Fuente de Suministro Eléctrico en un Colegio en Kenia

Abstract

Este Trabajo Fin de Grado aborda el diseño de una microrred fotovoltaica aislada (off-grid) con almacenamiento en baterías de litio y gestión de la demanda activa para el Complejo Mother Asunción, situado en Ngong, Kenia. Dicha institución, gestionada por una congregación religiosa, ofrece educación a unos 100 menores en situación de extrema vulnerabilidad. Ante la marcada inestabilidad, apagones recurrentes y variaciones de tensión de la red pública comercial local (KPLC), se proyecta este sistema para garantizar la total autosuficiencia energética y asegurar la continuidad de servicios críticos como el bombeo de agua potable, el aula de informática y la iluminación residencial nocturna.

La arquitectura técnica se fundamenta en un acoplamiento en corriente continua a 48 V compuesto por 34 paneles Trina Solar Vertex S+ de 450 Wp, un inversor-cargador Victron MultiPlus-II de 5 kVA, reguladores SmartSolar MPPT y módulos de almacenamiento de litio Pylontech US5000, coordinados mediante un dispositivo de control ambiental Cerbo GX. El estudio climatológico e histórico demuestra que la microrred alcanza una cobertura solar superior al 98% de la demanda anual del complejo (estimada en 34,7 kWh/día), disminuyendo el uso de respaldo diésel a menos del 2% y mitigando la emisión de 12,5 toneladas de CO₂ al año.

Desde la perspectiva económica, la inversión inicial (CAPEX) de 39.140 € resulta altamente rentable y segura, presentando una Tasa Interna de Rentabilidad (TIR) del 16,46% y un Valor Actual Neto (VAN) de 53.739 € con un periodo de retorno de inversión de 5,9 años. La viabilidad financiera se consolida mediante una estrategia diversificada de captación de fondos (cooperación internacional, crowdfunding y recursos propios), liberando un flujo de caja mensual que la misión podrá redirigir directamente a la alimentación y material didáctico.

This Final Degree Project addresses the design of an isolated (off-grid) photovoltaic microgrid with lithium battery storage and active demand-side management for the Mother Asunción Complex, located in Ngong, Kenya. This institution, managed by a religious congregation, provides education to approximately 100 children in situations of extreme vulnerability. Faced with the pronounced instability, recurring blackouts, and voltage fluctuations of the local public commercial grid (KPLC), this system is projected to guarantee complete energy self-sufficiency and ensure the continuity of critical services such as drinking water pumping, the computer classroom, and residential nighttime lighting.

The technical architecture is based on a 48 V direct current coupling composed of 34 Trina Solar Vertex S+ 450 Wp panels, a Victron MultiPlus-II 5 kVA inverter-charger, SmartSolar MPPT regulators, and Pylontech US5000 lithium storage modules, coordinated through a Cerbo GX environmental control device. The climatological and historical study demonstrates that the microgrid achieves a solar coverage exceeding 98% of the complex's annual demand (estimated at 34.7 kWh/day), reducing the use of diesel backup to less than 2% and mitigating the emission of 12.5 tons of CO₂ per year.

From an economic perspective, the initial investment (CAPEX) of €39,140 is highly profitable and secure, presenting an Internal Rate of Return (IRR) of 16.46% and a Net Present Value (NPV) of €53,739 with a payback period of 5.9 years. The financial viability is consolidated through a diversified fundraising strategy (international cooperation, crowdfunding, and own resources), releasing a monthly cash flow that the mission will be able to redirect directly towards food and educational materials.