SlideShare a Scribd company logo
1 of 162
Download to read offline
UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID
ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA Y
SISTEMAS DE TELECOMUNICACIÓN
CHARACTERISATION OF THE OPERATION &
MAINTENANCE PHASE IN PV RURAL
ELECTRIFICATION PROGRAMMES
THESIS
AUTHOR: LUIS MIGUEL CARRASCO MORENO
DIRECTOR: LUIS NARVARTE FERNÁNDEZ
MADRID, JULY 2015
 
 
 
   
 
iii 
TRIBUNAL NOMBRADO PARA JUZGAR LA TESIS DOCTORAL 
 
 
PRESIDENTE 
 
Eduardo Lorenzo Pigueiras
Catedrático en la Universidad Politécnica de Madrid 
VOCALES  Beatriz Cancino Madariaga
Profesora en la Universidad Técnica Federico Santa María 
(Chile) 
  Ramón Eyras Daguerre 
Profesor en la Universidad Nacional de San Martín 
(Argentina)   
  Jorge Martínez Crespo
Profesor Titular en la Universidad Carlos III de Madrid 
SECRETARIO  César Sanz Álvaro
Director de la E.T.S. de Ingeniería y Sistemas de 
Telecomunicación en la Universidad Politécnica de Madrid 
SUPLENTES  Jorge Aguilera Tejero
Profesor Titular en la Universidad de Jaén 
  Luis Marroyo Palomo
Profesor Titular en la Universidad Pública de Navarra 
   
Este tribunal acuerda otorgar la calificación de: 
 
 
Madrid, 21 de julio de 2015 
 
iv 
 
v 
 
 
 
 
 
 
 
Dedicado a mis padres,  
mi hermana,  
mi abuela,  
a toda mi familia, 
 mis amigos  
y cómo no, a Adelita. 
 
vi 
 
vii 
ACKNOWLEDGEMENTS
 
 
 
"[...] el olmo ya seco de la ermita  
debe su único verdor a la hiedra que le abraza,  
pero ella a su vez sólo gracias al viejo tronco  
logra crecer hacia el sol." 
José Luis Sampedro 
 
 
 
 
 
  Escribió Galdós que la experiencia es una llama que no alumbra sino quemando. Creo que en 
mi vida me he chamuscado varias veces, pero no lo he hecho solo y por eso tengo que agradecer a 
muchas  personas  todo  lo  que  de  ellas  he  aprendido  trabajando  codo  con  codo  hasta  llegar  aquí, 
empezando por Luis Narvarte, mi tutor y director de tesis, alma mater de este trabajo, excelente 
persona y amigo, quien me animó a emprenderme en esto de investigar y quien siempre ha estado 
disponible para escuchar, pensar y resolver. A Eduardo Lorenzo, por su experta mirada desde lo alto 
que tanto ha servido para enderezar mis torcidos renglones. A Ana Peral, que con su trabajo fin de 
carrera encendió la mecha de esta tesis. A Teresa, Begoña y Javier de la Universidad Complutense de 
Madrid,  por  su  interés  en  nuestro  trabajo  y  todo  lo  que  nos  han  aportado.  A  Michael  Conlon, 
responsable de la agradable estancia académica en el Dublin Institute of Technology en 2013. A mis 
compañer@s del grupo de sistemas fotovoltaicos del IES, que forman entre tod@s el más cordial 
ambiente de camaradería de trabajo que he conocido. A tod@s mis colegas de la extinta Isofoton en 
España y Marruecos con los que trabajé y aprendí mucho, más allá de la fotovoltaica. Y a much@s 
más, que aunque no mencionados, fueron fuente de iluminación. 
  Agradezco a Isofoton Maroc s.a.r.l. por su colaboración al poner los enormes cimientos en los 
que se ha basado el trabajo experimental de esta tesis y a la Universidad Politécnica de Madrid por su 
ayuda a financiar parte de los estudios de campo llevados a cabo con el proyecto '35_FOTOVOLT' de 
la XI Convocatoria de Acciones de Cooperación Universitaria para el Desarrollo. 
 
viii 
 
ix 
ABSTRACT
 
With 1,300 million people worldwide deprived of access to electricity (mostly in rural environments), 
photovoltaic solar energy has proven to be a cost‐effective solution and the only hope for electrifying 
the most remote inhabitants of the planet, where conventional electric grids do not reach because 
they are unaffordable. Almost all countries in the world have had some kind of rural photovoltaic 
electrification  programme  during  the  past  40  years,  mainly  the  poorer  countries,  where  through 
different  organizational  models,  millions  of  solar  home  systems  (small  photovoltaic  systems  for 
domestic use) have been installed. During this long period, many barriers have been overcome, such 
as  quality  enhancement,  cost  reduction,  the  optimization  of  designing  and  sizing,  financial 
availability, etc. Thanks to this, decentralized rural electrification has recently experienced a change 
of  scale  characterized  by  new  programmes  with  thousands  of  solar  home  systems  and  long 
maintenance periods. Many of these large programmes are being developed with limited success, as 
they have generally been based on assumptions that do not correspond to reality, compromising the 
economic  return  that  allows  long  term  activity.  In  this  scenario  a  new  challenge  emerges,  which 
approaches the sustainability of large programmes. It is argued that the main cause of unprofitability 
is the unexpected high cost of the operation and maintenance of the solar systems. In fact, the lack 
of  a  paradigm  in  decentralized  rural  services  has  led  to  many  private  companies  to  carry  out 
decentralized electrification programmes blindly. Issues such as the operation and maintenance cost 
structure or the reliability of the solar home system components have still not been characterized. 
This  situation  does  not  allow  optimized  maintenance  structure  to  be  designed  to  assure  the 
sustainability and profitability of the operation and maintenance service. 
This PhD thesis aims to respond to these needs. Several studies have been carried out based on a real 
and large photovoltaic rural electrification programme carried out in Morocco with more than 13,000 
solar home systems. An in‐depth reliability assessment has been made from a 5‐year maintenance 
database with more than 80,000 maintenance inputs. The results have allowed us to establish the 
real reliability functions, the failure rate and the main time to failure of the main components of the 
system, reporting these findings for the first time in the field of rural electrification. 
Both  in‐field  experiments  on  the  capacity  degradation  of  batteries  and  power  degradation  of 
photovoltaic modules have been carried out. During the experiments both samples of batteries and 
modules  were  operating  under  real  conditions  integrated  into  the  solar  home  systems  of  the 
Moroccan programme. In the case of the batteries, the results have enabled us to obtain a proposal 
of definition of death of batteries in rural electrification. 
A  cost  assessment  of  the  Moroccan  experience  based  on  a  5‐year  accounting  database  has  been 
carried out to characterize the cost structure of the programme. The results have allowed the major 
costs of the photovoltaic electrification to be defined. The overall cost ratio per installed system has 
been  calculated  together  with  the  necessary  fees  that  users  would  have  to  pay  to  make  the 
operation and maintenance affordable. 
Finally,  a  mathematical  optimization  model  has  been  proposed  to  design  maintenance  structures 
based on the previous study results. The tool has been applied to the Moroccan programme with the 
aim of validating the model. 
 
x 
   
 
xi 
ACRONYMS
 
AECID:    Agencia Españolda de Cooperación para el Desarrollo 
AEG:     Allgemeine Elektrizitäts Gesellschaft 
CC:     Charge Controller 
CFL:     Compact Fluorescent Lamp 
CM:     Corrective Maintenance 
DIn:     UK Department of Industry  
DOD:     Depth Of Discharge 
EC:     European Communities 
ECU:     European Currency Unit 
EDP:     Energy Demonstration Programme 
EEC:    European Economic Community  
ESCO:     Energy Service Company 
EVA:     Ethylene‐Vinyl‐Acetate 
GEF:     Global Environmental Facility 
HW:     Hardware 
IEA:     International Energy Agency 
IEC:     International Electrotechnical Commission 
IES‐UPM:   Instituto de Energía Solar ‐ Universidad Politécnica de Madrid 
LC:     Low power Consumption light lamps 
LED:     Light‐Emitting Diode 
LEDC:     Less Economically Developed Countries 
MAD:     ISO code for the Moroccan currency (dirham) 
MDG:     Millennium Development Goals 
MNRE:    Ministry of New and Renewable Energy of India 
MPPT:    Maximum Power Point Tracker 
MTTF:     Mean Time To Failure 
NGO:     Non‐Governmental‐Organizations 
O&M:     Operation and Maintenance 
OEI:     Organización de Estados Iberoamericanos 
ONEE:     Office National de l'Electricité et l'Eau (Morocco) 
OW:     Orgware 
pdf:     probability density distribution 
PERG:     Programme d'Electrification Rurale Globale (Morocco) 
 
xii 
PLANER:   Plan Nacional de Electrificación Rural (Spain) 
PM:     Preventive Maintenance 
PPER:     Programme Pilote d'Electrification Rurale (Morocco) 
ppp:     public‐private‐partnership 
PV:     Photovoltaic 
PVPS‐IEA:   Photovoltaic Power Systems Programme ‐ IEA 
PVRE:     Photovoltaic Rural Electrification 
PWM:     Pulse‐Width Modulation (charge controller) 
REA:     Rural Electrification Administration 
REDP:     Renewable Energy Development Project 
SE4ALL:   Sustainable Energy for All 
SGA:     Société Générale Agricole 
SHS:     Solar Home Systems 
SLI:      Start‐Lighting‐Ignition (Battery) 
SOC:     State Of Charge 
Solar‐PERG:  Photovoltaic PERG programme 
Solar‐PERGISO:  Solar‐PERG carried out by the private company ISOFOTON 
SW:     Software 
UN:     United Nations 
UNDP:    United Nations Development Programme 
USAID:    United States Agency for International Development 
UTSfSHS:   Universal Technical Standard for Solar Home Systems 
VAT:     Value Added Tax 
VRLA:     Valve‐Regulated Lead‐Acid (Battery) 
WB:     World Bank 
Wp:     Watt peak 
 
   
 
xiii 
SUMMARY
 
1  INTRODUCTION ......................................................................................................... 3 
1.1  THE GLOBAL ACCESS TO ELECTRICITY ................................................................................... 4 
1.2  THE ORIGINS OF RURAL ELECTRIFICATION .......................................................................... 11 
1.3  REVIEW OF THE DEVELOPMENT OF THE PHOTOVOLTAIC RURAL ELECTRIFICATION .......... 18 
1.4  OBJECTIVES OF THE THESIS ................................................................................................. 36 
1.5  METHODOLOGY OF THE WORK ........................................................................................... 36 
1.6  THESIS STRUCTURE ............................................................................................................. 36 
2  THE MOROCCAN PV RURAL ELECTRIFICATION PROGRAMME .................................. 41 
2.1  INTRODUCTION ................................................................................................................... 41 
2.2  THE PERG PROGRAMME ..................................................................................................... 41 
2.3  THE SOLAR‐PERG ORIGIN, DEVELOPMENT AND FEATURES ................................................ 43 
2.4  THE ISOFOTON‐PERG PROGRAMME ................................................................................... 46 
2.5  SOME COMMENTS ABOUT THE SOLAR PERG DEVELOPMENT ............................................ 53 
2.6  THE ISOFOTON‐PERG DATABASE ........................................................................................ 53 
3  RELIABILITY ASSESSMENT OF SHS COMPONENTS .................................................... 59 
3.1  INTRODUCTION ................................................................................................................... 59 
3.2  RELIABILITY ANALYSIS ......................................................................................................... 59 
3.3  ANALYSIS OF THE RESULTS .................................................................................................. 65 
3.4  APPLICATION EXAMPLE ...................................................................................................... 70 
3.5  CONCLUSIONS ..................................................................................................................... 71 
4  IN‐THE‐FIELD ASSESSMENT OF BATTERIES AND PV MODULE RELIABILITY IN THE PERG 
PROGRAMME ................................................................................................................. 75 
4.1  INTRODUCTION ................................................................................................................... 75 
4.2  IN‐FIELD BATTERY TESTING ................................................................................................. 76 
4.3  IN‐THE‐FIELD PV‐MODULE TESTING .................................................................................... 86 
4.4  CONCLUSIONS ..................................................................................................................... 89 
5  CHARACTERIZATION OF THE OPERATIONAL & MAINTENANCE COSTS ...................... 93 
5.1  INTRODUCTION ................................................................................................................... 93 
5.2  COST ANALYSIS .................................................................................................................... 93 
5.3  SENSITIVITY ANALYSIS ......................................................................................................... 99 
5.4  INFLUENCE OF THE SHS SPATIAL DENSITY ......................................................................... 101 
5.5  APPLICATION EXAMPLE .................................................................................................... 102 
5.6  CONCLUSIONS ................................................................................................................... 104 
6  DESIGN OF DECENTRALIZED MAINTENANCE STRUCTURES IN PHOTOVOLTAIC RURAL 
ELECTRIFICATION ...........................................................................................................109 
 
xiv 
6.1  INTRODUCTION ................................................................................................................. 109 
6.2  BASELINE DATA ................................................................................................................. 110 
6.3  METHODOLOGY ................................................................................................................ 110 
6.4  MODEL APPLICATION ........................................................................................................ 118 
6.5  CONCLUSIONS ................................................................................................................... 122 
7  CONCLUSIONS AND FUTURE RESEARCH ..................................................................125 
7.1  CONCLUSIONS ................................................................................................................... 125 
7.2  FUTURE LINES OF RESEARCH ............................................................................................. 128 
PUBLICATIONS GENERATED DURING THIS PHD ..............................................................131 
BIBLIOGRAPHY ..............................................................................................................135 
 
 
 
 
CHAPTER 1
INTRODUCTION
 
 
Chapter 1: Introduction 
3 
1 INTRODUCTION	
Beyond  the  reasons  that  justify  the  right  of  every  human  to  have  access  to  modern  sources  of 
energy,  the  importance  of  electricity  as  energy  vector,  from  the  first  application  of  the  late 
nineteenth  century  to  today,  lies  in  the  fact  that  it  is  easy  to  transport  and  simple  to  operate. 
Nowadays there are still 1,300 million people deprived of electricity, 85% of them in remote rural 
areas  where  electrification  encounters  problems  such  as  high  economic  investments,  low 
profitability or difficulty of operation, among others. In these cases, decentralised electrification by 
means of solar home systems (SHS) has aimed to be a technical and cost‐effective solution for over 
40  years  in  many  countries  of  the  world.  Currently,  large‐scale  electrification  programmes  with 
thousand of SHSs are established in remote and impoverished regions, whose results, in terms of 
sustainability, are in doubt. These attempts at electrification are frequently based on assumptions, 
such as electricity consumption, device reliability, operating costs, rural spending habits, etc, which 
bear little resemblance to reality. The consequences are the long term economic instability of the 
programmes, the failure of private operators and the abandonment of SHSs, which has happened in 
many initiatives developed in recent decades. 
This  work  presents  a  study  based  on  a  real  and  large  photovoltaic  rural  electrification  (PVRE) 
programme,  taking  advantage  of  the  excellent  opportunity  that  the  author  took  advantage  of 
whilst,  for  five  years,  being  part  of  the  management  team  of  the  company  that  operated  that 
programme, having full access to the detailed maintenance data, failure of the SHS components, 
unit costs, management structure, activity organization, etc, during that period. The study provides 
the  chance,  for  the  first  time,  to  contrast  the  real  data  of  decentralised  electrification  with  the 
classic assumptions, by means of the SHS's reliability statistic research, the characterization of the 
actual costs in the operation and maintenance (O&M) phase and the study of the application of the 
results in the formulation of PVRE programmes. 
This chapter introduces the detailed historical evolution of rural electrification, in general and the 
photovoltaic rural technology, in particular, which nowadays has culminated in the implementation 
of large PVRE programmes. First, it focuses on the problem of access to electricity and discusses the 
difficulties  that  it  faces.  Then,  a  review  of  the  rural  electrification  origins  throughout  the  20th 
century is presented to show that barriers and solutions at the beginning of rural electrification are 
similar  to  the  current  challenges.  Finally,  an  historical  review  of  photovoltaic  rural  technology 
evolution shows that the three dimensions that integrate it (hardware, software and orgware) have 
unequally evolved to the present day, which gives rise to a still non‐mature technology. 
The  chapter  concludes  with  the  main  objectives  of  the  thesis,  a  brief  explanation  of  the 
methodology of the work and the description of the document structure. 
 
 
Chapter 1: Introduction 
4 
1.1 THE	GLOBAL	ACCESS	TO	ELECTRICITY	
1.1.1 Current	status:	1,300	million	people	without	electricity	
Nowadays, the lack of access to electricity affects to 1,300 million people worldwide, 20% of the 
world’s population. This figure, published by the International Energy Agency (IEA) in 2012 ‐ World 
Energy Outlook Report, [1] ‐ gives us an overall idea of a problem to be solved globally, similar to 
other issues such as hunger, access to clean water, sanitation, etc. According to the IEA, this figure 
has decreased since 1990, from 2,000 million people, to 1,300 million in 2010. Not only that, in just 
in 8 years (2002 ‐ 2010), it has been reduced from 1,623 million to 1,267, a gap of new 356 million 
people  with  access  to  electricity  (more  than  the  population  of  the  United  States  of  America). 
However, these figures are just estimations (as recognized by the IEA), since the lack of access to 
electricity is something specific to the marginal and rural areas of the less economically developed 
countries (LEDC), where the inaccuracy of the population census, also affected by the double and 
opposing  effect  of  population  growth  and  migration  to  urban  areas,  precludes  any  accurate 
estimations [2]. 
1.1.2 The	IEA	expects	that	universal	access	to	electricity	will	be	achieved	in	part	with	
Solar	Home	Systems	
From the perspective of reducing the world population without access to electricity, in 2010 the 
United Nations (UN) launched the Sustainable Energy for All (SE4ALL) initiative to "achieve universal 
energy access, improve energy efficiency, and increase the use of renewable energy" [3] (It must be 
remembered  that  the  UN  for  many  years  did  not  include  action  on  energy  poverty  in  the 
Millennium Development Goals).  
The  2011  World  Energy  Outlook  report  [4]  published  by  the  IEA  estimated  the  necessary 
investment  for  electricity  universal  access,  between  2010  and  2030,  at  US$  640  billion  (this 
requirement  is  small  when  compared  to  overall  energy‐related  infrastructure  investment, 
equivalent to around 3% of the total). The report suggests that 70% of the required infrastructure 
would consist of off‐grid systems: mini‐grids (65% of this share) and stand‐alone off‐grid solutions 
(the remaining 35%), that is, solar home systems (SHS), small hydro systems, and others (wind and 
biogas). We estimate that nowadays, the SHSs represent 95% of the stand alone system installed 
worldwide. So, the IEA foresees an investment of around US$ 150 billion for SHSs to reach universal 
access  to  electricity  before  2030.  If  photovoltaic  (PV)  systems  were  sized  to  meet  housing 
consumption  between  250  and  500  kWh/year  [5],  the  required  SHS  power  would  be  180  ‐  365 
watts peak (Wp). Taking into account a unit cost for the installed SHSs of between US$ 6 ‐ 8 /Wp1
, it 
would correspond to installing more than 50 million SHSs, giving access to electricity to 250 million 
people.  
1.1.3 Why	the	lack	of	electricity	is	a	problem	
Access to electricity is not considered a universal fundamental right of people [6]. However, there is 
a unanimous opinion that electrical supply is a priority factor which is urgent to resolve. Therefore, 
in the last decade there have been numerous initiatives to address the problem, such us the Global 
                                                            
1
 It includes equipment, transportation, installation of the SHSs and 10% of overhead expenses. 
Chapter 1: Introduction 
5 
Environmental Facility ‐ GEF [7], the Millennium Development Goals [8] and the Sustainable Energy 
for ALL (SE4ALL) from the UN [3], "Luz para Todos" in Brazil [9], Power for all in India [10] or "Luces 
para aprender" from the Organization of Ibero‐American States (OEI) [11], among others. 
Apart from the extended consideration in Western culture that human enrichment as a society, in 
economic, social, political and cultural aspects, is necessarily linked to infrastructure development 
[12, 13], perhaps, the best arguments that justify the need for access to electricity are included in 
the Millennium Development Goals (MDG). In this resolution, adopted by the UN in 2000, although 
there are no specific MDGs relating to energy, it has been recognized that MDGs cannot be met 
without affordable, accessible and reliable energy services (Table 1): 
Table 1: Importance of electrical access for achieving the MDGs 
Goal 1:  
Eradicate extreme 
poverty 
Access  to  modern  electricity  increases  household  incomes  through 
economic  development  and  reduces  the  burden  of  time‐consuming 
domestic labour. Electricity supply enables poor households to engage 
in activities that generate income by providing lighting that extends the 
working day and by powering machines that increase output. 
Goals 2 and 3:  
Universal primary 
education and promote 
gender equality and 
empowerment of 
women 
For  poor  people  everywhere,  access  to  electricity  frees  time  for 
education;  time  that  would  otherwise  be  spent  collecting  traditional 
fuels, fetching water, processing food or in other physical work. Access 
to  electricity  contributes  to  the  empowerment  of  women.  Increasing 
access to energy brings major benefits for women and girls; in health, 
education, and productive activities. 
Goals 4, 5 and 6: 
Reduce child and 
maternal mortality and 
reduce diseases 
Electricity  helps  improve  health  by  powering  equipment  for  pumping 
and  treating  water;  it  enable  health  clinics  to  refrigerate  vaccines, 
operate and sterilize medical equipment, and provide lighting. It allows 
the use of modern tools of mass communication needed to fight the 
spread of HIV/AIDS and other preventable diseases. Access to electricity 
helps  attract  and  retain  health  and  social  workers  in  rural  areas  by 
improving living conditions. 
Goal 7:  
Ensure environmental 
sustainability 
Energy  use  and  production  affect  in  local,  regional  and  global 
environments. The environmental damage and its harmful effects can 
be  reduced  by  increasing  energy  efficiency,  introducing  modern 
technologies for energy production and using renewable energy. 
Goal 8:    
Develop a global 
partnership for 
development 
The World Summit for Sustainable Development called for partnerships 
between  public  entities,  development  agencies,  civil  society  and  the 
private  sector  to  support  sustainable  development,  including  the 
delivery of affordable, reliable and environmentally sustainable energy 
services. 
 
However, these arguments, usually very common in the literature, should be treated with caution, 
since, very often, the availability of electricity does not directly involve any development [14, 15]. 
An example that refutes this attribution is the Moroccan Global Rural Electrification Programme 
Chapter 1: Introduction 
6 
(PERG  in  French  acronym),  which  will  be  widely  discussed  in  this  work.  This  electrification 
programme focused on providing electricity mainly to housing and not to farmlands, which are the 
places where electrification could have some impact on the development of the local economy. The 
case of Tizi n'Ait Amer, a small village of just 700 inhabitants in the south of Morocco, is illustrative. 
It got access to electricity 10 years ago and every dwelling is connected to the grid. However, no 
new  economical  activities  have  been  developed  since  the  electrification  of  the  village.  The  only 
hope of carrying out new activities has been the extension of agricultural lands, which has recently 
become possible thanks to the installation of a photovoltaic water pumping system to irrigate the 
new  crops,  as  the  wells  are  400  meters  from  the  village  and  the  grid  does  not  reach  it2
.  This 
example shows that giving access to dwellings is not enough for economical development. Rural 
electrification must be more ambitious if new economical activities are to be implemented.  
From  a  different  point  of  view,  most  modern  societies  are  economically  based  on  the  so‐called 
"consumer economy", thus it is not surprising that private corporations, financial institutions and 
public  administrations  are  interested  in  the  extension  of  the  economy  to  the  rural  population, 
focusing  in  the  fact  that  access  to  electricity  contributes  to  the  acceleration  of  that  process 
(consider, however, the existing criticisms of the dominant current model of economic growth, but 
this subject is far from the arguments addressed in this thesis). 
Beyond corporate or market interests, the extension of the access to electricity is currently in the 
hands of the people themselves, that even knowing about the electricity, they still live without it 
and therefore they demand it. To a greater or lesser extent, modern standards of living have spread 
to the most remote areas of the planet, and so electric lighting, television and mobile phones are 
currently perceived as basic needs in the rural areas of impoverished countries. The introduction of 
these everyday uses requires the availability of electricity. It can be said that after more than a 
century of electrification, the current demand for electricity is global. 
1.1.4 	Blocking	factors	
Despite the efforts made to enhance the conditions for people in rural environments, the fact is 
that the access to electricity rates are still very low in some regions of the planet (Sub‐Saharan 
Africa and South Asia constitutes 95% of the world population without access to electricity). 
The evolution of the rate of access to electricity is affected by several factors: 
a) Positive factors that increase the electrification rate: 
‐ Migration from rural to urban areas 
‐ Rural electrification 
‐ Maturity, quality and cost reduction of new technologies 
b) Negative factors that reduce the electrification rate: 
‐ The high birth rates in rural areas of impoverished countries 
‐ The increased costs of conventional technologies 
                                                            
2
 Own  sources.  The  PV  pump  installed  in  Tizi  n'Ait  Amer  belongs  to  a  project  financed  by  the  Spanish 
International Cooperation (AECID) and the Universidad Politécnica de Madrid (UPM) 
Chapter 1: Introduction 
7 
These  factors,  which  could  be  quantified,  depend  on  other  more  unpredictable  and  difficult 
weighting factors, such as political will, armed conflict, famine, natural disasters, etc. 
Considering the last 3 decades (1980 ‐ 2010), an analysis of the factors involved in global access to 
electricity could be carried out just by assigning an indicator to each factor (Table 2). 
Table 2: Factors that quantitatively affect the evolution of global access to electricity 
Factor  Indicator  1980  2010 
Migration from rural to 
urban areas 
Rural population (nº 
of people living in 
rural environment) 
2,675,822,000 
 (61% of the 
population) 
3,320,679,000 
 (48% of the 
population) 
Birth  
World population (nº 
of people) 
4,413,536,000 
6,861,918,000 
(increased by 
55%) 
Rural electrification 
programmes 
People without access 
to electricity  
2,000,000,000 
 (45%) 
1,300,000,000 
 (20%) 
Maturity and reduced 
costs of new technologies 
Photovoltaic systems 
costs ($/Wp of the 
photovoltaic module) 
$12 
$0.8 (93% 
reduction) 
Increased costs of 
conventional 
technologies 
Crude oil prices (US$/  
barrel) [16] 
Jan. 1970 (Before 
1970s oil crisis) 
US$ 21.00 
July 2010 
US$ 82.25 
1.1.4.1 The	increase	in	the	rural	population	
On the one hand, in spite of the strong migration impact towards the cities (in 2007 there was the 
historical phenomenon that, for the first time, the world population changed from mainly rural to 
urban),  the  high  global  birth  rate  has  meant  that  in  3  decades  the  world’s  rural  population  has 
increased by 25% (more than 600 million people). 
On the other hand, although the rural electrification programmes have contributed to increasing 
the rate of access to electricity, it is not known precisely what was this rate in the 1980s, but it can 
be estimated that the overall number of people without access to electricity remained constant 
during  that decade at 2,000 million, which  means  45% of  the  population [17].  If  the figure was 
reduced to 1,300 million in 2010, it means that the rate of access to electricity is still higher than 
the  growth  rate  of  the  rural  population,  which  is  a  very  encouraging  fact  (see  Figure  1)  on  the 
evolution of the global access to electricity, especially in Asia, where the ratio of people without 
power  is  declining  rapidly  (China  gave  access  to  electricity  to  more  than  700  million  people 
between 1980 and 2000 [18], and the country's electrification rate currently exceeds 99% [5]). Sub‐
Saharan  Africa,  however,  remains  as  the  only  region  of  the  world  where  the  number  of  people 
without access to electricity is increasing. 
Chapter 1: Introduction 
8 
 
Figure 1: Global evolution of population, rural population and lack of access to electricity until 2013. World 
Bank [19] 
1.1.4.2 Conventional	electrification	is	becoming	more	expensive	
The  current  high  costs  of  conventional  rural  electrification  systems  are  affected,  among  other 
factors,  by  the  increased  prices  of  fossil  fuels.  For  example,  in  US,  the  cost  of  electricity  for 
residential  use  has  doubled  in  three  decades.  In  Europe,  between  2002  and  2013,  the  cost  of 
electricity for households has gone up by 61%.3
 
Among  the  less  electrified  regions  of  the  world,  Sub‐Saharan  Africa  has  the  most  expensive 
electricity tariff in the world, on average between US$ 0.13 ‐ $0.14/kWh (in comparison, electricity 
tariffs in Latin America, Eastern Europe and East Asia are around US$ 0.08/kWh.) [5], which lie well 
below the true cost of production, which on average is US$ 0.18/kWh, preventing any return in 
capital, thus threatening the long‐term sustainability of the utilities in the region [20]. 
If,  in  addition,  we  consider  the  investment  needed  to  provide  access  to  electricity  to  rural 
communities,  it  should  be  noted  that  the  infrastructure  costs  for  conventional  electrification 
(extensions  of  electricity  grids  mainly  through  the  medium  and  low  voltage  lines)  has  increased 
considerably. These lines  use raw materials such as iron and copper, whose market  prices have 
increased 2 and 5 fold respectively from 1980 to now [21]. The average cost of a medium voltage 
line is around €6,000/km (case of 11 kV; cost of medium voltage transformers or operation and 
maintenance not included [22, 23, 24, 25]) and its impact on the energy costs can be estimated at 
€2.5c/kWh/km [26]. 
At  the  same  time,  during  the  last  40  years,  the  silicon  flat‐plate  photovoltaic  industry  (that 
represents more than 90% of the global photovoltaic market) has reduced its costs by 93%, so in 
the sunniest countries, such as the Mediterranean area, or most of the African continent, it is now 
                                                            
3
 Note, however, that the integration of renewable energy sources into the European energy mix has also 
affected the increase in tariffs. 
‐
1,000   
2,000   
3,000   
4,000   
5,000   
6,000   
7,000   
8,000   
1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020
Million of people
World 
Rural World
Without electricity access
7,125
3,336
1,285
Chapter 1: Introduction 
9 
feasible to produce solar electricity at a cost around4
 €8c/kWh , which could lead to the possibility 
of a medium term change of paradigm. 
On other matters, from 1980 to 2010, electrical power consumption in the world has increased by 
more  than  150%,  at  a  rate  nearly  5%  per  year  (Figure  2).  However,  the  human  population  has 
grown  at  a  rate  of  1.8%  per  year,  which  indicates  that  electricity  consumption  per  capita  has 
increased  almost  3  fold  in  30  years.  Although  the  development  of  the  industry  carries    a  lot  of 
weight in these results, it is also obvious that home electricity consumption is growing. This fact 
suggests that providing access to electricity leads not only to an increase in the power required to 
meet the new connections, but also that this power needs to be gradually increased according to 
trends in household consumption. 
 
Figure 2: Evolution of the World’s electricity capacity, generation, consumption and losses [27]   
Within the great figures of the world electricity generation, it is worth mentioning the importance 
of the distribution energy losses (see Figure 2), which represent 8 ‐ 9% of the electricity generated 
every year worldwide. This means annual losses of 1,800∙106
 MWh, enough to supply electricity to 
a  country  of  more  than  300  million  inhabitants  with  the  European  standard  consumption  of 
electricity (5.4 MWh/person/year [28]). Not only that. Taking into account the minimum electrical 
consumption  to  guarantee  basic  life  conditions  (1  MWh/person/year  [29]),  the  figure  would 
become 1,800 million people; and considering the average consumption per capita in Africa (0.5 
MWh/person/year),  this  figure  would  rise  to  3,600  million  people,  almost  3  times  the  world’s 
population without access to electricity. 
                                                            
4
 It concerns large photovoltaic (PV) power plants. Taking into account a power degradation rate of 1%/year 
for PV modules and a lifetime of 25 years, 1 kWp PV power could produce around 44,500 kWh for 25 years 
(solar radiation = 5.5 kWh/m2
/day). At current PV power plant investment prices (€1.5 /Wp), a performance 
ratio PR = 0.75 and O&M costs corresponding to 3% yearly of the investment cost, the produced solar energy 
cost would be €7.8c/kWh. 
 
0
1,000
2,000
3,000
4,000
5,000
6,000
0
5,000
10,000
15,000
20,000
25,000
1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015
Total Electricity Net Consumption (Billion Kilowatthours)
Electricity Distribution Losses (Billion Kilowatthours)
Total Electricity Installed Capacity (Million Kilowatts)
109 kWh 106 kW
Chapter 1: Introduction 
10 
1.1.4.3 	Political	and	social	factors	
In the current global energy scenario, with a declining growth rate of the world’s rural population 
and  viable  alternatives  to  conventional  electrification,  we  can  estimate  that  technical  and 
economical aspects are not the only cause impeding access to electricity. The development of rural 
electrification also depends on other factors such as political will, social acceptance, subsidies and 
agricultural development policies, among others. 
It is socially accepted that renewable energies, especially photovoltaic technology, are "expensive"  
and have low reliability compared to conventional technologies, so they would require a great deal 
of  investment  for  implementation  and  the  power  supply  could  not  be  guaranteed.  But,  in  2013 
subsidies to conventional energies, such as petroleum, reached US$550 billion all around the world, 
4 times higher than the amount dedicated to renewable energies [30]; or, in the same context, as 
regards rural electrification, the World Bank (WB) argues that subsidies for grid electrification are 
significantly greater than those for off‐grid electrification [31].  
As regards rural development in impoverished countries, the lack of structure in the agricultural 
sector  also  contributes  to  impeding  access  to  electricity,  since  the  agricultural  policies  require 
investments in infrastructures to be made in the agricultural economy and dignify the peasant's 
lives. Thus, it is very unlikely that a country without agricultural policies will be able to allow the 
rural population to get access to electricity. As will be set out below, rural electrification in almost 
all Western countries in the mid‐20st century was developed in parallel with agriculture with the 
aim of modernizing the countryside and increasing agricultural production ratios. 
Finally, it must be taken into account that rural electrification especially addresses a particular part 
of  society,  the  peasants.  They  have  been  historically  constituted  as  an  independent  economy 
characterized by the fact that the peasantry has always supported itself. The peasant community is 
the most aware class with regard to its economy, which determines the decisions that they take 
daily.  The  difference  between  a  peasant  and  other  society  member  is  that  the  former  knows 
perfectly what he obtains from his work: he produces what he needs to live and the rest of the 
production can be a surplus value when sold on. On the other hand, a worker from the "standard" 
society never knows the real value of the product of his work. Thus, is important to realize that 
giving access to electricity to rural people means an incursion from the macro‐economy into the 
peasant  economy,  with  all  the  difficulties  involved  (resistance  to  change).  For  example,  rural 
inhabitants from countries like Morocco are not familiarized with public services such as electricity, 
and it is difficult to admit concepts like the payment of monthly fees or the long term contracts, or 
contractual rights and obligations. 
To  better  understand  the  phenomenon  of  contrast  in  the  development  of  rural  electrification, 
which prevails both in the effort to electrify and the problem of electrification, there is nothing 
better than referring back at the origins of rural electrification in the Western countries carried out 
during the twentieth century. 
 
Chapter 1: Introduction 
11 
1.2 THE	ORIGINS	OF	RURAL	ELECTRIFICATION	
1.2.1 The	appeal	of	electricity	
1.2.1.1 Start	of	the	marketing	of	electricity.	The	1881	Paris	Exposition	
Electricity and its applications have fascinated humans since the beginning of the industry over 130 
years ago. When today a peasant family without access to electricity in an impoverished country 
finally gets access to it, the ability to marvel at the optimum quality of electric lighting in addition to 
the possibility of using appliances like TV or mobile phone must be very similar to that experienced 
by our ancestors in the late nineteenth century. 
It  may  be  argued  that  the  commercial  inception  of  the  electrical  industry  began  with  the 
International Exhibition in Paris in 1881, exclusively dedicated to electricity, that brought together 
many  of  the  inventors  and  industrialists  from  the  emerging  sector  at  the  time  to  exhibit  their 
creations  and  show  them  to  the  world  (Figure  3).  It  was  the  closest  thing  to  what  we  now 
understand  as  an  industrial  exhibition.  It  was  attended  by  over  600,000  visitors  and  had  over  a 
thousand exhibitors (including Thomas A. Edison, Joseph W. Swan, Zénobe T. Gramme, A. Graham 
Bell, William Thomson, etc), 19 of whom came from Spain [32].  
 
Figure 3: Overview of the International Exhibition of Electricity, Paris 1881 (appeared in Nature, 1881 
second quarter) 
Inside the Palais de l'Industrie, which then occupied the place where now stands the Grand Palais 
des Champs Elisées, the latter built to host 1900 Universal Exhibition, all kinds of inventions for 
electric power generation, transmission and application were exhibited, from a lighthouse, boats 
and  even  an  airship  driven  by  electric  motors,  submarine  cables,  telegraphy  apparatuses, 
electrochemical  batteries,  electric  stoves,  large  magneto‐electric  machines,  microphones,  trams, 
etc. 
Chapter 1: Introduction 
12 
But surely, there were two applications which caused more excitement: the phone and lighting. On 
the latter, the Spanish magazine "La Ilustración Española y Americana" published in reference to 
the Paris Exhibition the following [32]: 
"On the bottom left, there are all the known generators: steam, gas, or by means of batteries. 
Further, a series of powerful gas engines or steam, which set in motion the dynamo‐magneto‐
electric machines of Gramme, Lontin, Siemens and Meritens, which send torrents of electricity 
to  the  lamps  of  various  systems,  which  shine  splendidly  inside  the  Palace  with  the  most 
brilliant clarity that human industry has ever produced and with the astonished gaze of man 
has ever seen." 
Thus, electric lighting was the first application of electricity that amazed humanity and became the 
engine  of  development  and  expansion,  thus  making  other  means  of  artificial  lighting  practically 
inconceivable. 
1.2.1.2 	First	public	supply	of	electricity	in	a	rural	setting:	Godalming	1881	
Coinciding with the 1881 Exhibition in Paris, and one year before that the famous electric power 
plant of Pearl Street in New York (September, 1882) was inaugurated, it took place in September, 
1881 in Godalming (England) the first experience in the rural supply of electricity on record, built to 
provide  street  lighting  for  the  town,  and  replacing  the  existing  gas‐lighting  system.  In  the  last 
quarter  of  the  nineteenth  century,  electricity  was  perceived  by  society  within  the  realm  of  the 
"scientific". The fact that it was applied in a small town of only 2,000 inhabitants caused a huge 
interest around the country. The power generation genius system and the welcome given by not 
only the local and surrounding population, but also by the press, because of the good quality of 
lighting [33], started the paradigm of what electricity would mean for humanity throughout the 
coming  century.  However,  the  enormous  expectation  of  the  pioneering  system  and  its  initial 
success had to deal with its technical immaturity and despite the enthusiasm of its promoters, the 
private company of electricians Calder & Barnet, eventually abandoned its contract with the Town 
of  Godalming,  which  in  turn  was  taken  over  by  Siemens  and  after  numerous  problems,  causing 
continuous and repeated outages, Godalming went back to gas lighting only 2 and a half years after 
the start of the new experience. Electricity would come back to Godalming in 1904 and this time 
would be forever. 
1.2.1.3 	The	urban	development	of	the	electrification	
Electrification  applied  to  lighting  was  really  confined  to  the  big  cities,  whose  beginnings  were 
marked by the fierce competition against gas‐lighting, but the rapid popularity of electricity and its 
great reception brought about its rapid expansion.  
The  first  urban  experiences  of  using  electricity  did  not  go  beyond  being  mere  exhibitions.  For 
example  the  lighting  of  Puerta  del  Sol  in  Madrid  in  1875,  or  in  1878,  to  mark  the  engagement 
between King Alfonso XII and his cousin Maria de las Mercedes (who was only 17 years old. She 
would die of typhus just five months later, giving rise to the famous legend of the love between 
them and the traditional songs that have survived in popular heritage), or other more extravagant 
events,  like  the  first  night  bullfight  with  not  very  good  results  in  1879,  which  "La  Ilustración 
Española y Americana" would outline [32]: 
"If the shadows of our grandparents hold bullfight functions in the Otherworld, they should be 
very similar, because what we saw was a show of silhouettes." 
Chapter 1: Introduction 
13 
In the late nineteenth century, European cities were equipped with a gas lighting service operated 
by  private  companies.  The  pioneers  of  electrification  were  also  private  companies,  and  after 
electricity  superseded  gas  lighting,  many  gas  companies  turned  to  electricity.  Thus  emerged  a 
network of companies that obtained concessions (from municipalities) to illuminate streets or even 
whole  neighbourhoods.  The  companies  employed  steam  engines  and  alternators  installed 
wherever  they  could  (rented  basements,  cellars,  etc)  to  power  the  street  lights.  Very  soon, 
theatres, cafes, public buildings, and later dwellings, would also be electrified which led to complex 
commercial competition between the numerous electric companies (Figure 4), generating a price 
war in order to win customers.  Electrical distribution was born, therefore, as a totally private and 
decentralized system. 
 
Figure 4: Electricity sales advertisement appeared in an early 20th century newspaper from Barcelona  
1.2.1.4 The	world's	largest	industry	emerges:	the	electrical	industry	
The development of the electricity supply industry was possible thanks to private equity, closely 
linked to the European industry. In the case of Spain, the first electric company, also founded in 
1881, was the "Sociedad Española de Electricidad", with a company's share capital of 20 million 
pesetas, and created by D. Tomás Dalmau, who owned an "optics and physics" shop in Barcelona, 
and who  had previously introduced the  Gramme  machine in Spain in 1873, which subsequently 
obtained a license for manufacturing. 
The  "Sociedad  Española  de  Electricidad"  installed  a  multitude  of  electrical  supply  equipment  for 
public and interior lighting in many cities in Spain, especially Barcelona and its surroundings, even 
overseas  (Cuba  and  the  Philippines)  and  navy  warships.  The  representative  of  the  company  in 
Madrid, who was also a partner, the engineer and inventor Artilleryman Colonel Isodoro Cabanyes, 
had  already  equipped  his  atelier  with  electricity  in  1881  for  lighting  and  motive  power.  He  was 
responsible for many of the first electrical project demonstration in Spain. It is worth mentioning 
that  Cabanyes  would  work  some  years  later  on  the  use  of  solar  energy  for  decentralized  rural 
applications in the field of agricultural irrigation, firstly through a "solar reflector system" (Figure 5) 
and afterward with the "solar air engine" [34].  
The company was taken over in 1894 by the German company Allgemeine Elektrizitäts Gesellschaft 
(AEG) who founded the "Compañía Barcelonesa de Electricidad" in the same year [35, 36, 37, 38, 
39]. 
Chapter 1: Introduction 
14 
 
Figure 5: Cabanyes's solar reflector. It appeared in 1890 in the magazine La Gaceta Industrial [34] 
Electricity  generation,  initially  produced  by  means  of  the  steam  engine,  made  the  leap  to 
hydroelectricity, which meant a reduction in the costs of production and consequently electricity 
tariffs, initiating the development of large electrical distribution networks. 
This new situation led to the need to make major investments in the construction of dams and 
reservoirs,  artificial  waterfalls,  high  voltage  distribution  lines,  etc.  However,  the  enormous 
investments necessary could not be covered by the limited national electric companies, nor even 
the public administration, so since the very early days, the electricity industry in Spain, which in the 
1930s  was  the  most  important  in  terms  of  investment,  exceeding  that  of  the  rail  and  mining 
industries, needed the intervention of international investment holdings to meet the costs of the 
rapid development of the electricity sector. In the early 1930s all European utilities were already in 
the  hands  of  roughly  20  companies,  thus  shaping  what  would  later  become  the  paradigm  of 
centralized electrification [36]. 
1.2.2 The	beginnings	of	rural	electrification	and	its	problem	of	profitability		
After  the  introduction  of  use  of  electricity  in  the  cities,  the  Spanish  countryside  showed  little 
interest in the new technology. However, the public administration considered electricity as the 
panacea for the 3 major rural problems of the Spanish post‐civil war years [40]: unemployment, 
poverty and the consequent rural exodus. However, access to electricity in the countryside had to 
face  two  major  obstacles:  "the  enormous  cost  of  setting  up  the  transmission  and  distribution  of 
electricity" and the lack of interest of the rural population towards technological innovation. The 
first problem was solved  through subsidies and as  regards the latter, Luis González Abela in his 
book "La Electrificación Rural, Problema Nacional " published in 1942 described the problem in thus  
[40]: 
"... there is only one way to overcome it, which is a very active advertising through pamphlets, 
daily and technical press, radio, cinema and whatever means possible, which will highlight the 
transcendental  benefits  that  would  result  giving  access  to  electricity  to  our  honoured 
peasants, because there is no reason for them to be second‐class citizens and because they 
did not commit any offense in having born in the countryside ... " 
Chapter 1: Introduction 
15 
An example of these transcendental benefits was cited in the Congress of Rural Electrification in 
1948, held at the School of Industrial Engineers of Madrid [41], in which the importance of using 
radio receivers  for the Spanish peasant was mentioned: 
"... [the peasant] isolation is broken in this way. He belongs to the great human family. He 
can cultivate his Spirit, increase his knowledge, participate in the national life and enjoy the 
artistic beauties of music whenever he wants. Not enough can ever be said about the benefits 
of radio in the life of an isolated peasant. " 
Much less documented than urban electrification, rural electrification was carried out in parallel 
with  the  urban,  but  with  a  different  approach  and  significant  limitations.  On  the  one  hand,  the 
existence  of  small  waterfalls  that  were  used  in  the  flour  mills,  saw  mills,  foundries,  etc,  were 
exploited by means of small generators (dynamos) to provide electricity to small towns. Again, the 
origin  of  the  electrification  system,  like  the  urban  one,  was  absolutely  decentralized.  From  that 
mentioned at the 1948 Congress of Rural Electrification, the following is extracted [41]: 
"The typical electric mill that is used in many towns and all of its electrical industry is known; 
it is a completely logical solution, which adequately meets the needs of these people. It is 
enough to have a small water flow, provided by any ravine that goes to a canal that carries 
the water to a small pond. At the foot of it, a turbine with a dynamo and engine is installed, 
achieving a power of 5 to 20 CV; the latter serves to supply electricity to several towns. During 
the daytime it works as mill, and at night, the dynamo supplies lighting to the town. This is 
the reality for a large area of the country, and as long as the Spanish countryside does not 
change  its  habits,  what  nowadays  seems  to  be  difficult,  the  National  power  distribution 
networks and the rural electrification will be superfluous." 
They  were  small  companies  including  municipalities  and  agricultural  cooperatives  which  were 
commissioned  in  the  early  decades  to  deal  with  these  matters.  The  technical  and  productive 
limitations of the electrical rural generators, the distribution losses (voltage drops) and the gradual 
increase in loads (users added more lighting points, or appliances every year), caused the electric 
service to be of very poor quality, with frequent power outages and failures of the generator or 
even in the  distribution  network. From the aforementioned 1948 publication, the following was 
cited [41]: 
"... the technical solution for creating small local power plants or, at most, at a regional level, 
installed in waterfalls that are built ad hoc or even using already existing mill and sawmill 
facilities, is usually not effective, unless, even within modesty of the installations, their energy 
power  far exceeds that required for the loads."  
At  the  time,  the  notion  of  critical  mass  of  users  that  would  allow  to  a  company  to  manage  an 
electrical network with an economic return was already mentioned [41]: 
"... the towns where electrical lighting has not yet arrived, not only will not give profits but 
losses, even if the facilities were freely outsourced to the nearest distributor, as the expected 
revenue would be 75‐100 pesetas  per month on average at current tariffs, because towns 
have  between  15  and  40  neighbours,  most  of  them  with  poor  access,  and  therefore  the 
operation of electrical services is very expensive." 
"The  solution  must  be  sought  permitting  the  rural  distributors  to  apply  an  adapted  tariff 
throughout  its  region.  In  this  way,  while  tariffs  remain  moderate  for  the  entire  electricity 
rates, the distributors can increase it to get the real rural electrification in the area that they 
Chapter 1: Introduction 
16 
manage. So these new rates shall be applied to the rural market in which villages with up to 
2,000 subscribers must be included. " 
 Another  singularity  of  the  rural  electrification,  which  directly  affects  the  problem  of  the 
profitability should also be noted: the collection of the user fees. Given that the peasant and his 
family spend most of the daylight hours in agricultural activities, it is most likely that collectors, 
when they visit their customers will not find anyone at home, so the already high cost of moving 
around  remote  regions  is  increased  as  they  have  to  return  repeatedly.  In  this  regard,  another 
extract from the 1948 Congress is shown [41]: 
"Collection of receipts.‐ currently, they are charged at home, which is very expensive because 
the collector does not always find all the neighbours at home, so he is bound to make several 
trips, and very likely he may not be able to complete the collection." 
As  a  result  of  this  historical  evidence,  it  can  be  argued  that  some  of  the  problems  that  rural 
electrification  had  to  face  in  the  first  half  of  the  twentieth  century  were  based  on  the  lack  of 
profitability for the utilities, due to the high costs of infrastructure (network extensions), no return 
on  investment  (very  low  consumption  of  electricity)  and  insurmountable  operation  and 
maintenance  tasks  (remote  and  dispersed  customers  and  difficulty  in  managing  users'  fee 
collection).  As will be seen below, these problems have remained to date. 
1.2.3 Rural	electrification	to	modernize	agriculture	
In 1932, during the Second Spanish Republic, the Instituto de Ingenieros Civiles (now known as the 
Instituto de la Ingeniería de España [42]), organized a series of conferences on rural electrification 
dedicated  to  electrical  energy  applied  to  agriculture,  where  in  a  somewhat  visionary  way  it 
addressed the tilling of the land by means of electric machines, in addition to the "electroculture of 
crops" (direct application of electricity to the crops to influence their development). The focus of 
the conferences was the French experience, which had already almost 40,000 electrified towns and 
used the "electric‐tiller" (Figure 6) for agricultural work in France, its Protectorates and Colonies 
[43]: 
"... the Gas Lebón Company, in Algeria [...] had decided to give a subsidy of 300,000 Francs to 
private farmers and agricultural cooperatives that purchased electric‐tillers of more than 100 
H.P." 
 
Figure 6: Electric‐tiller with cable winch, owned by the Société Générale Agricole (SGA). Photo from [43] 
Chapter 1: Introduction 
17 
It is known that later, during the second half of the twentieth century, the engine of development 
of  rural  electrification  were  policies  focused  on  agricultural  modernization,  carried  out  in  the 
European post‐war as a means of activating the European economy. 
"... to turn electrification into a profitable activity, it must cover electric‐tilling, harvesting, 
threshing and other available operations using electric motors ..." [41] 
Thus, the idea was to extend the grids, at the time fed by large hydraulic and thermal power plants, 
toward farms with the aim of increasing crop yields through the use of new electrical equipment. 
However, the private companies, which had flourished within urban electrification, did not perceive 
the  same  business  opportunity  in  rural  electrification  that  had  it  had  seen  in  the  cities,  for  the 
aforementioned reasons. 
1.2.4 	Public	subsidies	for	rural	electrification	
Then government intervention was required through incentives for both the utilities and the rural 
users in order to make the rural electrification attractive to them. In most Western countries rural 
electrification  was  achieved  through  grants  and  loans  provided  to  the  electricity  companies  to 
ensure a return on the investment, and carrying out awareness campaigns addressed to the rural 
population to ensure a minimal electric power consumption. 
For example, the US created a rural electrification agency (the Rural Electrification Administration ‐ 
REA) with the aim of funding the utilities that were electrifying the rural areas [44, 45].  In the 
1930s, the US administration launched a promotional campaign aimed at encouraging the peasants 
to  use  electricity  (at  the  time  they  were  reluctant  to  pay  for  an  electric  service  that  never  had 
needed before) for different domestic appliances and machinery for agriculture and livestock farm 
work (Figure 7). 
 
Figure 7: Two of the advertisements that the REA agency used for electrification promotion in the 1930s to 
increase awareness among the rural population on the benefits of electricity. 
Chapter 1: Introduction 
18 
Thanks to this campaign, an electrification rate close to 100% in US was attempted in few decades, 
which contributed to popularizing the use of domestic appliances, such as television, oven, iron, 
bread machine, vacuum cleaner, etc, which would later be exported all over the world. It had the 
same  impact  on  agriculture,  and  the  consequent  employment  of  sophisticated  electrical  power 
tools. 
1.2.4.1 Public	subsidies:	The	Spanish	PLANER	
In 1974, in Spain, more than 900,000 rural people still lacked access to the public service electricity 
lines (over 6% of rural population). Giving access to electricity to that remote population meant a 
huge  investment  and  negative  profitability  because  of  the  wide  dispersion  and  low  purchasing 
power of the population. The 1973 National Electrical census indicated that while the density of 
subscribers in urban areas was 116.68 per km2
, in rural areas it was 11.42 per km2
. Moreover, while 
the mean urban consumption was 6,244 kWh/year (per dwelling), the rural rate was 885 kWh/year, 
i.e. the rural household consumption was 7 times lower than the urban one and the dispersion of 
the dwellings was 10 times higher, what meant that the rural electrification costs were 70 times 
higher than the urban costs [46]. 
Although  most  of  the  electricity  companies  in  Spain  were  private,  the  Spanish  government 
launched the rural electrification plan, PLANER in Spanish acronym, [47] with the aim of providing 
access to the non‐electrified rural population, upgrading rural power grids and contributing to the 
increase in agricultural and rural electricity consumption. The programme was carried out between 
1976  and  1989.  Just  from  1982  to  1989  [48],  the  amount  of  these  subsidies  reached  32  billion 
pesetas (more than €700 million at current rates [49]).  
In parallel to the modernization and extension of the conventional power grids,the first experiences 
in  decentralized  electrification  was  carried  out  in  the  1980s  by  means  of  renewable  energies, 
promoted by the National Institute for Reform and Development (IRYDA in Spanish acronym) within 
the PLANER programme. Around 3 million ECU (European Currency Unit) were dedicated between 
1982  and  1985  (€4.6  million  at  current  rates,  applying  inflation  rate)  to  install  more  than  2,200 
photovoltaic systems [50] in dwellings from decentralized areas. 
	
1.3 REVIEW	 OF	 THE	 DEVELOPMENT	 OF	 THE	 PHOTOVOLTAIC	 RURAL	
ELECTRIFICATION		
1.3.1 Introduction	
During the second half of the nineteenth century, the rising cost of coal led to the exploration of 
other alternatives to replace the coal in industrial applications where thermal processes intervene. 
That was how the French professor M. Augustin Mouchot developed his solar thermal system, later 
perfected by the engineer Frank Shuman in US in the early twentieth century [51] (see Figure 8). 
After the First World War, oil prices dropped dramatically, putting an end to the new global energy 
paradigm  based  on  this  fossil  fuel  while  technological  initiatives  based  on  solar  energy  were 
abandoned. 
Chapter 1: Introduction 
19 
 
Figure 8: Left: 1878 Universal exhibition in Paris. First parabolic trough solar collector developed by 
Mouchot in 1866; right: First solar‐generating plant set up in 1913 in Egypt at Maadi by Frank Shuman 
The use of solar energy was absolutely forgotten for 6 decades until the 1970s, when the oil crises 
of 1973 and 1979 shook the entire energy sector. Then the emerging photovoltaic technology, at 
the  time  restricted  to  aerospace  since  in  the  50s,  Bell  laboratories  in  US  developed  the  first 
photovoltaic cells, making the jump to terrestrial applications. This coincided with the first steps in 
the manufacture of silicon cells at a much lower cost than existed to date (in 1971, the price of 
silicon photovoltaic cells for the aerospace industry was $100/Wp [51]).  
Since  then,  the  use  of  photovoltaics  was  conceived  as  a  possible  solution  to  electrification  in 
remote  areas.  On  the  one  hand,  the  solar  resource  is  available,  to  a  greater  or  lesser  extent, 
everywhere in the World and on the other hand, the photovoltaic module is an element of high 
reliability and long life, which makes it ideal for use in isolated areas. 
Despite  these  two  great  qualities,  there  have  been  other  factors  that  have  played  against  the 
supposed  "idealism"  of  the  photovoltaic  technology,  such  as  high  costs  or  low  reliability  of  the 
other system components. These negative factors have been evolving during the 40 years of PV 
history  thanks  to  the  efforts  of  industry,  researchers,  installers  and  especially  the  users,  who 
throughout the world have been the great laboratory of the decentralized PV electrification. 
1.3.2 The	Solar	Home	System	in	Photovoltaic	Rural	Electrification	
Although the global PV market is currently shared by around 99% dedicated to the grid‐connection 
and only 1% (see Figure 9) to off‐grid applications, the use of PV technology in stand‐alone systems 
was,  until  2000,  the  most  extended  application,  mainly  to  provide  electricity  (lighting  and  small 
appliances)  to  rural  homes  through  the  so‐called  solar  home  systems  (SHS).  The  PV  rural 
electrification is currently growing annually at a rate greater than 20% [52]. For example, the off‐
grid  PV  systems  power  installed  in  2013  may  have  been  more5
 than  600  MW  (with  500  MW 
installed in China alone) [53]. 
                                                            
5
 The author have not found any source reporting reliable data about global off‐grid PV markets 
Chapter 1: Introduction 
20 
 
Figure 9: Evolution of the off‐grid and grid‐connected global market. The worldwide cumulated PV installed 
power at the end of 2014 was 177 GWp 
The  solar  home  system  has  been  the  most  used  concept  for  mass  electrification  of  houses  in 
remote areas, versus the centralized PV systems (pure or hybrid power‐plants) or commonly so‐
called mini‐grids (Figure 10). 
 
Figure 10: Left: Village electrified by SHSs; Right: PV off‐grid power plant (both in Morocco) 
The idea in favour of SHS argues that PV users invariably consume more electricity when they are 
not personally responsible for the system. This concern is linked to the capacity and size of the 
systems,  to  which  the  operation  and  maintenance  factor  could  be  added.  The  management  of 
collective structures (need of local organizations, agreements, etc) seems to be more difficult than 
individual systems. However, SHS has also been imposed versus the mini‐grids for the following 
reasons: 
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012
2013
% Grid‐Connected % Off‐Grid Cumuled GWp GWp
Chapter 1: Introduction 
21 
 Standardization. The same design can be used in different homes or applications of similar 
ranks, which makes it easier for engineers, developers and installers; 
 Geographical spread. SHS can be applied in both dense and sparse populations. Mini‐grids 
are justified only in geographically dense villages; 
 Local availability of spare parts. SHS components are more standardized than those of mini‐
grid  power  plants,  so  it  is  easier  to  find  spare  parts  locally  in  countries  where  PVRE  is 
developed, such as electrochemical batteries, regulators or light bulbs adapted to the SHSs. 
An SHS is typically made up of (Figure 11) a small PV generator (35 – 100 Wp), a charge controller, 
an electrochemical lead‐acid battery, several lamps and DC plugs to connect low loads, such as TVs, 
radios or mobile phone chargers. These systems are usually set up to a 12 Vdc output [54]. 
 
Figure 11: Left: Solar Home System electric scheme, right: PV module of the SHS on the dwelling roof 
Even though photovoltaic technology applied to rural electrification has reached a solid maturity 
after 40 years of development, it still faces several problems, some of which are dealt with in this 
thesis. These problems involve not only the body of the technology itself, the SHS (what we are 
going to call hardware), but they mainly affect the management of decentralized services in rural 
electrification (known as orgware). 
To understand this issue we consider the two approaches presented below: 
1.3.3 SHS:	electrification	system	or	domestic	appliance	
Taking into account the millions of SHSs that are installed in the world, it can be said that they 
consist of a standardized assembly of basic components (generator, charge controller, battery and 
loads). The user, in accordance with his economic resources, can purchase an SHS, and even install 
it  himself  in  exchange  for  an  equipment  warranty.  This  is  something  very  similar  to  buying  a 
domestic appliance. 
To refer to an SHS as an electrification facility, similar to the conventional power grid, it must satisfy 
certain requirements, which make it equivalent to the electric power grid. 
The  electrical  service  from  the  conventional  power  grids  is  managed  by  large  companies  that 
ensure the supply through a strong system of generation, transmission, distribution and O&M. The 
resources  of  these  companies  range  from  sophisticated  media  and  control  management  to 
departments  with  specialized  technical  staff,  mobility  and  transport  capabilities,  intervention 
Chapter 1: Introduction 
22 
protocols,  etc.  A  similar  deployment  of  resources  is  used  for  commercial  issues,  for  example  to 
ensure the collection of fees to end users by means of precise energy meters, switches to which 
only the companies can access, direct debit payments, billing departments, etc. 
In PVRE, it is difficult to obtain these sophisticated, large and effective management tools, perhaps 
due to the limited size of most of the PVRE programs, when compared with the grid, which does 
not  apparently  justify  the  necessary  investment.  While,  in  general,  some  PVRE  programs 
demonstrate meticulous care in terms of the quality of the devices, they pay little attention to the 
management mechanisms that must ensure the operation and maintenance of the SHSs. So it can 
guarantee the quality of the PV system but not its sustainability. 
As  a  response  to  this  problem,  many  electrification  experiences  have  considered  PVRE  as 
something further from a service notion and closer to a domestic appliance. Thus, the figure of the 
service manager is replaced by the figure of the sales and guarantee manager. This model is a copy 
of  the  common  domestic  appliance  market,  which  has  the  peculiarity  that  it  has  been 
institutionalized within the rural electrification field. 
As an example for purposes of illustration, PVRE can be compared to bicycle hire services that exist 
in many European cities. The purpose of this service is to provide mobility to citizens by means of 
bicycles. The bikes are apparently similar to those that we have at home, but they have certain 
special features, such as the automatic identification codes for tracking, parking anchorage devices, 
etc, which make them different and adapted to a management system. The user rides the bike just 
like a normal one, but in parallel to a registration system, subscriptions, card payments, etc. Behind 
it there is a complex (and usually expensive) management system that allows the concessionaire to 
carry  out  the  O&M  of  bicycles  and  renting  facilities,  and  to  collect  the  leasing  charges  with 
guarantees (obviously the correct use of bicycles and the collection of fees is not left to the good 
faith of users). 
To date it has been usual in PVRE for, even in programmes configured as electric service, the SHS to 
be  set  up  in  a  similar  way  to  the  bicycle  that  we  have  at  home,  in  accordance  with  the 
aforementioned  example.  Thus,  the  O&M  managers  of  these  systems  do  not  have  any  tool  to 
manage the service offered to their customers and there is no choice but to trust in the honesty of 
thousands of SHS's users. 
The result of this fact is the well‐known dilemma about whether an SHS is a domestic appliance or, 
on  the  other  hand,  an  electrification  system  comparable  to  the  conventional  one  [55].  If  the 
tendency is to achieve the universality of the access to electricity rights, the SHS cannot be a simple 
appliance purchased by the user from any dealer. If the SHS is a real electric supply system, its set 
up cannot be simplified to the minimum required components, and in the same way as the public 
service  of  bicycle  renting,  it  will  need  hardware  (the  SHS)  adapted  to  the  management  system 
(orgware) to provide the necessary tools to administrate the O&M and allow the user to benefit 
from a service with the same guarantees given by conventional electrification.  
1.3.4 PVRE	as	technological	system	
As regards the photovoltaic rural technology, understood as a system [56], from a holistic point of 
view it consists of three dimensions (Figure 12): 
Chapter 1: Introduction 
23 
The  hardware  (HW),  that  refers  to  the  system  material  body:  the  SHS,  its  components,  quality, 
lifetime, reliability, cost, etc.  
The software (SW) is about the use of the system by the user: the consumption, the time of use of 
each appliance, the signals of the charge controller and reaction of the user, etc. 
The orgware (OW) is the organization model of the rural electrification programme, which provides 
the  electricity  service  to  the  dwellings.  In  this  regard  it  is  taken  into  account  on  the  one  hand, 
whether the programme is developed through subsidies, credits, cash sales or a fee for service, 
among others. On the other hand, the orgware dimension deals with programme management, 
from  marketing  and  installation  of  the  SHSs,  to  the  "after  sales"  service  and  the  operation  and 
maintenance. 
 
Figure 12: Hardware, software and orgware interactions in the photovoltaic rural technology system 
This  scheme,  proposed  and  analyzed  for  technological  systems  by  the  Ukrainian  Gennady  M. 
Dobrov [57] in the late 1970s, has certain peculiarities concerning the 3‐dimension interaction. One 
of  them  is  that,  traditionally  in  technical  innovation,  more  attention  has  been  paid  (and  more 
resources  dedicated)  to  the  HW  and  SW  than  the  OW.  This  negatively  affects  the  technological 
system’s sustainability. The orgware, defined by Dobrov as "a set of organizational arrangements 
specially designed and integrated using human, institutional and technical factors to support the 
appropriate interaction of the technology and the external systems", plays a key role in photovoltaic 
rural  technology,  which  has  been  underestimated  throughout  PVRE  history  and  currently  still 
suffers significant deficiencies.  
The element that perhaps has evolved most in the PV rural system has been the hardware, both in 
the  quality  of  the  SHS  devices,  and  adaptation  of  international  standards,  and  recently,  in  the 
dramatic reduction in market cost. 
•SHS components
•Quality
•Prices
•Reliability
•Installation
•User SHS know‐how
•Consumption
•SHS interface
•User manual
•Financementmodel (subsidies, credits, cash sales, fee 
for service, etc)
•Normes, tenders, engineering
•ESCO: marketing, installation, O&M, fee collection
•Internal skills and training
•Management structure
•O&M management 
and costs
•Datalogger
•Monitoring
•Prepayment system
•Technical standard
•Spare parts
•Enquiries
•User skills
•Fee payment
•O&M fees
•Maintenance service
HARDWARE
ORGWARE
SOFTWARE
Chapter 1: Introduction 
24 
Second, the development of the software dates back to the beginnings of PVRE, when the task of 
accommodating  the  needs  and  abilities  of  users  to  the  management  and  operation  of  the  PV 
systems was the first requirement for the successful implementation of this technology. This has 
remained until today, constantly adapting to new hardware advancements. 
As regards the orgware, despite its developmental delay in PVRE, some of the factors that integrate 
it have reached a high degree of maturity. Several management and organizational models have 
been well described in the literature and applied in the field, especially since the 1990s, and they 
have been studied in depth by recognized international organizations such as the World Bank [17, 
58, 59, 60, 61, 62, 63, 64] or the International Energy Agency [65, 66, 67]. However, the orgware 
has had several weak points during the development of PVRE, as will be discussed below. 
1.3.5 	Evolution	of	the	HW,	SW	and	OW	in	PVRE	
1.3.5.1 The	1960s	and	1970s.		Hardware	development:	reliability	and	cost‐	effectiveness	
in	decentralized	rural	electrification	
The first terrestrial experiences of PV technology date back to the 1960s when Japan began to use 
it in maritime applications (light beacons, communications, etc) [68]. Paradoxically, oil companies 
such as Exxon, Texaco and Shell, among others, pioneered the use of photovoltaic solar energy. 
These companies had equipped their platforms in the Gulf of Mexico with lighted beacons, which 
were fed from non‐rechargeable batteries which were frequently replaced, at an operating cost of 
about  US$2,100  per  replaced  battery.  In  the  1970s,  these  companies  decided  to  change  these 
accumulators for rechargeable batteries with a photovoltaic generator, thus reducing the operating 
costs by 95%. 
It was in 1968, in Niger, when PVRE started formally, through the installation of a system to feed a 
television  in  the  Gondel  school,  close  to  Niamey  [69].  The  experience  was  expanded  to  other 
schools until 1977, after installing 123 PV systems. They were made up of a 282 watt peak (Wp) 
photovoltaic power generator, a 40 ampere‐hour (Ah) and 32 nominal volt (V) battery, and a charge 
controller to feed a television receiver of 32 W. The cost of these systems was US$3,100 per school 
in  1975,  with  an  estimating  price  of  US$0.12/hour  of  television,  which  meant  US$3.75/kWh. 
Despite this enormous cost and considering that the lifetime of the PV system was 10 years (PV 
manufacturers  at  the  time  gave  5‐year  warranties),  the  solution  was  4  times  cheaper  than  the 
option of using high‐capacity alkaline cells, for which the TV receivers were originally designed. 
In the 1970s,  Father Verspieren in Mali [70], and his organization Mali Aqua Viva [71], instigated 
the first photovoltaic pumping systems programme for extracting water from wells, in order to try 
to  solve  the  disastrous  situation  of  thousands  of  people  affected  by  the  severe  drought  that 
suffered the Sahel region in those years. The use of PV pumps by Verspieren was the result of years 
of bad experiences with hand pumps and diesel generators because of their low reliability and high 
O&M costs. Mali Aqua Viva carried out the installation of 16 PV pumping systems (reaching a total 
power  of  21.8  kW)  between  1975  and  1980,  which  was  one  of  the  first  milestones  of  PVRE  to 
consolidate  this  technology  as  a  cost  effective  and  reliable  alternative  to  diesel  generators  and 
hand pumps. 
Chapter 1: Introduction 
25 
1.3.5.2 First	promotion	and	R&D	programs	to	reduce	the	costs	of	PV	
The  oil  crisis  was  the  trigger  for  the  first  political  incentives  for  industry  and  research  into 
photovoltaic technology and its application in rural electrification. As PV was still a technology with 
high manufacturing costs, a first researching phase focused on the cost reduction was necessary. 
Some of these initiatives were as follows: 
 In 1975 the Commission of the European Communities financed the first R&D program in the 
field  of  non‐nuclear  and  non‐fossil  fuel  energies.  It  devoted  US$6.4  million  to  photovoltaic 
conversion  [72],  with  the  aim  of  studying  and  enhancing  the  photovoltaic  cells,  to  later 
evaluate them in several 5 kWp prototype systems [73]. 
 In 1976, the Department of Science and Technology of the Government of India launched their 
Solar Cell Programme Plan with the aim of researching and developing different projects in 
areas such as the "development of conventional type single crystal silicon solar cells" to get 7‐
9% PV  conversion efficiencies. The  programme was motivated by the low rate of access to 
electricity in India (less than 10% of the rural inhabitants). They took PV energy into account as 
a technological and cost‐effective solution, as alternative to the electric grid extensions. At the 
time a cost of US$60 billion was estimated to mass electrify 100% of the population at 1 kWp 
per dwelling [74].  
 In the mid 1970s Mexico had a rural electrification rate of 35% (10.7 million people without 
access  to  electricity).  The  Centro  de  Investigación  y  de  Estudios  Avanzados  of  the  Instituto 
Politécnico  Nacional  carried  out  some  projects  for  PV  terrestrial  applications  against  the 
background of the rural electrification problem. In 1976 two pilot projects were established: 
"the demonstration project in educational TV" and "PV for two rural telephone stations", both 
in the East of the Mexican Rocky Mountains, using PV modules of 7 Wp and 12‐15 V with 10% 
efficiency [75]. 
 In Japan, also in the 1970s, the "Sunshine Project" had the final goal of reducing the cost of  PV 
by a factor of 100 through 5 fields of research: silicon ribbon crystals, silicon thin film, new 
types of solar cells, II‐IV compound semiconductors and fundamental research [76]. 
 In the same vein, the UK Department of Industry (DIn), the Science Research Council and the 
European Economic Community (EEC), started research work in the field of the PV cells in the 
1970s a with the aim of reducing the manufacturing costs by half (less than £8/Wp) by means 
of the development of new manufacturing processes of photovoltaic cells [77]. 
By the mid‐1970s the first pilot projects began, which aimed to direct PV technology applications 
towards decentralized electrification, integrating the software dimension while its purpose was to 
electrify remote rural populations: 
 In 1976 in the USA, the "PV Stand‐Alone Application Project", led by the NASA Lewis Research 
Centre  and  the  United  States  Agency  for  International  Development  (USAID),  developed 
"universal" stand alone PV systems in order to open up a new market for rural electrification in 
developing countries for domestic lighting applications, water pumping, grain mills, etc. [78, 
79, 80, 81]. 
 In  1978  The  United  Nations  Development  Programme  (UNDP)  and  the  World  Bank  (WB) 
launched the UNDP funded GLO/78/004 project to develop small‐scale pumping systems for 
water supply and irrigation applications in developing countries [82], including field trials of 
systems in Mali, the Philippines and Sudan. 
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes
Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes

More Related Content

Similar to Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes

Jean-Baptiste GALLAND the Director Strategy at ERDF (Atoms for the Future 2013)
Jean-Baptiste GALLAND the Director Strategy at ERDF (Atoms for the Future 2013)Jean-Baptiste GALLAND the Director Strategy at ERDF (Atoms for the Future 2013)
Jean-Baptiste GALLAND the Director Strategy at ERDF (Atoms for the Future 2013)Société Française d'Energie Nucléaire
 
R16 b.techeceiv yearrevisedsyllabus1
R16 b.techeceiv yearrevisedsyllabus1R16 b.techeceiv yearrevisedsyllabus1
R16 b.techeceiv yearrevisedsyllabus1Roop Dhanavath
 
Miro Zeman - Department of Electrical Sustainable Energy
Miro Zeman - Department of Electrical Sustainable EnergyMiro Zeman - Department of Electrical Sustainable Energy
Miro Zeman - Department of Electrical Sustainable EnergyDutch Power
 
Challenges and Opportunities of Renewable Energy Research 2020 and beyond
Challenges and Opportunities of Renewable Energy Research 2020 and beyondChallenges and Opportunities of Renewable Energy Research 2020 and beyond
Challenges and Opportunities of Renewable Energy Research 2020 and beyondLeonardo ENERGY
 
Integrating energy action planning and energy management systems Centralized...
 Integrating energy action planning and energy management systems Centralized... Integrating energy action planning and energy management systems Centralized...
Integrating energy action planning and energy management systems Centralized...50000&1SEAPs 1st Training Session
 
Anna University EEE Syllabus (R-2013)
Anna University EEE Syllabus (R-2013)Anna University EEE Syllabus (R-2013)
Anna University EEE Syllabus (R-2013)Santhosh Kumar
 
Fire and Rescue system in Railways using LABview
Fire and Rescue system in Railways using LABviewFire and Rescue system in Railways using LABview
Fire and Rescue system in Railways using LABviewRincy Ben
 
Ieeepro techno solutions ieee 2014 embedded project led powered intelligen...
Ieeepro techno solutions    ieee 2014 embedded project led powered intelligen...Ieeepro techno solutions    ieee 2014 embedded project led powered intelligen...
Ieeepro techno solutions ieee 2014 embedded project led powered intelligen...srinivasanece7
 
Project phase 1 ppt.pptx
Project phase 1 ppt.pptxProject phase 1 ppt.pptx
Project phase 1 ppt.pptxREALGROUPS
 
20032015_paper_on_smart_charging_of_electric_vehicles_finalpsf-2015-2301-0001...
20032015_paper_on_smart_charging_of_electric_vehicles_finalpsf-2015-2301-0001...20032015_paper_on_smart_charging_of_electric_vehicles_finalpsf-2015-2301-0001...
20032015_paper_on_smart_charging_of_electric_vehicles_finalpsf-2015-2301-0001...Aura Caramizaru
 
Differential equation fault location algorithm with harmonic effects in power...
Differential equation fault location algorithm with harmonic effects in power...Differential equation fault location algorithm with harmonic effects in power...
Differential equation fault location algorithm with harmonic effects in power...TELKOMNIKA JOURNAL
 
MOHAMMED OVAIZ_Resume -Industry
MOHAMMED OVAIZ_Resume -IndustryMOHAMMED OVAIZ_Resume -Industry
MOHAMMED OVAIZ_Resume -IndustryMohammed Ovaiz
 

Similar to Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes (20)

PA group 4.pptx
PA group 4.pptxPA group 4.pptx
PA group 4.pptx
 
Jean-Baptiste GALLAND the Director Strategy at ERDF (Atoms for the Future 2013)
Jean-Baptiste GALLAND the Director Strategy at ERDF (Atoms for the Future 2013)Jean-Baptiste GALLAND the Director Strategy at ERDF (Atoms for the Future 2013)
Jean-Baptiste GALLAND the Director Strategy at ERDF (Atoms for the Future 2013)
 
R16 b.techeceiv yearrevisedsyllabus1
R16 b.techeceiv yearrevisedsyllabus1R16 b.techeceiv yearrevisedsyllabus1
R16 b.techeceiv yearrevisedsyllabus1
 
Miro Zeman - Department of Electrical Sustainable Energy
Miro Zeman - Department of Electrical Sustainable EnergyMiro Zeman - Department of Electrical Sustainable Energy
Miro Zeman - Department of Electrical Sustainable Energy
 
R18 b.tech.ece syllabus1
R18 b.tech.ece syllabus1R18 b.tech.ece syllabus1
R18 b.tech.ece syllabus1
 
R18 b.tech.ece syllabus1
R18 b.tech.ece syllabus1R18 b.tech.ece syllabus1
R18 b.tech.ece syllabus1
 
Challenges and Opportunities of Renewable Energy Research 2020 and beyond
Challenges and Opportunities of Renewable Energy Research 2020 and beyondChallenges and Opportunities of Renewable Energy Research 2020 and beyond
Challenges and Opportunities of Renewable Energy Research 2020 and beyond
 
Integrating energy action planning and energy management systems Centralized...
 Integrating energy action planning and energy management systems Centralized... Integrating energy action planning and energy management systems Centralized...
Integrating energy action planning and energy management systems Centralized...
 
2013 regulation Annauniversity syllabus
2013 regulation Annauniversity syllabus2013 regulation Annauniversity syllabus
2013 regulation Annauniversity syllabus
 
Anna University EEE Syllabus (R-2013)
Anna University EEE Syllabus (R-2013)Anna University EEE Syllabus (R-2013)
Anna University EEE Syllabus (R-2013)
 
OPTIMUS_ Zöllner
OPTIMUS_ ZöllnerOPTIMUS_ Zöllner
OPTIMUS_ Zöllner
 
Fire and Rescue system in Railways using LABview
Fire and Rescue system in Railways using LABviewFire and Rescue system in Railways using LABview
Fire and Rescue system in Railways using LABview
 
Ieeepro techno solutions ieee 2014 embedded project led powered intelligen...
Ieeepro techno solutions    ieee 2014 embedded project led powered intelligen...Ieeepro techno solutions    ieee 2014 embedded project led powered intelligen...
Ieeepro techno solutions ieee 2014 embedded project led powered intelligen...
 
8 archana
8 archana8 archana
8 archana
 
cb
cbcb
cb
 
Project phase 1 ppt.pptx
Project phase 1 ppt.pptxProject phase 1 ppt.pptx
Project phase 1 ppt.pptx
 
Expediente académico.PDF
Expediente académico.PDFExpediente académico.PDF
Expediente académico.PDF
 
20032015_paper_on_smart_charging_of_electric_vehicles_finalpsf-2015-2301-0001...
20032015_paper_on_smart_charging_of_electric_vehicles_finalpsf-2015-2301-0001...20032015_paper_on_smart_charging_of_electric_vehicles_finalpsf-2015-2301-0001...
20032015_paper_on_smart_charging_of_electric_vehicles_finalpsf-2015-2301-0001...
 
Differential equation fault location algorithm with harmonic effects in power...
Differential equation fault location algorithm with harmonic effects in power...Differential equation fault location algorithm with harmonic effects in power...
Differential equation fault location algorithm with harmonic effects in power...
 
MOHAMMED OVAIZ_Resume -Industry
MOHAMMED OVAIZ_Resume -IndustryMOHAMMED OVAIZ_Resume -Industry
MOHAMMED OVAIZ_Resume -Industry
 

Recently uploaded

RM&IPR M5 notes.pdfResearch Methodolgy & Intellectual Property Rights Series 5
RM&IPR M5 notes.pdfResearch Methodolgy & Intellectual Property Rights Series 5RM&IPR M5 notes.pdfResearch Methodolgy & Intellectual Property Rights Series 5
RM&IPR M5 notes.pdfResearch Methodolgy & Intellectual Property Rights Series 5T.D. Shashikala
 
Introduction to Heat Exchangers: Principle, Types and Applications
Introduction to Heat Exchangers: Principle, Types and ApplicationsIntroduction to Heat Exchangers: Principle, Types and Applications
Introduction to Heat Exchangers: Principle, Types and ApplicationsKineticEngineeringCo
 
Activity Planning: Objectives, Project Schedule, Network Planning Model. Time...
Activity Planning: Objectives, Project Schedule, Network Planning Model. Time...Activity Planning: Objectives, Project Schedule, Network Planning Model. Time...
Activity Planning: Objectives, Project Schedule, Network Planning Model. Time...Lovely Professional University
 
Circuit Breaker arc phenomenon.pdf engineering
Circuit Breaker arc phenomenon.pdf engineeringCircuit Breaker arc phenomenon.pdf engineering
Circuit Breaker arc phenomenon.pdf engineeringKanchhaTamang
 
Intelligent Agents, A discovery on How A Rational Agent Acts
Intelligent Agents, A discovery on How A Rational Agent ActsIntelligent Agents, A discovery on How A Rational Agent Acts
Intelligent Agents, A discovery on How A Rational Agent ActsSheetal Jain
 
Linux Systems Programming: Semaphores, Shared Memory, and Message Queues
Linux Systems Programming: Semaphores, Shared Memory, and Message QueuesLinux Systems Programming: Semaphores, Shared Memory, and Message Queues
Linux Systems Programming: Semaphores, Shared Memory, and Message QueuesRashidFaridChishti
 
Geometric constructions Engineering Drawing.pdf
Geometric constructions Engineering Drawing.pdfGeometric constructions Engineering Drawing.pdf
Geometric constructions Engineering Drawing.pdfJNTUA
 
Fabrication Of Automatic Star Delta Starter Using Relay And GSM Module By Utk...
Fabrication Of Automatic Star Delta Starter Using Relay And GSM Module By Utk...Fabrication Of Automatic Star Delta Starter Using Relay And GSM Module By Utk...
Fabrication Of Automatic Star Delta Starter Using Relay And GSM Module By Utk...ShivamTiwari995432
 
Artificial Intelligence Bayesian Reasoning
Artificial Intelligence Bayesian ReasoningArtificial Intelligence Bayesian Reasoning
Artificial Intelligence Bayesian Reasoninghotman30312
 
Filters for Electromagnetic Compatibility Applications
Filters for Electromagnetic Compatibility ApplicationsFilters for Electromagnetic Compatibility Applications
Filters for Electromagnetic Compatibility ApplicationsMathias Magdowski
 
How to Design and spec harmonic filter.pdf
How to Design and spec harmonic filter.pdfHow to Design and spec harmonic filter.pdf
How to Design and spec harmonic filter.pdftawat puangthong
 
Instruct Nirmaana 24-Smart and Lean Construction Through Technology.pdf
Instruct Nirmaana 24-Smart and Lean Construction Through Technology.pdfInstruct Nirmaana 24-Smart and Lean Construction Through Technology.pdf
Instruct Nirmaana 24-Smart and Lean Construction Through Technology.pdfEr.Sonali Nasikkar
 
Supermarket billing system project report..pdf
Supermarket billing system project report..pdfSupermarket billing system project report..pdf
Supermarket billing system project report..pdfKamal Acharya
 
Maher Othman Interior Design Portfolio..
Maher Othman Interior Design Portfolio..Maher Othman Interior Design Portfolio..
Maher Othman Interior Design Portfolio..MaherOthman7
 
The battle for RAG, explore the pros and cons of using KnowledgeGraphs and Ve...
The battle for RAG, explore the pros and cons of using KnowledgeGraphs and Ve...The battle for RAG, explore the pros and cons of using KnowledgeGraphs and Ve...
The battle for RAG, explore the pros and cons of using KnowledgeGraphs and Ve...Roi Lipman
 
Introduction to Arduino Programming: Features of Arduino
Introduction to Arduino Programming: Features of ArduinoIntroduction to Arduino Programming: Features of Arduino
Introduction to Arduino Programming: Features of ArduinoAbhimanyu Sangale
 
E-Commerce Shopping using MERN Stack where different modules are present
E-Commerce Shopping using MERN Stack where different modules are presentE-Commerce Shopping using MERN Stack where different modules are present
E-Commerce Shopping using MERN Stack where different modules are presentjatinraor66
 
15-Minute City: A Completely New Horizon
15-Minute City: A Completely New Horizon15-Minute City: A Completely New Horizon
15-Minute City: A Completely New HorizonMorshed Ahmed Rahath
 
Diploma Engineering Drawing Qp-2024 Ece .pdf
Diploma Engineering Drawing Qp-2024 Ece .pdfDiploma Engineering Drawing Qp-2024 Ece .pdf
Diploma Engineering Drawing Qp-2024 Ece .pdfJNTUA
 
Research Methodolgy & Intellectual Property Rights Series 1
Research Methodolgy & Intellectual Property Rights Series 1Research Methodolgy & Intellectual Property Rights Series 1
Research Methodolgy & Intellectual Property Rights Series 1T.D. Shashikala
 

Recently uploaded (20)

RM&IPR M5 notes.pdfResearch Methodolgy & Intellectual Property Rights Series 5
RM&IPR M5 notes.pdfResearch Methodolgy & Intellectual Property Rights Series 5RM&IPR M5 notes.pdfResearch Methodolgy & Intellectual Property Rights Series 5
RM&IPR M5 notes.pdfResearch Methodolgy & Intellectual Property Rights Series 5
 
Introduction to Heat Exchangers: Principle, Types and Applications
Introduction to Heat Exchangers: Principle, Types and ApplicationsIntroduction to Heat Exchangers: Principle, Types and Applications
Introduction to Heat Exchangers: Principle, Types and Applications
 
Activity Planning: Objectives, Project Schedule, Network Planning Model. Time...
Activity Planning: Objectives, Project Schedule, Network Planning Model. Time...Activity Planning: Objectives, Project Schedule, Network Planning Model. Time...
Activity Planning: Objectives, Project Schedule, Network Planning Model. Time...
 
Circuit Breaker arc phenomenon.pdf engineering
Circuit Breaker arc phenomenon.pdf engineeringCircuit Breaker arc phenomenon.pdf engineering
Circuit Breaker arc phenomenon.pdf engineering
 
Intelligent Agents, A discovery on How A Rational Agent Acts
Intelligent Agents, A discovery on How A Rational Agent ActsIntelligent Agents, A discovery on How A Rational Agent Acts
Intelligent Agents, A discovery on How A Rational Agent Acts
 
Linux Systems Programming: Semaphores, Shared Memory, and Message Queues
Linux Systems Programming: Semaphores, Shared Memory, and Message QueuesLinux Systems Programming: Semaphores, Shared Memory, and Message Queues
Linux Systems Programming: Semaphores, Shared Memory, and Message Queues
 
Geometric constructions Engineering Drawing.pdf
Geometric constructions Engineering Drawing.pdfGeometric constructions Engineering Drawing.pdf
Geometric constructions Engineering Drawing.pdf
 
Fabrication Of Automatic Star Delta Starter Using Relay And GSM Module By Utk...
Fabrication Of Automatic Star Delta Starter Using Relay And GSM Module By Utk...Fabrication Of Automatic Star Delta Starter Using Relay And GSM Module By Utk...
Fabrication Of Automatic Star Delta Starter Using Relay And GSM Module By Utk...
 
Artificial Intelligence Bayesian Reasoning
Artificial Intelligence Bayesian ReasoningArtificial Intelligence Bayesian Reasoning
Artificial Intelligence Bayesian Reasoning
 
Filters for Electromagnetic Compatibility Applications
Filters for Electromagnetic Compatibility ApplicationsFilters for Electromagnetic Compatibility Applications
Filters for Electromagnetic Compatibility Applications
 
How to Design and spec harmonic filter.pdf
How to Design and spec harmonic filter.pdfHow to Design and spec harmonic filter.pdf
How to Design and spec harmonic filter.pdf
 
Instruct Nirmaana 24-Smart and Lean Construction Through Technology.pdf
Instruct Nirmaana 24-Smart and Lean Construction Through Technology.pdfInstruct Nirmaana 24-Smart and Lean Construction Through Technology.pdf
Instruct Nirmaana 24-Smart and Lean Construction Through Technology.pdf
 
Supermarket billing system project report..pdf
Supermarket billing system project report..pdfSupermarket billing system project report..pdf
Supermarket billing system project report..pdf
 
Maher Othman Interior Design Portfolio..
Maher Othman Interior Design Portfolio..Maher Othman Interior Design Portfolio..
Maher Othman Interior Design Portfolio..
 
The battle for RAG, explore the pros and cons of using KnowledgeGraphs and Ve...
The battle for RAG, explore the pros and cons of using KnowledgeGraphs and Ve...The battle for RAG, explore the pros and cons of using KnowledgeGraphs and Ve...
The battle for RAG, explore the pros and cons of using KnowledgeGraphs and Ve...
 
Introduction to Arduino Programming: Features of Arduino
Introduction to Arduino Programming: Features of ArduinoIntroduction to Arduino Programming: Features of Arduino
Introduction to Arduino Programming: Features of Arduino
 
E-Commerce Shopping using MERN Stack where different modules are present
E-Commerce Shopping using MERN Stack where different modules are presentE-Commerce Shopping using MERN Stack where different modules are present
E-Commerce Shopping using MERN Stack where different modules are present
 
15-Minute City: A Completely New Horizon
15-Minute City: A Completely New Horizon15-Minute City: A Completely New Horizon
15-Minute City: A Completely New Horizon
 
Diploma Engineering Drawing Qp-2024 Ece .pdf
Diploma Engineering Drawing Qp-2024 Ece .pdfDiploma Engineering Drawing Qp-2024 Ece .pdf
Diploma Engineering Drawing Qp-2024 Ece .pdf
 
Research Methodolgy & Intellectual Property Rights Series 1
Research Methodolgy & Intellectual Property Rights Series 1Research Methodolgy & Intellectual Property Rights Series 1
Research Methodolgy & Intellectual Property Rights Series 1
 

Characterisation of the operation and maintenance phase in PV rural electrification programmes

  • 1. UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA Y SISTEMAS DE TELECOMUNICACIÓN CHARACTERISATION OF THE OPERATION & MAINTENANCE PHASE IN PV RURAL ELECTRIFICATION PROGRAMMES THESIS AUTHOR: LUIS MIGUEL CARRASCO MORENO DIRECTOR: LUIS NARVARTE FERNÁNDEZ MADRID, JULY 2015
  • 3.   iii  TRIBUNAL NOMBRADO PARA JUZGAR LA TESIS DOCTORAL      PRESIDENTE    Eduardo Lorenzo Pigueiras Catedrático en la Universidad Politécnica de Madrid  VOCALES  Beatriz Cancino Madariaga Profesora en la Universidad Técnica Federico Santa María  (Chile)    Ramón Eyras Daguerre  Profesor en la Universidad Nacional de San Martín  (Argentina)      Jorge Martínez Crespo Profesor Titular en la Universidad Carlos III de Madrid  SECRETARIO  César Sanz Álvaro Director de la E.T.S. de Ingeniería y Sistemas de  Telecomunicación en la Universidad Politécnica de Madrid  SUPLENTES  Jorge Aguilera Tejero Profesor Titular en la Universidad de Jaén    Luis Marroyo Palomo Profesor Titular en la Universidad Pública de Navarra      Este tribunal acuerda otorgar la calificación de:      Madrid, 21 de julio de 2015 
  • 7.   vii  ACKNOWLEDGEMENTS       "[...] el olmo ya seco de la ermita   debe su único verdor a la hiedra que le abraza,   pero ella a su vez sólo gracias al viejo tronco   logra crecer hacia el sol."  José Luis Sampedro              Escribió Galdós que la experiencia es una llama que no alumbra sino quemando. Creo que en  mi vida me he chamuscado varias veces, pero no lo he hecho solo y por eso tengo que agradecer a  muchas  personas  todo  lo  que  de  ellas  he  aprendido  trabajando  codo  con  codo  hasta  llegar  aquí,  empezando por Luis Narvarte, mi tutor y director de tesis, alma mater de este trabajo, excelente  persona y amigo, quien me animó a emprenderme en esto de investigar y quien siempre ha estado  disponible para escuchar, pensar y resolver. A Eduardo Lorenzo, por su experta mirada desde lo alto  que tanto ha servido para enderezar mis torcidos renglones. A Ana Peral, que con su trabajo fin de  carrera encendió la mecha de esta tesis. A Teresa, Begoña y Javier de la Universidad Complutense de  Madrid,  por  su  interés  en  nuestro  trabajo  y  todo  lo  que  nos  han  aportado.  A  Michael  Conlon,  responsable de la agradable estancia académica en el Dublin Institute of Technology en 2013. A mis  compañer@s del grupo de sistemas fotovoltaicos del IES, que forman entre tod@s el más cordial  ambiente de camaradería de trabajo que he conocido. A tod@s mis colegas de la extinta Isofoton en  España y Marruecos con los que trabajé y aprendí mucho, más allá de la fotovoltaica. Y a much@s  más, que aunque no mencionados, fueron fuente de iluminación.    Agradezco a Isofoton Maroc s.a.r.l. por su colaboración al poner los enormes cimientos en los  que se ha basado el trabajo experimental de esta tesis y a la Universidad Politécnica de Madrid por su  ayuda a financiar parte de los estudios de campo llevados a cabo con el proyecto '35_FOTOVOLT' de  la XI Convocatoria de Acciones de Cooperación Universitaria para el Desarrollo. 
  • 9.   ix  ABSTRACT   With 1,300 million people worldwide deprived of access to electricity (mostly in rural environments),  photovoltaic solar energy has proven to be a cost‐effective solution and the only hope for electrifying  the most remote inhabitants of the planet, where conventional electric grids do not reach because  they are unaffordable. Almost all countries in the world have had some kind of rural photovoltaic  electrification  programme  during  the  past  40  years,  mainly  the  poorer  countries,  where  through  different  organizational  models,  millions  of  solar  home  systems  (small  photovoltaic  systems  for  domestic use) have been installed. During this long period, many barriers have been overcome, such  as  quality  enhancement,  cost  reduction,  the  optimization  of  designing  and  sizing,  financial  availability, etc. Thanks to this, decentralized rural electrification has recently experienced a change  of  scale  characterized  by  new  programmes  with  thousands  of  solar  home  systems  and  long  maintenance periods. Many of these large programmes are being developed with limited success, as  they have generally been based on assumptions that do not correspond to reality, compromising the  economic  return  that  allows  long  term  activity.  In  this  scenario  a  new  challenge  emerges,  which  approaches the sustainability of large programmes. It is argued that the main cause of unprofitability  is the unexpected high cost of the operation and maintenance of the solar systems. In fact, the lack  of  a  paradigm  in  decentralized  rural  services  has  led  to  many  private  companies  to  carry  out  decentralized electrification programmes blindly. Issues such as the operation and maintenance cost  structure or the reliability of the solar home system components have still not been characterized.  This  situation  does  not  allow  optimized  maintenance  structure  to  be  designed  to  assure  the  sustainability and profitability of the operation and maintenance service.  This PhD thesis aims to respond to these needs. Several studies have been carried out based on a real  and large photovoltaic rural electrification programme carried out in Morocco with more than 13,000  solar home systems. An in‐depth reliability assessment has been made from a 5‐year maintenance  database with more than 80,000 maintenance inputs. The results have allowed us to establish the  real reliability functions, the failure rate and the main time to failure of the main components of the  system, reporting these findings for the first time in the field of rural electrification.  Both  in‐field  experiments  on  the  capacity  degradation  of  batteries  and  power  degradation  of  photovoltaic modules have been carried out. During the experiments both samples of batteries and  modules  were  operating  under  real  conditions  integrated  into  the  solar  home  systems  of  the  Moroccan programme. In the case of the batteries, the results have enabled us to obtain a proposal  of definition of death of batteries in rural electrification.  A  cost  assessment  of  the  Moroccan  experience  based  on  a  5‐year  accounting  database  has  been  carried out to characterize the cost structure of the programme. The results have allowed the major  costs of the photovoltaic electrification to be defined. The overall cost ratio per installed system has  been  calculated  together  with  the  necessary  fees  that  users  would  have  to  pay  to  make  the  operation and maintenance affordable.  Finally,  a  mathematical  optimization  model  has  been  proposed  to  design  maintenance  structures  based on the previous study results. The tool has been applied to the Moroccan programme with the  aim of validating the model. 
  • 11.   xi  ACRONYMS   AECID:    Agencia Españolda de Cooperación para el Desarrollo  AEG:     Allgemeine Elektrizitäts Gesellschaft  CC:     Charge Controller  CFL:     Compact Fluorescent Lamp  CM:     Corrective Maintenance  DIn:     UK Department of Industry   DOD:     Depth Of Discharge  EC:     European Communities  ECU:     European Currency Unit  EDP:     Energy Demonstration Programme  EEC:    European Economic Community   ESCO:     Energy Service Company  EVA:     Ethylene‐Vinyl‐Acetate  GEF:     Global Environmental Facility  HW:     Hardware  IEA:     International Energy Agency  IEC:     International Electrotechnical Commission  IES‐UPM:   Instituto de Energía Solar ‐ Universidad Politécnica de Madrid  LC:     Low power Consumption light lamps  LED:     Light‐Emitting Diode  LEDC:     Less Economically Developed Countries  MAD:     ISO code for the Moroccan currency (dirham)  MDG:     Millennium Development Goals  MNRE:    Ministry of New and Renewable Energy of India  MPPT:    Maximum Power Point Tracker  MTTF:     Mean Time To Failure  NGO:     Non‐Governmental‐Organizations  O&M:     Operation and Maintenance  OEI:     Organización de Estados Iberoamericanos  ONEE:     Office National de l'Electricité et l'Eau (Morocco)  OW:     Orgware  pdf:     probability density distribution  PERG:     Programme d'Electrification Rurale Globale (Morocco) 
  • 12.   xii  PLANER:   Plan Nacional de Electrificación Rural (Spain)  PM:     Preventive Maintenance  PPER:     Programme Pilote d'Electrification Rurale (Morocco)  ppp:     public‐private‐partnership  PV:     Photovoltaic  PVPS‐IEA:   Photovoltaic Power Systems Programme ‐ IEA  PVRE:     Photovoltaic Rural Electrification  PWM:     Pulse‐Width Modulation (charge controller)  REA:     Rural Electrification Administration  REDP:     Renewable Energy Development Project  SE4ALL:   Sustainable Energy for All  SGA:     Société Générale Agricole  SHS:     Solar Home Systems  SLI:      Start‐Lighting‐Ignition (Battery)  SOC:     State Of Charge  Solar‐PERG:  Photovoltaic PERG programme  Solar‐PERGISO:  Solar‐PERG carried out by the private company ISOFOTON  SW:     Software  UN:     United Nations  UNDP:    United Nations Development Programme  USAID:    United States Agency for International Development  UTSfSHS:   Universal Technical Standard for Solar Home Systems  VAT:     Value Added Tax  VRLA:     Valve‐Regulated Lead‐Acid (Battery)  WB:     World Bank  Wp:     Watt peak       
  • 13.   xiii  SUMMARY   1  INTRODUCTION ......................................................................................................... 3  1.1  THE GLOBAL ACCESS TO ELECTRICITY ................................................................................... 4  1.2  THE ORIGINS OF RURAL ELECTRIFICATION .......................................................................... 11  1.3  REVIEW OF THE DEVELOPMENT OF THE PHOTOVOLTAIC RURAL ELECTRIFICATION .......... 18  1.4  OBJECTIVES OF THE THESIS ................................................................................................. 36  1.5  METHODOLOGY OF THE WORK ........................................................................................... 36  1.6  THESIS STRUCTURE ............................................................................................................. 36  2  THE MOROCCAN PV RURAL ELECTRIFICATION PROGRAMME .................................. 41  2.1  INTRODUCTION ................................................................................................................... 41  2.2  THE PERG PROGRAMME ..................................................................................................... 41  2.3  THE SOLAR‐PERG ORIGIN, DEVELOPMENT AND FEATURES ................................................ 43  2.4  THE ISOFOTON‐PERG PROGRAMME ................................................................................... 46  2.5  SOME COMMENTS ABOUT THE SOLAR PERG DEVELOPMENT ............................................ 53  2.6  THE ISOFOTON‐PERG DATABASE ........................................................................................ 53  3  RELIABILITY ASSESSMENT OF SHS COMPONENTS .................................................... 59  3.1  INTRODUCTION ................................................................................................................... 59  3.2  RELIABILITY ANALYSIS ......................................................................................................... 59  3.3  ANALYSIS OF THE RESULTS .................................................................................................. 65  3.4  APPLICATION EXAMPLE ...................................................................................................... 70  3.5  CONCLUSIONS ..................................................................................................................... 71  4  IN‐THE‐FIELD ASSESSMENT OF BATTERIES AND PV MODULE RELIABILITY IN THE PERG  PROGRAMME ................................................................................................................. 75  4.1  INTRODUCTION ................................................................................................................... 75  4.2  IN‐FIELD BATTERY TESTING ................................................................................................. 76  4.3  IN‐THE‐FIELD PV‐MODULE TESTING .................................................................................... 86  4.4  CONCLUSIONS ..................................................................................................................... 89  5  CHARACTERIZATION OF THE OPERATIONAL & MAINTENANCE COSTS ...................... 93  5.1  INTRODUCTION ................................................................................................................... 93  5.2  COST ANALYSIS .................................................................................................................... 93  5.3  SENSITIVITY ANALYSIS ......................................................................................................... 99  5.4  INFLUENCE OF THE SHS SPATIAL DENSITY ......................................................................... 101  5.5  APPLICATION EXAMPLE .................................................................................................... 102  5.6  CONCLUSIONS ................................................................................................................... 104  6  DESIGN OF DECENTRALIZED MAINTENANCE STRUCTURES IN PHOTOVOLTAIC RURAL  ELECTRIFICATION ...........................................................................................................109 
  • 14.   xiv  6.1  INTRODUCTION ................................................................................................................. 109  6.2  BASELINE DATA ................................................................................................................. 110  6.3  METHODOLOGY ................................................................................................................ 110  6.4  MODEL APPLICATION ........................................................................................................ 118  6.5  CONCLUSIONS ................................................................................................................... 122  7  CONCLUSIONS AND FUTURE RESEARCH ..................................................................125  7.1  CONCLUSIONS ................................................................................................................... 125  7.2  FUTURE LINES OF RESEARCH ............................................................................................. 128  PUBLICATIONS GENERATED DURING THIS PHD ..............................................................131  BIBLIOGRAPHY ..............................................................................................................135     
  • 16.    
  • 17. Chapter 1: Introduction  3  1 INTRODUCTION Beyond  the  reasons  that  justify  the  right  of  every  human  to  have  access  to  modern  sources  of  energy,  the  importance  of  electricity  as  energy  vector,  from  the  first  application  of  the  late  nineteenth  century  to  today,  lies  in  the  fact  that  it  is  easy  to  transport  and  simple  to  operate.  Nowadays there are still 1,300 million people deprived of electricity, 85% of them in remote rural  areas  where  electrification  encounters  problems  such  as  high  economic  investments,  low  profitability or difficulty of operation, among others. In these cases, decentralised electrification by  means of solar home systems (SHS) has aimed to be a technical and cost‐effective solution for over  40  years  in  many  countries  of  the  world.  Currently,  large‐scale  electrification  programmes  with  thousand of SHSs are established in remote and impoverished regions, whose results, in terms of  sustainability, are in doubt. These attempts at electrification are frequently based on assumptions,  such as electricity consumption, device reliability, operating costs, rural spending habits, etc, which  bear little resemblance to reality. The consequences are the long term economic instability of the  programmes, the failure of private operators and the abandonment of SHSs, which has happened in  many initiatives developed in recent decades.  This  work  presents  a  study  based  on  a  real  and  large  photovoltaic  rural  electrification  (PVRE)  programme,  taking  advantage  of  the  excellent  opportunity  that  the  author  took  advantage  of  whilst,  for  five  years,  being  part  of  the  management  team  of  the  company  that  operated  that  programme, having full access to the detailed maintenance data, failure of the SHS components,  unit costs, management structure, activity organization, etc, during that period. The study provides  the  chance,  for  the  first  time,  to  contrast  the  real  data  of  decentralised  electrification  with  the  classic assumptions, by means of the SHS's reliability statistic research, the characterization of the  actual costs in the operation and maintenance (O&M) phase and the study of the application of the  results in the formulation of PVRE programmes.  This chapter introduces the detailed historical evolution of rural electrification, in general and the  photovoltaic rural technology, in particular, which nowadays has culminated in the implementation  of large PVRE programmes. First, it focuses on the problem of access to electricity and discusses the  difficulties  that  it  faces.  Then,  a  review  of  the  rural  electrification  origins  throughout  the  20th  century is presented to show that barriers and solutions at the beginning of rural electrification are  similar  to  the  current  challenges.  Finally,  an  historical  review  of  photovoltaic  rural  technology  evolution shows that the three dimensions that integrate it (hardware, software and orgware) have  unequally evolved to the present day, which gives rise to a still non‐mature technology.  The  chapter  concludes  with  the  main  objectives  of  the  thesis,  a  brief  explanation  of  the  methodology of the work and the description of the document structure.     
  • 18. Chapter 1: Introduction  4  1.1 THE GLOBAL ACCESS TO ELECTRICITY 1.1.1 Current status: 1,300 million people without electricity Nowadays, the lack of access to electricity affects to 1,300 million people worldwide, 20% of the  world’s population. This figure, published by the International Energy Agency (IEA) in 2012 ‐ World  Energy Outlook Report, [1] ‐ gives us an overall idea of a problem to be solved globally, similar to  other issues such as hunger, access to clean water, sanitation, etc. According to the IEA, this figure  has decreased since 1990, from 2,000 million people, to 1,300 million in 2010. Not only that, in just  in 8 years (2002 ‐ 2010), it has been reduced from 1,623 million to 1,267, a gap of new 356 million  people  with  access  to  electricity  (more  than  the  population  of  the  United  States  of  America).  However, these figures are just estimations (as recognized by the IEA), since the lack of access to  electricity is something specific to the marginal and rural areas of the less economically developed  countries (LEDC), where the inaccuracy of the population census, also affected by the double and  opposing  effect  of  population  growth  and  migration  to  urban  areas,  precludes  any  accurate  estimations [2].  1.1.2 The IEA expects that universal access to electricity will be achieved in part with Solar Home Systems From the perspective of reducing the world population without access to electricity, in 2010 the  United Nations (UN) launched the Sustainable Energy for All (SE4ALL) initiative to "achieve universal  energy access, improve energy efficiency, and increase the use of renewable energy" [3] (It must be  remembered  that  the  UN  for  many  years  did  not  include  action  on  energy  poverty  in  the  Millennium Development Goals).   The  2011  World  Energy  Outlook  report  [4]  published  by  the  IEA  estimated  the  necessary  investment  for  electricity  universal  access,  between  2010  and  2030,  at  US$  640  billion  (this  requirement  is  small  when  compared  to  overall  energy‐related  infrastructure  investment,  equivalent to around 3% of the total). The report suggests that 70% of the required infrastructure  would consist of off‐grid systems: mini‐grids (65% of this share) and stand‐alone off‐grid solutions  (the remaining 35%), that is, solar home systems (SHS), small hydro systems, and others (wind and  biogas). We estimate that nowadays, the SHSs represent 95% of the stand alone system installed  worldwide. So, the IEA foresees an investment of around US$ 150 billion for SHSs to reach universal  access  to  electricity  before  2030.  If  photovoltaic  (PV)  systems  were  sized  to  meet  housing  consumption  between  250  and  500  kWh/year  [5],  the  required  SHS  power  would  be  180  ‐  365  watts peak (Wp). Taking into account a unit cost for the installed SHSs of between US$ 6 ‐ 8 /Wp1 , it  would correspond to installing more than 50 million SHSs, giving access to electricity to 250 million  people.   1.1.3 Why the lack of electricity is a problem Access to electricity is not considered a universal fundamental right of people [6]. However, there is  a unanimous opinion that electrical supply is a priority factor which is urgent to resolve. Therefore,  in the last decade there have been numerous initiatives to address the problem, such us the Global                                                               1  It includes equipment, transportation, installation of the SHSs and 10% of overhead expenses. 
  • 19. Chapter 1: Introduction  5  Environmental Facility ‐ GEF [7], the Millennium Development Goals [8] and the Sustainable Energy  for ALL (SE4ALL) from the UN [3], "Luz para Todos" in Brazil [9], Power for all in India [10] or "Luces  para aprender" from the Organization of Ibero‐American States (OEI) [11], among others.  Apart from the extended consideration in Western culture that human enrichment as a society, in  economic, social, political and cultural aspects, is necessarily linked to infrastructure development  [12, 13], perhaps, the best arguments that justify the need for access to electricity are included in  the Millennium Development Goals (MDG). In this resolution, adopted by the UN in 2000, although  there are no specific MDGs relating to energy, it has been recognized that MDGs cannot be met  without affordable, accessible and reliable energy services (Table 1):  Table 1: Importance of electrical access for achieving the MDGs  Goal 1:   Eradicate extreme  poverty  Access  to  modern  electricity  increases  household  incomes  through  economic  development  and  reduces  the  burden  of  time‐consuming  domestic labour. Electricity supply enables poor households to engage  in activities that generate income by providing lighting that extends the  working day and by powering machines that increase output.  Goals 2 and 3:   Universal primary  education and promote  gender equality and  empowerment of  women  For  poor  people  everywhere,  access  to  electricity  frees  time  for  education;  time  that  would  otherwise  be  spent  collecting  traditional  fuels, fetching water, processing food or in other physical work. Access  to  electricity  contributes  to  the  empowerment  of  women.  Increasing  access to energy brings major benefits for women and girls; in health,  education, and productive activities.  Goals 4, 5 and 6:  Reduce child and  maternal mortality and  reduce diseases  Electricity  helps  improve  health  by  powering  equipment  for  pumping  and  treating  water;  it  enable  health  clinics  to  refrigerate  vaccines,  operate and sterilize medical equipment, and provide lighting. It allows  the use of modern tools of mass communication needed to fight the  spread of HIV/AIDS and other preventable diseases. Access to electricity  helps  attract  and  retain  health  and  social  workers  in  rural  areas  by  improving living conditions.  Goal 7:   Ensure environmental  sustainability  Energy  use  and  production  affect  in  local,  regional  and  global  environments. The environmental damage and its harmful effects can  be  reduced  by  increasing  energy  efficiency,  introducing  modern  technologies for energy production and using renewable energy.  Goal 8:     Develop a global  partnership for  development  The World Summit for Sustainable Development called for partnerships  between  public  entities,  development  agencies,  civil  society  and  the  private  sector  to  support  sustainable  development,  including  the  delivery of affordable, reliable and environmentally sustainable energy  services.    However, these arguments, usually very common in the literature, should be treated with caution,  since, very often, the availability of electricity does not directly involve any development [14, 15].  An example that refutes this attribution is the Moroccan Global Rural Electrification Programme 
  • 20. Chapter 1: Introduction  6  (PERG  in  French  acronym),  which  will  be  widely  discussed  in  this  work.  This  electrification  programme focused on providing electricity mainly to housing and not to farmlands, which are the  places where electrification could have some impact on the development of the local economy. The  case of Tizi n'Ait Amer, a small village of just 700 inhabitants in the south of Morocco, is illustrative.  It got access to electricity 10 years ago and every dwelling is connected to the grid. However, no  new  economical  activities  have  been  developed  since  the  electrification  of  the  village.  The  only  hope of carrying out new activities has been the extension of agricultural lands, which has recently  become possible thanks to the installation of a photovoltaic water pumping system to irrigate the  new  crops,  as  the  wells  are  400  meters  from  the  village  and  the  grid  does  not  reach  it2 .  This  example shows that giving access to dwellings is not enough for economical development. Rural  electrification must be more ambitious if new economical activities are to be implemented.   From  a  different  point  of  view,  most  modern  societies  are  economically  based  on  the  so‐called  "consumer economy", thus it is not surprising that private corporations, financial institutions and  public  administrations  are  interested  in  the  extension  of  the  economy  to  the  rural  population,  focusing  in  the  fact  that  access  to  electricity  contributes  to  the  acceleration  of  that  process  (consider, however, the existing criticisms of the dominant current model of economic growth, but  this subject is far from the arguments addressed in this thesis).  Beyond corporate or market interests, the extension of the access to electricity is currently in the  hands of the people themselves, that even knowing about the electricity, they still live without it  and therefore they demand it. To a greater or lesser extent, modern standards of living have spread  to the most remote areas of the planet, and so electric lighting, television and mobile phones are  currently perceived as basic needs in the rural areas of impoverished countries. The introduction of  these everyday uses requires the availability of electricity. It can be said that after more than a  century of electrification, the current demand for electricity is global.  1.1.4 Blocking factors Despite the efforts made to enhance the conditions for people in rural environments, the fact is  that the access to electricity rates are still very low in some regions of the planet (Sub‐Saharan  Africa and South Asia constitutes 95% of the world population without access to electricity).  The evolution of the rate of access to electricity is affected by several factors:  a) Positive factors that increase the electrification rate:  ‐ Migration from rural to urban areas  ‐ Rural electrification  ‐ Maturity, quality and cost reduction of new technologies  b) Negative factors that reduce the electrification rate:  ‐ The high birth rates in rural areas of impoverished countries  ‐ The increased costs of conventional technologies                                                               2  Own  sources.  The  PV  pump  installed  in  Tizi  n'Ait  Amer  belongs  to  a  project  financed  by  the  Spanish  International Cooperation (AECID) and the Universidad Politécnica de Madrid (UPM) 
  • 21. Chapter 1: Introduction  7  These  factors,  which  could  be  quantified,  depend  on  other  more  unpredictable  and  difficult  weighting factors, such as political will, armed conflict, famine, natural disasters, etc.  Considering the last 3 decades (1980 ‐ 2010), an analysis of the factors involved in global access to  electricity could be carried out just by assigning an indicator to each factor (Table 2).  Table 2: Factors that quantitatively affect the evolution of global access to electricity  Factor  Indicator  1980  2010  Migration from rural to  urban areas  Rural population (nº  of people living in  rural environment)  2,675,822,000   (61% of the  population)  3,320,679,000   (48% of the  population)  Birth   World population (nº  of people)  4,413,536,000  6,861,918,000  (increased by  55%)  Rural electrification  programmes  People without access  to electricity   2,000,000,000   (45%)  1,300,000,000   (20%)  Maturity and reduced  costs of new technologies  Photovoltaic systems  costs ($/Wp of the  photovoltaic module)  $12  $0.8 (93%  reduction)  Increased costs of  conventional  technologies  Crude oil prices (US$/   barrel) [16]  Jan. 1970 (Before  1970s oil crisis)  US$ 21.00  July 2010  US$ 82.25  1.1.4.1 The increase in the rural population On the one hand, in spite of the strong migration impact towards the cities (in 2007 there was the  historical phenomenon that, for the first time, the world population changed from mainly rural to  urban),  the  high  global  birth  rate  has  meant  that  in  3  decades  the  world’s  rural  population  has  increased by 25% (more than 600 million people).  On the other hand, although the rural electrification programmes have contributed to increasing  the rate of access to electricity, it is not known precisely what was this rate in the 1980s, but it can  be estimated that the overall number of people without access to electricity remained constant  during  that decade at 2,000 million, which  means  45% of  the  population [17].  If  the figure was  reduced to 1,300 million in 2010, it means that the rate of access to electricity is still higher than  the  growth  rate  of  the  rural  population,  which  is  a  very  encouraging  fact  (see  Figure  1)  on  the  evolution of the global access to electricity, especially in Asia, where the ratio of people without  power  is  declining  rapidly  (China  gave  access  to  electricity  to  more  than  700  million  people  between 1980 and 2000 [18], and the country's electrification rate currently exceeds 99% [5]). Sub‐ Saharan  Africa,  however,  remains  as  the  only  region  of  the  world  where  the  number  of  people  without access to electricity is increasing. 
  • 22. Chapter 1: Introduction  8    Figure 1: Global evolution of population, rural population and lack of access to electricity until 2013. World  Bank [19]  1.1.4.2 Conventional electrification is becoming more expensive The  current  high  costs  of  conventional  rural  electrification  systems  are  affected,  among  other  factors,  by  the  increased  prices  of  fossil  fuels.  For  example,  in  US,  the  cost  of  electricity  for  residential  use  has  doubled  in  three  decades.  In  Europe,  between  2002  and  2013,  the  cost  of  electricity for households has gone up by 61%.3   Among  the  less  electrified  regions  of  the  world,  Sub‐Saharan  Africa  has  the  most  expensive  electricity tariff in the world, on average between US$ 0.13 ‐ $0.14/kWh (in comparison, electricity  tariffs in Latin America, Eastern Europe and East Asia are around US$ 0.08/kWh.) [5], which lie well  below the true cost of production, which on average is US$ 0.18/kWh, preventing any return in  capital, thus threatening the long‐term sustainability of the utilities in the region [20].  If,  in  addition,  we  consider  the  investment  needed  to  provide  access  to  electricity  to  rural  communities,  it  should  be  noted  that  the  infrastructure  costs  for  conventional  electrification  (extensions  of  electricity  grids  mainly  through  the  medium  and  low  voltage  lines)  has  increased  considerably. These lines  use raw materials such as iron and copper, whose market  prices have  increased 2 and 5 fold respectively from 1980 to now [21]. The average cost of a medium voltage  line is around €6,000/km (case of 11 kV; cost of medium voltage transformers or operation and  maintenance not included [22, 23, 24, 25]) and its impact on the energy costs can be estimated at  €2.5c/kWh/km [26].  At  the  same  time,  during  the  last  40  years,  the  silicon  flat‐plate  photovoltaic  industry  (that  represents more than 90% of the global photovoltaic market) has reduced its costs by 93%, so in  the sunniest countries, such as the Mediterranean area, or most of the African continent, it is now                                                               3  Note, however, that the integration of renewable energy sources into the European energy mix has also  affected the increase in tariffs.  ‐ 1,000    2,000    3,000    4,000    5,000    6,000    7,000    8,000    1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 Million of people World  Rural World Without electricity access 7,125 3,336 1,285
  • 23. Chapter 1: Introduction  9  feasible to produce solar electricity at a cost around4  €8c/kWh , which could lead to the possibility  of a medium term change of paradigm.  On other matters, from 1980 to 2010, electrical power consumption in the world has increased by  more  than  150%,  at  a  rate  nearly  5%  per  year  (Figure  2).  However,  the  human  population  has  grown  at  a  rate  of  1.8%  per  year,  which  indicates  that  electricity  consumption  per  capita  has  increased  almost  3  fold  in  30  years.  Although  the  development  of  the  industry  carries    a  lot  of  weight in these results, it is also obvious that home electricity consumption is growing. This fact  suggests that providing access to electricity leads not only to an increase in the power required to  meet the new connections, but also that this power needs to be gradually increased according to  trends in household consumption.    Figure 2: Evolution of the World’s electricity capacity, generation, consumption and losses [27]    Within the great figures of the world electricity generation, it is worth mentioning the importance  of the distribution energy losses (see Figure 2), which represent 8 ‐ 9% of the electricity generated  every year worldwide. This means annual losses of 1,800∙106  MWh, enough to supply electricity to  a  country  of  more  than  300  million  inhabitants  with  the  European  standard  consumption  of  electricity (5.4 MWh/person/year [28]). Not only that. Taking into account the minimum electrical  consumption  to  guarantee  basic  life  conditions  (1  MWh/person/year  [29]),  the  figure  would  become 1,800 million people; and considering the average consumption per capita in Africa (0.5  MWh/person/year),  this  figure  would  rise  to  3,600  million  people,  almost  3  times  the  world’s  population without access to electricity.                                                               4  It concerns large photovoltaic (PV) power plants. Taking into account a power degradation rate of 1%/year  for PV modules and a lifetime of 25 years, 1 kWp PV power could produce around 44,500 kWh for 25 years  (solar radiation = 5.5 kWh/m2 /day). At current PV power plant investment prices (€1.5 /Wp), a performance  ratio PR = 0.75 and O&M costs corresponding to 3% yearly of the investment cost, the produced solar energy  cost would be €7.8c/kWh.    0 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 0 5,000 10,000 15,000 20,000 25,000 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 Total Electricity Net Consumption (Billion Kilowatthours) Electricity Distribution Losses (Billion Kilowatthours) Total Electricity Installed Capacity (Million Kilowatts) 109 kWh 106 kW
  • 24. Chapter 1: Introduction  10  1.1.4.3 Political and social factors In the current global energy scenario, with a declining growth rate of the world’s rural population  and  viable  alternatives  to  conventional  electrification,  we  can  estimate  that  technical  and  economical aspects are not the only cause impeding access to electricity. The development of rural  electrification also depends on other factors such as political will, social acceptance, subsidies and  agricultural development policies, among others.  It is socially accepted that renewable energies, especially photovoltaic technology, are "expensive"   and have low reliability compared to conventional technologies, so they would require a great deal  of  investment  for  implementation  and  the  power  supply  could  not  be  guaranteed.  But,  in  2013  subsidies to conventional energies, such as petroleum, reached US$550 billion all around the world,  4 times higher than the amount dedicated to renewable energies [30]; or, in the same context, as  regards rural electrification, the World Bank (WB) argues that subsidies for grid electrification are  significantly greater than those for off‐grid electrification [31].   As regards rural development in impoverished countries, the lack of structure in the agricultural  sector  also  contributes  to  impeding  access  to  electricity,  since  the  agricultural  policies  require  investments in infrastructures to be made in the agricultural economy and dignify the peasant's  lives. Thus, it is very unlikely that a country without agricultural policies will be able to allow the  rural population to get access to electricity. As will be set out below, rural electrification in almost  all Western countries in the mid‐20st century was developed in parallel with agriculture with the  aim of modernizing the countryside and increasing agricultural production ratios.  Finally, it must be taken into account that rural electrification especially addresses a particular part  of  society,  the  peasants.  They  have  been  historically  constituted  as  an  independent  economy  characterized by the fact that the peasantry has always supported itself. The peasant community is  the most aware class with regard to its economy, which determines the decisions that they take  daily.  The  difference  between  a  peasant  and  other  society  member  is  that  the  former  knows  perfectly what he obtains from his work: he produces what he needs to live and the rest of the  production can be a surplus value when sold on. On the other hand, a worker from the "standard"  society never knows the real value of the product of his work. Thus, is important to realize that  giving access to electricity to rural people means an incursion from the macro‐economy into the  peasant  economy,  with  all  the  difficulties  involved  (resistance  to  change).  For  example,  rural  inhabitants from countries like Morocco are not familiarized with public services such as electricity,  and it is difficult to admit concepts like the payment of monthly fees or the long term contracts, or  contractual rights and obligations.  To  better  understand  the  phenomenon  of  contrast  in  the  development  of  rural  electrification,  which prevails both in the effort to electrify and the problem of electrification, there is nothing  better than referring back at the origins of rural electrification in the Western countries carried out  during the twentieth century.   
  • 25. Chapter 1: Introduction  11  1.2 THE ORIGINS OF RURAL ELECTRIFICATION 1.2.1 The appeal of electricity 1.2.1.1 Start of the marketing of electricity. The 1881 Paris Exposition Electricity and its applications have fascinated humans since the beginning of the industry over 130  years ago. When today a peasant family without access to electricity in an impoverished country  finally gets access to it, the ability to marvel at the optimum quality of electric lighting in addition to  the possibility of using appliances like TV or mobile phone must be very similar to that experienced  by our ancestors in the late nineteenth century.  It  may  be  argued  that  the  commercial  inception  of  the  electrical  industry  began  with  the  International Exhibition in Paris in 1881, exclusively dedicated to electricity, that brought together  many  of  the  inventors  and  industrialists  from  the  emerging  sector  at  the  time  to  exhibit  their  creations  and  show  them  to  the  world  (Figure  3).  It  was  the  closest  thing  to  what  we  now  understand  as  an  industrial  exhibition.  It  was  attended  by  over  600,000  visitors  and  had  over  a  thousand exhibitors (including Thomas A. Edison, Joseph W. Swan, Zénobe T. Gramme, A. Graham  Bell, William Thomson, etc), 19 of whom came from Spain [32].     Figure 3: Overview of the International Exhibition of Electricity, Paris 1881 (appeared in Nature, 1881  second quarter)  Inside the Palais de l'Industrie, which then occupied the place where now stands the Grand Palais  des Champs Elisées, the latter built to host 1900 Universal Exhibition, all kinds of inventions for  electric power generation, transmission and application were exhibited, from a lighthouse, boats  and  even  an  airship  driven  by  electric  motors,  submarine  cables,  telegraphy  apparatuses,  electrochemical  batteries,  electric  stoves,  large  magneto‐electric  machines,  microphones,  trams,  etc. 
  • 26. Chapter 1: Introduction  12  But surely, there were two applications which caused more excitement: the phone and lighting. On  the latter, the Spanish magazine "La Ilustración Española y Americana" published in reference to  the Paris Exhibition the following [32]:  "On the bottom left, there are all the known generators: steam, gas, or by means of batteries.  Further, a series of powerful gas engines or steam, which set in motion the dynamo‐magneto‐ electric machines of Gramme, Lontin, Siemens and Meritens, which send torrents of electricity  to  the  lamps  of  various  systems,  which  shine  splendidly  inside  the  Palace  with  the  most  brilliant clarity that human industry has ever produced and with the astonished gaze of man  has ever seen."  Thus, electric lighting was the first application of electricity that amazed humanity and became the  engine  of  development  and  expansion,  thus  making  other  means  of  artificial  lighting  practically  inconceivable.  1.2.1.2 First public supply of electricity in a rural setting: Godalming 1881 Coinciding with the 1881 Exhibition in Paris, and one year before that the famous electric power  plant of Pearl Street in New York (September, 1882) was inaugurated, it took place in September,  1881 in Godalming (England) the first experience in the rural supply of electricity on record, built to  provide  street  lighting  for  the  town,  and  replacing  the  existing  gas‐lighting  system.  In  the  last  quarter  of  the  nineteenth  century,  electricity  was  perceived  by  society  within  the  realm  of  the  "scientific". The fact that it was applied in a small town of only 2,000 inhabitants caused a huge  interest around the country. The power generation genius system and the welcome given by not  only the local and surrounding population, but also by the press, because of the good quality of  lighting [33], started the paradigm of what electricity would mean for humanity throughout the  coming  century.  However,  the  enormous  expectation  of  the  pioneering  system  and  its  initial  success had to deal with its technical immaturity and despite the enthusiasm of its promoters, the  private company of electricians Calder & Barnet, eventually abandoned its contract with the Town  of  Godalming,  which  in  turn  was  taken  over  by  Siemens  and  after  numerous  problems,  causing  continuous and repeated outages, Godalming went back to gas lighting only 2 and a half years after  the start of the new experience. Electricity would come back to Godalming in 1904 and this time  would be forever.  1.2.1.3 The urban development of the electrification Electrification  applied  to  lighting  was  really  confined  to  the  big  cities,  whose  beginnings  were  marked by the fierce competition against gas‐lighting, but the rapid popularity of electricity and its  great reception brought about its rapid expansion.   The  first  urban  experiences  of  using  electricity  did  not  go  beyond  being  mere  exhibitions.  For  example  the  lighting  of  Puerta  del  Sol  in  Madrid  in  1875,  or  in  1878,  to  mark  the  engagement  between King Alfonso XII and his cousin Maria de las Mercedes (who was only 17 years old. She  would die of typhus just five months later, giving rise to the famous legend of the love between  them and the traditional songs that have survived in popular heritage), or other more extravagant  events,  like  the  first  night  bullfight  with  not  very  good  results  in  1879,  which  "La  Ilustración  Española y Americana" would outline [32]:  "If the shadows of our grandparents hold bullfight functions in the Otherworld, they should be  very similar, because what we saw was a show of silhouettes." 
  • 27. Chapter 1: Introduction  13  In the late nineteenth century, European cities were equipped with a gas lighting service operated  by  private  companies.  The  pioneers  of  electrification  were  also  private  companies,  and  after  electricity  superseded  gas  lighting,  many  gas  companies  turned  to  electricity.  Thus  emerged  a  network of companies that obtained concessions (from municipalities) to illuminate streets or even  whole  neighbourhoods.  The  companies  employed  steam  engines  and  alternators  installed  wherever  they  could  (rented  basements,  cellars,  etc)  to  power  the  street  lights.  Very  soon,  theatres, cafes, public buildings, and later dwellings, would also be electrified which led to complex  commercial competition between the numerous electric companies (Figure 4), generating a price  war in order to win customers.  Electrical distribution was born, therefore, as a totally private and  decentralized system.    Figure 4: Electricity sales advertisement appeared in an early 20th century newspaper from Barcelona   1.2.1.4 The world's largest industry emerges: the electrical industry The development of the electricity supply industry was possible thanks to private equity, closely  linked to the European industry. In the case of Spain, the first electric company, also founded in  1881, was the "Sociedad Española de Electricidad", with a company's share capital of 20 million  pesetas, and created by D. Tomás Dalmau, who owned an "optics and physics" shop in Barcelona,  and who  had previously introduced the  Gramme  machine in Spain in 1873, which subsequently  obtained a license for manufacturing.  The  "Sociedad  Española  de  Electricidad"  installed  a  multitude  of  electrical  supply  equipment  for  public and interior lighting in many cities in Spain, especially Barcelona and its surroundings, even  overseas  (Cuba  and  the  Philippines)  and  navy  warships.  The  representative  of  the  company  in  Madrid, who was also a partner, the engineer and inventor Artilleryman Colonel Isodoro Cabanyes,  had  already  equipped  his  atelier  with  electricity  in  1881  for  lighting  and  motive  power.  He  was  responsible for many of the first electrical project demonstration in Spain. It is worth mentioning  that  Cabanyes  would  work  some  years  later  on  the  use  of  solar  energy  for  decentralized  rural  applications in the field of agricultural irrigation, firstly through a "solar reflector system" (Figure 5)  and afterward with the "solar air engine" [34].   The company was taken over in 1894 by the German company Allgemeine Elektrizitäts Gesellschaft  (AEG) who founded the "Compañía Barcelonesa de Electricidad" in the same year [35, 36, 37, 38,  39]. 
  • 28. Chapter 1: Introduction  14    Figure 5: Cabanyes's solar reflector. It appeared in 1890 in the magazine La Gaceta Industrial [34]  Electricity  generation,  initially  produced  by  means  of  the  steam  engine,  made  the  leap  to  hydroelectricity, which meant a reduction in the costs of production and consequently electricity  tariffs, initiating the development of large electrical distribution networks.  This new situation led to the need to make major investments in the construction of dams and  reservoirs,  artificial  waterfalls,  high  voltage  distribution  lines,  etc.  However,  the  enormous  investments necessary could not be covered by the limited national electric companies, nor even  the public administration, so since the very early days, the electricity industry in Spain, which in the  1930s  was  the  most  important  in  terms  of  investment,  exceeding  that  of  the  rail  and  mining  industries, needed the intervention of international investment holdings to meet the costs of the  rapid development of the electricity sector. In the early 1930s all European utilities were already in  the  hands  of  roughly  20  companies,  thus  shaping  what  would  later  become  the  paradigm  of  centralized electrification [36].  1.2.2 The beginnings of rural electrification and its problem of profitability After  the  introduction  of  use  of  electricity  in  the  cities,  the  Spanish  countryside  showed  little  interest in the new technology. However, the public administration considered electricity as the  panacea for the 3 major rural problems of the Spanish post‐civil war years [40]: unemployment,  poverty and the consequent rural exodus. However, access to electricity in the countryside had to  face  two  major  obstacles:  "the  enormous  cost  of  setting  up  the  transmission  and  distribution  of  electricity" and the lack of interest of the rural population towards technological innovation. The  first problem was solved  through subsidies and as  regards the latter, Luis González Abela in his  book "La Electrificación Rural, Problema Nacional " published in 1942 described the problem in thus   [40]:  "... there is only one way to overcome it, which is a very active advertising through pamphlets,  daily and technical press, radio, cinema and whatever means possible, which will highlight the  transcendental  benefits  that  would  result  giving  access  to  electricity  to  our  honoured  peasants, because there is no reason for them to be second‐class citizens and because they  did not commit any offense in having born in the countryside ... " 
  • 29. Chapter 1: Introduction  15  An example of these transcendental benefits was cited in the Congress of Rural Electrification in  1948, held at the School of Industrial Engineers of Madrid [41], in which the importance of using  radio receivers  for the Spanish peasant was mentioned:  "... [the peasant] isolation is broken in this way. He belongs to the great human family. He  can cultivate his Spirit, increase his knowledge, participate in the national life and enjoy the  artistic beauties of music whenever he wants. Not enough can ever be said about the benefits  of radio in the life of an isolated peasant. "  Much less documented than urban electrification, rural electrification was carried out in parallel  with  the  urban,  but  with  a  different  approach  and  significant  limitations.  On  the  one  hand,  the  existence  of  small  waterfalls  that  were  used  in  the  flour  mills,  saw  mills,  foundries,  etc,  were  exploited by means of small generators (dynamos) to provide electricity to small towns. Again, the  origin  of  the  electrification  system,  like  the  urban  one,  was  absolutely  decentralized.  From  that  mentioned at the 1948 Congress of Rural Electrification, the following is extracted [41]:  "The typical electric mill that is used in many towns and all of its electrical industry is known;  it is a completely logical solution, which adequately meets the needs of these people. It is  enough to have a small water flow, provided by any ravine that goes to a canal that carries  the water to a small pond. At the foot of it, a turbine with a dynamo and engine is installed,  achieving a power of 5 to 20 CV; the latter serves to supply electricity to several towns. During  the daytime it works as mill, and at night, the dynamo supplies lighting to the town. This is  the reality for a large area of the country, and as long as the Spanish countryside does not  change  its  habits,  what  nowadays  seems  to  be  difficult,  the  National  power  distribution  networks and the rural electrification will be superfluous."  They  were  small  companies  including  municipalities  and  agricultural  cooperatives  which  were  commissioned  in  the  early  decades  to  deal  with  these  matters.  The  technical  and  productive  limitations of the electrical rural generators, the distribution losses (voltage drops) and the gradual  increase in loads (users added more lighting points, or appliances every year), caused the electric  service to be of very poor quality, with frequent power outages and failures of the generator or  even in the  distribution  network. From the aforementioned 1948 publication, the following was  cited [41]:  "... the technical solution for creating small local power plants or, at most, at a regional level,  installed in waterfalls that are built ad hoc or even using already existing mill and sawmill  facilities, is usually not effective, unless, even within modesty of the installations, their energy  power  far exceeds that required for the loads."   At  the  time,  the  notion  of  critical  mass  of  users  that  would  allow  to  a  company  to  manage  an  electrical network with an economic return was already mentioned [41]:  "... the towns where electrical lighting has not yet arrived, not only will not give profits but  losses, even if the facilities were freely outsourced to the nearest distributor, as the expected  revenue would be 75‐100 pesetas  per month on average at current tariffs, because towns  have  between  15  and  40  neighbours,  most  of  them  with  poor  access,  and  therefore  the  operation of electrical services is very expensive."  "The  solution  must  be  sought  permitting  the  rural  distributors  to  apply  an  adapted  tariff  throughout  its  region.  In  this  way,  while  tariffs  remain  moderate  for  the  entire  electricity  rates, the distributors can increase it to get the real rural electrification in the area that they 
  • 30. Chapter 1: Introduction  16  manage. So these new rates shall be applied to the rural market in which villages with up to  2,000 subscribers must be included. "   Another  singularity  of  the  rural  electrification,  which  directly  affects  the  problem  of  the  profitability should also be noted: the collection of the user fees. Given that the peasant and his  family spend most of the daylight hours in agricultural activities, it is most likely that collectors,  when they visit their customers will not find anyone at home, so the already high cost of moving  around  remote  regions  is  increased  as  they  have  to  return  repeatedly.  In  this  regard,  another  extract from the 1948 Congress is shown [41]:  "Collection of receipts.‐ currently, they are charged at home, which is very expensive because  the collector does not always find all the neighbours at home, so he is bound to make several  trips, and very likely he may not be able to complete the collection."  As  a  result  of  this  historical  evidence,  it  can  be  argued  that  some  of  the  problems  that  rural  electrification  had  to  face  in  the  first  half  of  the  twentieth  century  were  based  on  the  lack  of  profitability for the utilities, due to the high costs of infrastructure (network extensions), no return  on  investment  (very  low  consumption  of  electricity)  and  insurmountable  operation  and  maintenance  tasks  (remote  and  dispersed  customers  and  difficulty  in  managing  users'  fee  collection).  As will be seen below, these problems have remained to date.  1.2.3 Rural electrification to modernize agriculture In 1932, during the Second Spanish Republic, the Instituto de Ingenieros Civiles (now known as the  Instituto de la Ingeniería de España [42]), organized a series of conferences on rural electrification  dedicated  to  electrical  energy  applied  to  agriculture,  where  in  a  somewhat  visionary  way  it  addressed the tilling of the land by means of electric machines, in addition to the "electroculture of  crops" (direct application of electricity to the crops to influence their development). The focus of  the conferences was the French experience, which had already almost 40,000 electrified towns and  used the "electric‐tiller" (Figure 6) for agricultural work in France, its Protectorates and Colonies  [43]:  "... the Gas Lebón Company, in Algeria [...] had decided to give a subsidy of 300,000 Francs to  private farmers and agricultural cooperatives that purchased electric‐tillers of more than 100  H.P."    Figure 6: Electric‐tiller with cable winch, owned by the Société Générale Agricole (SGA). Photo from [43] 
  • 31. Chapter 1: Introduction  17  It is known that later, during the second half of the twentieth century, the engine of development  of  rural  electrification  were  policies  focused  on  agricultural  modernization,  carried  out  in  the  European post‐war as a means of activating the European economy.  "... to turn electrification into a profitable activity, it must cover electric‐tilling, harvesting,  threshing and other available operations using electric motors ..." [41]  Thus, the idea was to extend the grids, at the time fed by large hydraulic and thermal power plants,  toward farms with the aim of increasing crop yields through the use of new electrical equipment.  However, the private companies, which had flourished within urban electrification, did not perceive  the  same  business  opportunity  in  rural  electrification  that  had  it  had  seen  in  the  cities,  for  the  aforementioned reasons.  1.2.4 Public subsidies for rural electrification Then government intervention was required through incentives for both the utilities and the rural  users in order to make the rural electrification attractive to them. In most Western countries rural  electrification  was  achieved  through  grants  and  loans  provided  to  the  electricity  companies  to  ensure a return on the investment, and carrying out awareness campaigns addressed to the rural  population to ensure a minimal electric power consumption.  For example, the US created a rural electrification agency (the Rural Electrification Administration ‐  REA) with the aim of funding the utilities that were electrifying the rural areas [44, 45].  In the  1930s, the US administration launched a promotional campaign aimed at encouraging the peasants  to  use  electricity  (at  the  time  they  were  reluctant  to  pay  for  an  electric  service  that  never  had  needed before) for different domestic appliances and machinery for agriculture and livestock farm  work (Figure 7).    Figure 7: Two of the advertisements that the REA agency used for electrification promotion in the 1930s to  increase awareness among the rural population on the benefits of electricity. 
  • 32. Chapter 1: Introduction  18  Thanks to this campaign, an electrification rate close to 100% in US was attempted in few decades,  which contributed to popularizing the use of domestic appliances, such as television, oven, iron,  bread machine, vacuum cleaner, etc, which would later be exported all over the world. It had the  same  impact  on  agriculture,  and  the  consequent  employment  of  sophisticated  electrical  power  tools.  1.2.4.1 Public subsidies: The Spanish PLANER In 1974, in Spain, more than 900,000 rural people still lacked access to the public service electricity  lines (over 6% of rural population). Giving access to electricity to that remote population meant a  huge  investment  and  negative  profitability  because  of  the  wide  dispersion  and  low  purchasing  power of the population. The 1973 National Electrical census indicated that while the density of  subscribers in urban areas was 116.68 per km2 , in rural areas it was 11.42 per km2 . Moreover, while  the mean urban consumption was 6,244 kWh/year (per dwelling), the rural rate was 885 kWh/year,  i.e. the rural household consumption was 7 times lower than the urban one and the dispersion of  the dwellings was 10 times higher, what meant that the rural electrification costs were 70 times  higher than the urban costs [46].  Although  most  of  the  electricity  companies  in  Spain  were  private,  the  Spanish  government  launched the rural electrification plan, PLANER in Spanish acronym, [47] with the aim of providing  access to the non‐electrified rural population, upgrading rural power grids and contributing to the  increase in agricultural and rural electricity consumption. The programme was carried out between  1976  and  1989.  Just  from  1982  to  1989  [48],  the  amount  of  these  subsidies  reached  32  billion  pesetas (more than €700 million at current rates [49]).   In parallel to the modernization and extension of the conventional power grids,the first experiences  in  decentralized  electrification  was  carried  out  in  the  1980s  by  means  of  renewable  energies,  promoted by the National Institute for Reform and Development (IRYDA in Spanish acronym) within  the PLANER programme. Around 3 million ECU (European Currency Unit) were dedicated between  1982  and  1985  (€4.6  million  at  current  rates,  applying  inflation  rate)  to  install  more  than  2,200  photovoltaic systems [50] in dwellings from decentralized areas.  1.3 REVIEW OF THE DEVELOPMENT OF THE PHOTOVOLTAIC RURAL ELECTRIFICATION 1.3.1 Introduction During the second half of the nineteenth century, the rising cost of coal led to the exploration of  other alternatives to replace the coal in industrial applications where thermal processes intervene.  That was how the French professor M. Augustin Mouchot developed his solar thermal system, later  perfected by the engineer Frank Shuman in US in the early twentieth century [51] (see Figure 8).  After the First World War, oil prices dropped dramatically, putting an end to the new global energy  paradigm  based  on  this  fossil  fuel  while  technological  initiatives  based  on  solar  energy  were  abandoned. 
  • 33. Chapter 1: Introduction  19    Figure 8: Left: 1878 Universal exhibition in Paris. First parabolic trough solar collector developed by  Mouchot in 1866; right: First solar‐generating plant set up in 1913 in Egypt at Maadi by Frank Shuman  The use of solar energy was absolutely forgotten for 6 decades until the 1970s, when the oil crises  of 1973 and 1979 shook the entire energy sector. Then the emerging photovoltaic technology, at  the  time  restricted  to  aerospace  since  in  the  50s,  Bell  laboratories  in  US  developed  the  first  photovoltaic cells, making the jump to terrestrial applications. This coincided with the first steps in  the manufacture of silicon cells at a much lower cost than existed to date (in 1971, the price of  silicon photovoltaic cells for the aerospace industry was $100/Wp [51]).   Since  then,  the  use  of  photovoltaics  was  conceived  as  a  possible  solution  to  electrification  in  remote  areas.  On  the  one  hand,  the  solar  resource  is  available,  to  a  greater  or  lesser  extent,  everywhere in the World and on the other hand, the photovoltaic module is an element of high  reliability and long life, which makes it ideal for use in isolated areas.  Despite  these  two  great  qualities,  there  have  been  other  factors  that  have  played  against  the  supposed  "idealism"  of  the  photovoltaic  technology,  such  as  high  costs  or  low  reliability  of  the  other system components. These negative factors have been evolving during the 40 years of PV  history  thanks  to  the  efforts  of  industry,  researchers,  installers  and  especially  the  users,  who  throughout the world have been the great laboratory of the decentralized PV electrification.  1.3.2 The Solar Home System in Photovoltaic Rural Electrification Although the global PV market is currently shared by around 99% dedicated to the grid‐connection  and only 1% (see Figure 9) to off‐grid applications, the use of PV technology in stand‐alone systems  was,  until  2000,  the  most  extended  application,  mainly  to  provide  electricity  (lighting  and  small  appliances)  to  rural  homes  through  the  so‐called  solar  home  systems  (SHS).  The  PV  rural  electrification is currently growing annually at a rate greater than 20% [52]. For example, the off‐ grid  PV  systems  power  installed  in  2013  may  have  been  more5  than  600  MW  (with  500  MW  installed in China alone) [53].                                                               5  The author have not found any source reporting reliable data about global off‐grid PV markets 
  • 34. Chapter 1: Introduction  20    Figure 9: Evolution of the off‐grid and grid‐connected global market. The worldwide cumulated PV installed  power at the end of 2014 was 177 GWp  The  solar  home  system  has  been  the  most  used  concept  for  mass  electrification  of  houses  in  remote areas, versus the centralized PV systems (pure or hybrid power‐plants) or commonly so‐ called mini‐grids (Figure 10).    Figure 10: Left: Village electrified by SHSs; Right: PV off‐grid power plant (both in Morocco)  The idea in favour of SHS argues that PV users invariably consume more electricity when they are  not personally responsible for the system. This concern is linked to the capacity and size of the  systems,  to  which  the  operation  and  maintenance  factor  could  be  added.  The  management  of  collective structures (need of local organizations, agreements, etc) seems to be more difficult than  individual systems. However, SHS has also been imposed versus the mini‐grids for the following  reasons:  0 20 40 60 80 100 120 140 160 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 % Grid‐Connected % Off‐Grid Cumuled GWp GWp
  • 35. Chapter 1: Introduction  21   Standardization. The same design can be used in different homes or applications of similar  ranks, which makes it easier for engineers, developers and installers;   Geographical spread. SHS can be applied in both dense and sparse populations. Mini‐grids  are justified only in geographically dense villages;   Local availability of spare parts. SHS components are more standardized than those of mini‐ grid  power  plants,  so  it  is  easier  to  find  spare  parts  locally  in  countries  where  PVRE  is  developed, such as electrochemical batteries, regulators or light bulbs adapted to the SHSs.  An SHS is typically made up of (Figure 11) a small PV generator (35 – 100 Wp), a charge controller,  an electrochemical lead‐acid battery, several lamps and DC plugs to connect low loads, such as TVs,  radios or mobile phone chargers. These systems are usually set up to a 12 Vdc output [54].    Figure 11: Left: Solar Home System electric scheme, right: PV module of the SHS on the dwelling roof  Even though photovoltaic technology applied to rural electrification has reached a solid maturity  after 40 years of development, it still faces several problems, some of which are dealt with in this  thesis. These problems involve not only the body of the technology itself, the SHS (what we are  going to call hardware), but they mainly affect the management of decentralized services in rural  electrification (known as orgware).  To understand this issue we consider the two approaches presented below:  1.3.3 SHS: electrification system or domestic appliance Taking into account the millions of SHSs that are installed in the world, it can be said that they  consist of a standardized assembly of basic components (generator, charge controller, battery and  loads). The user, in accordance with his economic resources, can purchase an SHS, and even install  it  himself  in  exchange  for  an  equipment  warranty.  This  is  something  very  similar  to  buying  a  domestic appliance.  To refer to an SHS as an electrification facility, similar to the conventional power grid, it must satisfy  certain requirements, which make it equivalent to the electric power grid.  The  electrical  service  from  the  conventional  power  grids  is  managed  by  large  companies  that  ensure the supply through a strong system of generation, transmission, distribution and O&M. The  resources  of  these  companies  range  from  sophisticated  media  and  control  management  to  departments  with  specialized  technical  staff,  mobility  and  transport  capabilities,  intervention 
  • 36. Chapter 1: Introduction  22  protocols,  etc.  A  similar  deployment  of  resources  is  used  for  commercial  issues,  for  example  to  ensure the collection of fees to end users by means of precise energy meters, switches to which  only the companies can access, direct debit payments, billing departments, etc.  In PVRE, it is difficult to obtain these sophisticated, large and effective management tools, perhaps  due to the limited size of most of the PVRE programs, when compared with the grid, which does  not  apparently  justify  the  necessary  investment.  While,  in  general,  some  PVRE  programs  demonstrate meticulous care in terms of the quality of the devices, they pay little attention to the  management mechanisms that must ensure the operation and maintenance of the SHSs. So it can  guarantee the quality of the PV system but not its sustainability.  As  a  response  to  this  problem,  many  electrification  experiences  have  considered  PVRE  as  something further from a service notion and closer to a domestic appliance. Thus, the figure of the  service manager is replaced by the figure of the sales and guarantee manager. This model is a copy  of  the  common  domestic  appliance  market,  which  has  the  peculiarity  that  it  has  been  institutionalized within the rural electrification field.  As an example for purposes of illustration, PVRE can be compared to bicycle hire services that exist  in many European cities. The purpose of this service is to provide mobility to citizens by means of  bicycles. The bikes are apparently similar to those that we have at home, but they have certain  special features, such as the automatic identification codes for tracking, parking anchorage devices,  etc, which make them different and adapted to a management system. The user rides the bike just  like a normal one, but in parallel to a registration system, subscriptions, card payments, etc. Behind  it there is a complex (and usually expensive) management system that allows the concessionaire to  carry  out  the  O&M  of  bicycles  and  renting  facilities,  and  to  collect  the  leasing  charges  with  guarantees (obviously the correct use of bicycles and the collection of fees is not left to the good  faith of users).  To date it has been usual in PVRE for, even in programmes configured as electric service, the SHS to  be  set  up  in  a  similar  way  to  the  bicycle  that  we  have  at  home,  in  accordance  with  the  aforementioned  example.  Thus,  the  O&M  managers  of  these  systems  do  not  have  any  tool  to  manage the service offered to their customers and there is no choice but to trust in the honesty of  thousands of SHS's users.  The result of this fact is the well‐known dilemma about whether an SHS is a domestic appliance or,  on  the  other  hand,  an  electrification  system  comparable  to  the  conventional  one  [55].  If  the  tendency is to achieve the universality of the access to electricity rights, the SHS cannot be a simple  appliance purchased by the user from any dealer. If the SHS is a real electric supply system, its set  up cannot be simplified to the minimum required components, and in the same way as the public  service  of  bicycle  renting,  it  will  need  hardware  (the  SHS)  adapted  to  the  management  system  (orgware) to provide the necessary tools to administrate the O&M and allow the user to benefit  from a service with the same guarantees given by conventional electrification.   1.3.4 PVRE as technological system As regards the photovoltaic rural technology, understood as a system [56], from a holistic point of  view it consists of three dimensions (Figure 12): 
  • 37. Chapter 1: Introduction  23  The  hardware  (HW),  that  refers  to  the  system  material  body:  the  SHS,  its  components,  quality,  lifetime, reliability, cost, etc.   The software (SW) is about the use of the system by the user: the consumption, the time of use of  each appliance, the signals of the charge controller and reaction of the user, etc.  The orgware (OW) is the organization model of the rural electrification programme, which provides  the  electricity  service  to  the  dwellings.  In  this  regard  it  is  taken  into  account  on  the  one  hand,  whether the programme is developed through subsidies, credits, cash sales or a fee for service,  among others. On the other hand, the orgware dimension deals with programme management,  from  marketing  and  installation  of  the  SHSs,  to  the  "after  sales"  service  and  the  operation  and  maintenance.    Figure 12: Hardware, software and orgware interactions in the photovoltaic rural technology system  This  scheme,  proposed  and  analyzed  for  technological  systems  by  the  Ukrainian  Gennady  M.  Dobrov [57] in the late 1970s, has certain peculiarities concerning the 3‐dimension interaction. One  of  them  is  that,  traditionally  in  technical  innovation,  more  attention  has  been  paid  (and  more  resources  dedicated)  to  the  HW  and  SW  than  the  OW.  This  negatively  affects  the  technological  system’s sustainability. The orgware, defined by Dobrov as "a set of organizational arrangements  specially designed and integrated using human, institutional and technical factors to support the  appropriate interaction of the technology and the external systems", plays a key role in photovoltaic  rural  technology,  which  has  been  underestimated  throughout  PVRE  history  and  currently  still  suffers significant deficiencies.   The element that perhaps has evolved most in the PV rural system has been the hardware, both in  the  quality  of  the  SHS  devices,  and  adaptation  of  international  standards,  and  recently,  in  the  dramatic reduction in market cost.  •SHS components •Quality •Prices •Reliability •Installation •User SHS know‐how •Consumption •SHS interface •User manual •Financementmodel (subsidies, credits, cash sales, fee  for service, etc) •Normes, tenders, engineering •ESCO: marketing, installation, O&M, fee collection •Internal skills and training •Management structure •O&M management  and costs •Datalogger •Monitoring •Prepayment system •Technical standard •Spare parts •Enquiries •User skills •Fee payment •O&M fees •Maintenance service HARDWARE ORGWARE SOFTWARE
  • 38. Chapter 1: Introduction  24  Second, the development of the software dates back to the beginnings of PVRE, when the task of  accommodating  the  needs  and  abilities  of  users  to  the  management  and  operation  of  the  PV  systems was the first requirement for the successful implementation of this technology. This has  remained until today, constantly adapting to new hardware advancements.  As regards the orgware, despite its developmental delay in PVRE, some of the factors that integrate  it have reached a high degree of maturity. Several management and organizational models have  been well described in the literature and applied in the field, especially since the 1990s, and they  have been studied in depth by recognized international organizations such as the World Bank [17,  58, 59, 60, 61, 62, 63, 64] or the International Energy Agency [65, 66, 67]. However, the orgware  has had several weak points during the development of PVRE, as will be discussed below.  1.3.5 Evolution of the HW, SW and OW in PVRE 1.3.5.1 The 1960s and 1970s. Hardware development: reliability and cost‐ effectiveness in decentralized rural electrification The first terrestrial experiences of PV technology date back to the 1960s when Japan began to use  it in maritime applications (light beacons, communications, etc) [68]. Paradoxically, oil companies  such as Exxon, Texaco and Shell, among others, pioneered the use of photovoltaic solar energy.  These companies had equipped their platforms in the Gulf of Mexico with lighted beacons, which  were fed from non‐rechargeable batteries which were frequently replaced, at an operating cost of  about  US$2,100  per  replaced  battery.  In  the  1970s,  these  companies  decided  to  change  these  accumulators for rechargeable batteries with a photovoltaic generator, thus reducing the operating  costs by 95%.  It was in 1968, in Niger, when PVRE started formally, through the installation of a system to feed a  television  in  the  Gondel  school,  close  to  Niamey  [69].  The  experience  was  expanded  to  other  schools until 1977, after installing 123 PV systems. They were made up of a 282 watt peak (Wp)  photovoltaic power generator, a 40 ampere‐hour (Ah) and 32 nominal volt (V) battery, and a charge  controller to feed a television receiver of 32 W. The cost of these systems was US$3,100 per school  in  1975,  with  an  estimating  price  of  US$0.12/hour  of  television,  which  meant  US$3.75/kWh.  Despite this enormous cost and considering that the lifetime of the PV system was 10 years (PV  manufacturers  at  the  time  gave  5‐year  warranties),  the  solution  was  4  times  cheaper  than  the  option of using high‐capacity alkaline cells, for which the TV receivers were originally designed.  In the 1970s,  Father Verspieren in Mali [70], and his organization Mali Aqua Viva [71], instigated  the first photovoltaic pumping systems programme for extracting water from wells, in order to try  to  solve  the  disastrous  situation  of  thousands  of  people  affected  by  the  severe  drought  that  suffered the Sahel region in those years. The use of PV pumps by Verspieren was the result of years  of bad experiences with hand pumps and diesel generators because of their low reliability and high  O&M costs. Mali Aqua Viva carried out the installation of 16 PV pumping systems (reaching a total  power  of  21.8  kW)  between  1975  and  1980,  which  was  one  of  the  first  milestones  of  PVRE  to  consolidate  this  technology  as  a  cost  effective  and  reliable  alternative  to  diesel  generators  and  hand pumps. 
  • 39. Chapter 1: Introduction  25  1.3.5.2 First promotion and R&D programs to reduce the costs of PV The  oil  crisis  was  the  trigger  for  the  first  political  incentives  for  industry  and  research  into  photovoltaic technology and its application in rural electrification. As PV was still a technology with  high manufacturing costs, a first researching phase focused on the cost reduction was necessary.  Some of these initiatives were as follows:   In 1975 the Commission of the European Communities financed the first R&D program in the  field  of  non‐nuclear  and  non‐fossil  fuel  energies.  It  devoted  US$6.4  million  to  photovoltaic  conversion  [72],  with  the  aim  of  studying  and  enhancing  the  photovoltaic  cells,  to  later  evaluate them in several 5 kWp prototype systems [73].   In 1976, the Department of Science and Technology of the Government of India launched their  Solar Cell Programme Plan with the aim of researching and developing different projects in  areas such as the "development of conventional type single crystal silicon solar cells" to get 7‐ 9% PV  conversion efficiencies. The  programme was motivated by the low rate of access to  electricity in India (less than 10% of the rural inhabitants). They took PV energy into account as  a technological and cost‐effective solution, as alternative to the electric grid extensions. At the  time a cost of US$60 billion was estimated to mass electrify 100% of the population at 1 kWp  per dwelling [74].    In the mid 1970s Mexico had a rural electrification rate of 35% (10.7 million people without  access  to  electricity).  The  Centro  de  Investigación  y  de  Estudios  Avanzados  of  the  Instituto  Politécnico  Nacional  carried  out  some  projects  for  PV  terrestrial  applications  against  the  background of the rural electrification problem. In 1976 two pilot projects were established:  "the demonstration project in educational TV" and "PV for two rural telephone stations", both  in the East of the Mexican Rocky Mountains, using PV modules of 7 Wp and 12‐15 V with 10%  efficiency [75].   In Japan, also in the 1970s, the "Sunshine Project" had the final goal of reducing the cost of  PV  by a factor of 100 through 5 fields of research: silicon ribbon crystals, silicon thin film, new  types of solar cells, II‐IV compound semiconductors and fundamental research [76].   In the same vein, the UK Department of Industry (DIn), the Science Research Council and the  European Economic Community (EEC), started research work in the field of the PV cells in the  1970s a with the aim of reducing the manufacturing costs by half (less than £8/Wp) by means  of the development of new manufacturing processes of photovoltaic cells [77].  By the mid‐1970s the first pilot projects began, which aimed to direct PV technology applications  towards decentralized electrification, integrating the software dimension while its purpose was to  electrify remote rural populations:   In 1976 in the USA, the "PV Stand‐Alone Application Project", led by the NASA Lewis Research  Centre  and  the  United  States  Agency  for  International  Development  (USAID),  developed  "universal" stand alone PV systems in order to open up a new market for rural electrification in  developing countries for domestic lighting applications, water pumping, grain mills, etc. [78,  79, 80, 81].   In  1978  The  United  Nations  Development  Programme  (UNDP)  and  the  World  Bank  (WB)  launched the UNDP funded GLO/78/004 project to develop small‐scale pumping systems for  water supply and irrigation applications in developing countries [82], including field trials of  systems in Mali, the Philippines and Sudan.