电力接入，社区医疗服务交付，以及农村发展Nexus：加纳离网社区的3个太阳能电气化CHP分析

抽象的

居住在撒哈拉以南非洲的6亿人无法获得电力。因此，在这种能源贫困的社区中缺乏需要电力的现代医疗保健服务，包括疫苗制冷，这是缺乏电力的。在这项工作中，对电力接入有助于提高医疗服务交付和农村发展的案例研究，分析了分析，案例研究了3种不同的离网太阳能光伏（PV）系统，在社区的健康计划和服务（CHP）中加纳。本研究的分析表明，对于安装在各个地点的3.0 kWp太阳能光伏系统，内部电力消耗介于4.30％和7.58千瓦时。结果发现，每月148-304千瓦时的发电量多，可用于提供其他经济服务，包括手机充电，托管电池充电和小型冷库服务，以产生维护系统的收入，这对于农村贫困社区中太阳能光伏设备的可持续性至关重要。研究结果还表明，能够提供基本医疗服务的电气化卫生设施对社区卫生成果和农村发展产生潜在影响。在CHPS化合物中进行的评估显示，通常，医疗服务递送的改善导致时间为居民节省15-43小时，这可能是可能用于生产工作的居民。节省时间在女性和儿童中比男性更重要。在许多发展中国家的基于农村农村农村社区，女性和儿童通常是从事各种农业活动的劳动力。 This paper concludes that access to electricity in CHPS compounds helps to improve community health outcomes and increases time availability for women to engage in productive work that can potentially result in significant socioeconomic activities and rural development.

1.介绍

据估计，全世界有超过10亿人无法使用电力[1]．仅在撒哈拉以南非洲，这个数字就令人震惊，超过6亿[2，其中超过60%的人生活在农村贫困社区，在不久的将来没有任何电网供电的希望。一个巨大的飞跃和一个综合的自下而上的方法与私营部门融资[3.如果将实现2030年的普遍获得现代能源服务，则需要在这样的社区中需要[4]．

进入现代能源服务与社区社会经济发展有很强的联系[5- - - - - -9[更重要的是，当能量投入生产使用时[10]．在国家电网不可用的地区（离网区域），可再生能源解决方案[11]，其中包括利用太阳能作为较好的选择[12- - - - - -14]．对于农村离网可再生能源解决方案，适当的储能技术对其可靠性至关重要[15]．因此，在独立的太阳能光伏系统上进行了许多研究研究，其中基于电池的能量存储，用于各种应用的偏外电网，包括水泵，优质医疗服务交付和手机充电[14，16，17]．

在卫生部门，获得能源对于提供和改善医疗保健服务和救生干预措施至关重要[18]．研究表明，社区的可持续发展受到居民福祉的影响，而居民福祉往往是由所使用的能源类型所决定的[19]电气化健康设施的可用性[20.]．例如，在Hernández和Siegel的研究中[21Zhang等[22]，已确定能源贫困和不安全对人们的健康和社区发展有负面影响[23]．在撒哈拉以南非洲的许多国家，以社区为基础的卫生设施要么电力不足，要么无法使用电力[24，25]．在一些偏远卫生设施获得捐助资金用于独立的可再生发电系统的情况下，这些系统由于糟糕的维护做法和所有权责任而遭受长期可持续性问题。

在加纳，有一些以社区为基础的卫生保健规划和服务(CHPS)建筑群，它们没有通电[25]．2017年，联合国基金会(UNF)实施了一个试点项目，在加纳北部地区Mamprugu Moagduri区的3个偏远离网卫生设施/CHPS安装了独立的太阳能光伏系统。自那时以来，太阳能光伏系统对医疗保健服务提供和社区发展的潜在影响尚未确定。此外，缺乏关于确保系统长期可持续性的创新方法的研究。本研究的目的是评估在安装了独立太阳能光伏系统的社区中，热电联产设施的电力供应如何影响医疗保健服务的提供和农村发展。此外，还提出了一种新颖而实用的方法，即利用能源服务公司(ESCOs)管理来自太阳能光伏系统的额外发电，并产生可用于维持其长期可持续性的收入。

2.方法

2.1。加纳CHPS化合物的设置

加纳的社区保健服务项目是一种以社区为基础的保健规划和服务模式，旨在解决该国不同地区偏远农村社区在保健提供方面的差距。加纳有超过1410个卫生设施或CHPS [26]，超过50％的人无法获得电力。CHPS化合物的主要目标是实现普遍的医疗保健覆盖，包括财务风险保护，获得优质的质量保健服务，并获得所有人的安全，选择性，质量和实惠的必要药物和疫苗[26]．

CHPS通常向人口在500至1800人之间的偏远社区提供医疗保健服务。它主要由一栋建筑中的3或4个房间组成，其中一个房间用作社区卫生官员(CHO)的住所。训练有素的总干事通常由服务领域的志愿者提供支持。卫生防护中心提供基本保健服务，包括小病的临床治疗、疫苗接种、产前服务、助产、预防和促进服务以及紧急服务。在报告的病例超出其能力范围的情况下，将病例转到地区或街道医院。数字1显示地区的主要医疗水平[26]．

２.２.研究区

加纳北部地区在社会福利设施和现代公用事业服务方面是贫困地区之一。北部三区共有27个区，总面积70384公里²总人口超过300万。伊格尼人主要是农民培养不同的农作物，包括米饭，小米，玉米，高粱，花生和蔬菜。医疗保健服务交付是由于国家电网的不可用，除了该地区的许多地区的低经济活动之外，由于国家电网的偏远地区，加纳的偏远北部是一个挑战26，27]．同样重要的是，要强调的是，北部地区的环境温度非常高，可高达35°C [28]，这对储存药物并不有利。受控储藏室，通风房或疫苗制冷，是适当储存药物的要求[29，30.]．

在加纳偏远北部超过185个CHPS化合物中[31，只有少数几个国家可以使用或接近国家电网。在联合国基金会进行的可行性研究中[25[关于加纳的离电网卫生设施的电气化，财务分析（成本效益比较）透露，对于距离国家电网超过5公里的卫生设施，独立的太阳能光伏系统是在经济上的最佳选择，而在设施内达到电网5公里，将它们连接到国家电网经济上可行。特别是在Mamprugu Moagduri区，有3个卫生设施/ CHP，无需获得电网，距离国家网格有超过10公里。它们是SOO CHPS，NAMOO CHP和Yikpabongo卫生设施。2017年，通过飞行员项目，否促进了设施的布线和安装电器和独立的太阳能光伏系统的安装。太阳能光伏系统设计和设施由太阳能电气灯基金（Self），美国，通过其当地合作伙伴，Power World Limited，加纳。在CHPS化合物上安装的电器类型如表所示1．

２.３.独立的太阳能光伏系统在3个CHPS化合物

独立的太阳能光伏系统是根据家用电器电荷和能源需求的三种健康设施/ CHPS化合物设计和安装。为了适应潜在的未来能源需求，设计了20％的开销。桌子2在3个站点介绍了同类太阳能光伏系统安装的规格。数字2还示出了其中一个位点的太阳能光伏装置的示例。加纳太阳能光伏系统组件安装的单位成本也在表格中介绍3.．

2.4。太阳系配置

用于太阳系的安装逆变器包括来自Outback Power的标准化组件。这些系统称为“FlexPower One”的系统由逆变器充电器组成，标称容量为3000 W，48 VDC输入和230 VAC 50 Hz输出。

Outback VFXR3048E是一款混合逆变器充电器，当机会出现时，它能够连接到公用事业电网，使系统具有未来抵御能力，并能适应不断变化的能源市场。内置的交流充电器可以从任何可用的交流电源如电网或发电机接收能量，通过先进的4级电池充电系统(体积、吸收、漂浮和均衡)帮助电池充电。

FLEXpower系统还配备了Outback的FLEXnet DC (FNDC)电池监控器，该监控器可以跟踪电池的流入和流出，并提供电池充电状态、能量流动的瞬时和历史汇总数据的监控，以及其他电池评估参数，如“满电天数”，该参数跟踪电池充满电后的天数。

从安装中获得的数据(在FLEXpower逆变器中使用SD存储卡)被用来确定内部用电量和可能用于创造其他经济活动以产生收入的多余电量。

最终能量输出( ）是使用以下等式计算在给定时间段中产生的交流电流（AC）功率的太阳能光伏系统的影响，[32]： 在哪里交流能量在时刻输出吗和这里的期限是一年。对3个卫生设施/热电联产设施的独立太阳能光伏系统的分析结果载于本节3.．

2．5．评估太阳能光伏系统对医疗服务提供的影响

为了确定CHPS化合物的太阳能光伏系统的装置如何影响医疗服务交付和社区开发，收集并分析了系统安装前后的门诊患者的记录，并分析了一个14个月的时间。收集了报告的报告案件，包括疟疾，霍乱和蛇咬伤，这些案件在社区中常见于社区。此外，通过社区调查，由于居民的健康状况提高了居民的健康，收集数据并按时间储蓄进行了分析，否则将为他们的家庭成员承认他们的家庭成员而储蓄。方程式（2)和(3.)分别计算与门诊资料相关的平均值和标准误差[33]． 在哪里是^th数据点，是平均值，是数据点数，和取决于以及置信度(这里是95%)。的值 取自统计表[34]．

在社区调查中，数据被收集了受访者的性别和年龄及其职业。此外，提出的一些相关问题如下：（一世）你曾否到卫生防护中心接受治疗?(2)你上次到卫生防护中心治疗是什么时候?(3)您如何评价CHPS化合物的服务交付：高，良好，充足或不足？（iv）您是否认为CHPS化合物的电力有权在您的社区中提高了医疗保健服务？(v)您认为由于医疗保健的改善减少了您前往卫生防护中心的患病次数，您节省了多少小时?

2.6。假设检验

一般认为，在以农业为主的农村社区，女性和儿童在社区发展中起着关键作用[35- - - - - -37]，由于他们大量参与了这两种自居点和商业养殖活动。因此，假设推断，女性和儿童的更好的健康状况导致更多的时间可用性，这些可用性可能被用于农村农村农村社区的生产工作和社会经济发展而不是男性。测试这个单尾假设的统计学意义[38]，我们制定零点（h₀）和交替（h_一个）假设如下：（一世）H₀:妇女和儿童健康状况的改善并不会导致比男性节省更多的时间(可用时间)，而这些时间有可能用于在农村农业社区开展社会经济发展的生产性活动。(2)H_一个：改善女性和儿童的健康状况导致更多的时间储蓄（可用性），可能被用于在农村农村农村社区的社会经济发展中进行生产活动而不是男性。

零假设和备选假设在数学上表示为 在哪里和分别代表女性和雄性的人口平均值。

式(4)通过计算 -通过等式给出的两种方式分数（5） [38，39]： 在哪里和分别是女性和男性的样本手段。方程式（4)和(5)也被用来检验儿童和男性之间的假设，通过替换总体和样本均值，以及用儿童的方差替换女性的方差 ， ，和 ，分别。与总体方差( ）对于未知的分组数据，使用示例方差估计（ ）。 在哪里为响应频率，是班级的中点，样本均值和为样本量。本研究的结果将在以下几节中介绍。

3.结果和讨论

3.1。内部电力消耗

每日内部(CHPS化合物)太阳能光伏电力消耗数据是通过安装在不同地点的逆变器上的SD卡数据记录器获得的。数字3.这是“Namoo”、“Soo”、“yikabongo”等三家热电联产企业每天使用的太阳能电量。

从图3.据观察，在平均水平的情况下，纳米，SOO和Yikpabongo设置1安装的平均电量为4.30千瓦时，5.52千瓦时和7.58千瓦时。在3个地点的内部电力消耗的幅度的变化是由于电器数量的差异。

３．２．太阳能光伏系统的可持续性

在非洲许多国家，捐助者提供的以社区为基础的项目通常面临所有权和系统可持续性责任的挑战。特别是，由于定期维护预算有限，许多发展中国家农村离网地区卫生设施的发电系统面临长期可持续性问题。如果不提供资金，更换可能花费不到10美元的小部件出现故障，就会使整个系统无法使用。在布鲁-哈蒙德的著作中[40[，建议农村离网地区的能源系统可以持续，如果它们被用来产生生产性经济活动，能够提高现金流(收入)，用于维修和更换故障部件。

在安装在3个CHPS化合物的太阳能光伏系统的情况下，对能源服务公司（ESCOS）的使用方式进行了分析来解决这个问题。ESCOS管理额外的电力而不是医疗保健提供者提供了一个有利的市场创新，因为它们（ESCOS）具有对系统进行适当的操作和维护的技术专业知识。ESCOS还将有适当的能力来识别太阳系，从市场采购零件的技术问题，并实施适当的维护解决方案。此外，利用ESCOS管理额外电力的提案是为了避免对CHPS化合物的医疗保健服务送货核心授权的医疗工作者分心。

对太阳能光伏发电装置的总发电量进行了分析，以确定可以出售的潜在多余电力产生收入。数字4显示了来自太阳能光伏系统的总发电量，以及每个站点可能用于创造经济活动的多余发电量。

由Figure的结果可知4，观察到在该地点安装的相同规模(3.0 kWp)太阳能光伏系统的总季度发电量为每月320至437 kWh。根据各地点目前的室内用电量计算(见图)3.），确定季节性过剩的光伏发电/月，195-266千瓦时，195-266千瓦时，分别可获得Namoo，Soo和Yikpabongo，可获得148-203 kWh /月。可以探索在社区创造其他经济活动。因此，根据以下部分中提出的，对来自多余电力产生的收入产生的潜力进行了进一步的分析。

3.2.1之上。PV电力过剩的创收潜力

在分析三个地点的太阳能光伏装置产生的多余电力产生收入的潜力时，公共事业监管委员会公布的加纳住宅部门的电价[41]，在加纳使用比塞瓦斯(GHp)4）。

值得注意的是，在加纳，不同客户类别的电价是不同的。为了进行财务分析，使用加纳商业银行的汇率将当地货币(加纳Cedis-GHS)兑换为美元(1美分相当于GHp 5.5)。数字5显示了在加纳住宅部门以当前税率出售的3个地点的过剩太阳能光伏发电产生的潜在月平均收入。

由Figure的结果可知5在美国，Namoo、Soo和Yikpabongo网站的月平均收入分别为34美元、29美元和22美元。总的来说，出售多余的电力每年可获得270-405美元的收入。必须强调的是，考虑到进行这项研究的社区的居民低于每天平均收入1美元的贫困线这一事实，这一创收是非常可观的。

从这一分析中，我们强烈认为，要使联合国基金会对太阳能光伏系统的巨额投资持续下去，就应该聘请私营能源服务公司(ESCOs)来管理多余的电力，以便为系统的运行和维护增加收入。然而，建议在这种安排下，PV系统应包括电力负荷分压装置，只允许esco使用多余的电力，以避免系统过度消耗，危及CHPS化合物的核心运行。

下一节介绍了ESCO可以利用过剩光伏发电创造经济活动的场景。

3.2.2。提出能源管理公司模型

在加纳，根据电力部门监管框架[42，两家主要的公司ECG(加纳电力公司)和NEDCO(北方电力分配公司)被授权从国家电网向消费者出售电力。然而，对于离网社区的独立系统，潜在用户可以根据共同财务协议与ESCO合作开发电力系统。然而，ESCO必须获得加纳能源委员会的许可才能运作。因此，许多离网家庭和设施与电力公司有不同的融资安排，使他们能够获得电力，包括支付和使用模式。

加纳许多远程离网区的土着人通常使用可充电灯在夜间照明。此外，其中一些人使用手机进行沟通。灯具和手机的可充电电池通过当地快递员提供费用，以便将其充电在附近的城市（电网），通常约为10-25公里。为手机和可充电灯充电的费用分别为80和100加纳Pesewas（每天）（美国美分14.5和18.2当量）。从结果中呈现4由于3个站点可获得的过剩光伏发电不同，建议使用ESCOs进行市场创新(见表)5）。

通过ESCOS将电器充电的拟议费用低于当前当他们向城市发送给居民的当前对电器的实践。降低的充电费（减少约31-34％，与城市充电约31-34％）是鼓励居民用CHPS化合物的过量的太阳能光伏发电给他们的手机和卷发。

如前所述，这项研究的目标之一是找出电力供应、人民健康和社区发展之间的联系。得到的结果将在下一节中给出。

3.3。电力接入对医疗服务交付和社区发展的影响

分析了在热电联产设施获得电力如何改善了向人民提供的保健服务，以及其对健康结果和社区发展的内在影响。初步数据是从卫生防护中心报告的病例数中收集的。卫生防护中心辖下院舍呈报的个案下降，反映医疗服务的改善情况。数字6显示社区常见病发病率下降。

由Figure的结果可知6，社区的常见病有所下降(14-45%)，这可能与多种因素有关。从社区调查期间的互动中，土著居民报告说，由于热电联产设施的供电，他们的健康状况得到了改善。健康结果的改善可归因于医疗保健服务的改善，这提供了基本服务，包括对需要储存温度低于30°C的药品的药品储藏室进行适当通风。此外，通电可以适当冷藏需要温度在3-7℃范围内的疫苗。从社区护士那里收集到的信息显示，在安装太阳能光伏系统之前，他们不得不长途跋涉(超过10-25公里)到附近的城市购买冰来将疫苗冷藏在食品瓶中，温度不受控制。这种做法通常会使药物无效，导致相同的问题频繁返回。特别是，治疗蛇咬伤的疫苗通常由于冷藏方法不当而无效。

为了确定改善的医疗保健对社区发展的影响，对社区居民进行了调查。调查结果显示，由于电气化热电联产化合物提供了更有效的医疗保健服务，节省了在健康相关问题上的时间。数字7显示每月平均节省时间，以便为单位。重要的是要提到由于缺乏居民缺乏记录，社区调查不允许测量所需的经济学参数。然而，在缺乏计量计量的情况下，分析了居民的时间节省数据，否则将用于在CHPS化合物中照顾自己或其家庭成员。这次每月储蓄可以转化为与社区发展有关的生产工作的时间。

来自图的调查结果7尽我所示，可以获得电力和改善的医疗保健服务对农村农村农村社区的女性和儿童的影响比男性更大。该统计分析的结果在一节中介绍3.4．平均而言，妇女和儿童每月节省的时间分别为43小时和21小时。节省下来的时间使社区妇女和儿童分别有大约1周(43小时)和3天(21小时)的生产性工作时间。值得注意的是，在发展中国家的许多以农业为基础的农村社区，妇女和儿童通常是从事各种农业活动的劳动力，这些活动带来了显著的生产力和社区发展[35- - - - - -37，43]．因此，据称，获得有助于改善医疗保健的电力，增加妇女的时间可用性，从事生产性工作可能会导致社会的重大社会经济发展[23]．

3．4．热电联产化合物用电节省时间的统计分析

为了确定女性和儿童节省时间的统计学意义与男性相比，上述假设检测的概念（部分2.6）应用于在该领域收集的数据。桌子6总结了显着性水平统计分析的结果 ．从统计表，关键在这种显着性水平下进行右尾测试的价值是 ．因此，该右尾试验的排斥区域是 ．

从表格6，自计算出女性和男性的价值是 ，结论是无效假设被拒绝。同样,计算 -儿童和男性的得分是 ，因此，拒绝零假设。另外，自从此值为小于0.05的零，null假设被拒绝。从假设检验来看，由于零假设被拒绝，备用假设妇女和儿童健康状况的改善导致了比男性更多的时间节省(可用时间)，这些时间有可能用于在农村农业社区开展社会经济发展的生产性活动“被接受。

4。结论

在这项研究中，已经进行了分析，就如何获得电力如何提高发展中国家的农村能源贫困社区的社区健康和发展，在加纳案例研究。从本研究开始，结论：（一世）对于安装在研究地点的3.0 kWp太阳能系统，每月有148-304 kWh的电量过剩，可由esco产生用于系统维护和运行的收入，这对系统的可持续性至关重要(2)确定CHPS化合物中的电力接入改善了医疗保健服务递送，导致积极的健康结果，这些结果转化为始终需要社区发展所需的更健康的社区(3)从假设检验的结果可以确定，在CHPS化合物中获得电力对女性和儿童的影响大于男性。妇女和儿童健康状况的改善可节省更多的时间，这些时间有可能用于开展促进农村农业社区社会经济发展的生产性活动

4.1。深度学习

本研究分析了CHPS化合物中的电力接入以及如何在发展中国家的远程离网社区中提高医疗服务交付，在加纳案例研究。从门诊记录中获得的数据推断，确定报告的CHPS化合物中疾病病例中的百分比下降。虽然作者认为，在报告的疾病案件中，电力接入有助于这些液滴，但重要的是要提到这些积极的健康结果可以归因于多个因素。未来的研究将这些因素解耦并确定能源访问与改善的健康结果之间的具体相关性值得调查。

数据可用性

用于支持本研究结果的[用电数据和问卷/应答数据]可根据要求从通讯作者处获得。

的利益冲突

我们写信证实，与资助机构出版本手稿没有利益冲突。批准已从我们的资金机构获得，以发布本手稿的内容。

致谢

本研究完成的太阳能光伏系统由联合国基金会提供。但是，文章处理费（APA）将由Kwame Nkrumah科技大学Kwame Nkrumah大学的授权和研究办公室支付。作者将要感谢联合国基金会（UNE）为提供这项研究的资金。此外，作者还感谢居民，社区医疗保健提供者以及社区领导人在调查研究的数据收集期间支持他们的支持。

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