudeerkennung basierend auf OpenStreetMap-Daten. - Strombedarfsabschätzung auf Grundlage umfangreicher Haushalts- und Unternehmensbefragungen. - Räumliche Verteilnetzplanung mittels Clustering- und Minimum-Spanning-Tree (MST)-Algorithmen unter technischen Restriktionen. - Kostenoptimale Dimensionierung von PV-, Batterie- und Dieselkomponenten unter Einsatz mathematischer Optimierungsmethoden (Mixed Integer Linear Programming, MILP), basierend auf Wetterdaten (ERA5) sowie der Simulationssoftware pvlib python. - Bestimmung der Netzanschlusskosten durch Allokation der Verteilnetzkosten auf sämtliche Verbraucher zur Identifikation jener Gebäude, für die eine Versorgung über Solar-Home-Systeme (SHS) kostengünstiger ist als der Netzanschus. - Ergebnisvisualisierung und -export als interaktive Karten, Kostenübersichten, PDF-Reports und csv/xlsx-Dateien.

Die Anwendung ist ohne Registrierung zugänglich. Registrierte Nutzer:innen haben zusätzlich die Möglichkeit, Projekte zu speichern, größere Szenarien zu berechnen und Berechnungen asynchron fortzusetzen. OffgridPlanner stellt damit eine praxisorientierte, transparente Planungsgrundlage für politische Entscheidungsträger, Energieversorgungsunternehmen und Nichtregierungsorganisationen zur Verfügung, um Elektrifizierungsstrategien ländlichen Regionen Nigerias effizient zu gestalten und umzusetzen.

The research project PeopleSuN - Optimizing Off-Grid Electricity Supply Systems in Nigeria, funded by the German Federal Ministry of Education and Research, aimed to improve access to sustainable and reliable energy in rural regions of Nigeria through innovative off-grid photovoltaic solutions. To achieve this, technical solutions, adapted business and financing models, and policy recommendations were developed to accelerate such systems’ deployment and create market opportunities for both local and German small and medium-sized enterprises. Twelve partner institutions from Germany and West Africa - coordinated by the Reiner Lemoine Institute - collaboratively developed data-driven tools to enable cost-effective and reliable electricity supply in Nigeria’s remote and underserved regions. The subproject led by the Technical University of Berlin focused on developing and implementing a web-based planning tool for off-grid energy systems.

The key outcome of this work was the development of the web-based planning tool OffgridPlanner: https://offgridplanner.org

The tool enables users to create and analyze comprehensive off-grid energy models rapidly. Its main functionalities include: - Map-based consumer selection utilizing automated building detection based on Open-StreetMap data. - Electricity demand estimation derived from extensive household and enterprise surveys. - Spatial distribution network design using clustering and minimum spanning tree (MST) algorithms under technical constraints. - Cost-optimized system sizing of photovoltaic (PV), battery, and diesel components using mathematical optimization (Mixed Integer Linear Programming, MILP), weather data (ERA5), and the pvlib python simulation software for PV systems. - Determination of grid connection costs by allocating distribution network costs to all consumers in order to identify buildings for which supply via solar home systems (SHS) is more cost-effective than a grid connection. - Results visualization and export through interactive maps, cost breakdowns, PDF reports, and csv/xlsx files.

The tool is available without registration. Registered users, however, can save projects, run simulations for larger scenarios, and resume calculations asynchronously. OffgridPlanner thus provides a practical and transparent planning platform to support policymakers, energy providers, and non-governmental organizations in the efficient design and implementation of electrification strategies for rural areas in Nigeria.