Evaluation of an independent photovoltaic microgrid: Case study in Antanamalaza, Madagascar

Abstract

Este trabajo diseña y evalúa una microred fotovoltaica autónoma para Antanamalaza, Madagascar, mediante una metodología reproducible que integra estimación demográfica, modelado de la demanda, tanto modelo descendente como ascendente, y un dimensionamiento tecnoeconómico multi-escenario de generación fotovoltaica, almacenamiento y respaldo diésel. El estudio estima la población y necesidades eléctricas, combinando conteo de edificaciones a partir de satélite, encuestas a hogares y datos de tenencia de electrodomésticos. Se incluyen tanto consumos domésticos como actividades productivas (p. ej. descascarado de arroz, carpinterías, escuelas, iglesias, pequeñas tiendas y el centro de salud local), con el fin de obtener perfiles de demanda representativos.

La metodología evalúa además las opciones tecnológicas, considerando disponibilidad local, costes de importación y degradación de componentes a lo largo del tiempo. La generación fotovoltaica se simula con datos de irradiancia y temperatura específicos del emplazamiento. Se estima la vida útil de las baterías y sus reemplazos, y los inversores se dimensionan respetando las limitaciones eléctricas reales. A través de simulaciones se explora un conjunto de configuraciones factibles, comparando múltiples escenarios para reflejar los compromisos entre coste, fiabilidad e impacto ambiental.

El enfoque propuesto ofrece un marco estructurado y replicable para la planificación de proyectos de electrificación rural en contextos con escasez de datos.

This work designs and evaluates a stand-alone photovoltaic microgrid for the village of Antanamalaza, located in Madagascar, by means of a reproducible and transparent methodology. The methodological framework integrates several complementary components: demographic estimation, hybrid demand modeling that combines both bottom-up and top-down approaches, and a multi-scenario techno-economic sizing of photovoltaic generation, battery storage, and diesel backup. In order to characterize the demand, the study first estimates population and electricity needs by combining different sources of information, including satellite-derived building counts, household surveys, and data on appliance ownership. Both household consumption and productive activities are explicitly incorporated into the analysis, with the latter covering a wide range of uses such as rice dehusking, carpentry, schools, churches, small shops, and the local health center, to obtain representative and realistic demand profiles.

The methodology further assesses technological options, considering local availability, import costs, and component degradation over time. PV generation is simulated using site-specific irradiance and temperature data. Battery lifetime and replacements are estimated, and inverters are dimensioned according to real electrical constraints. A set of feasible system configurations is explored through simulations, and multiple scenarios are compared to reflect trade-offs between cost, reliability, and environmental impact.

The proposed approach ultimately provides a structured and replicable framework for planning rural electrification projects in contexts characterized by scarce and fragmented data.