Investigation of a Grid-Connected Solar PV System for the Electric-Vehicle Charging Station of an Office Building Using PVSOL Software

• Autorzy: Marwa M. Ibrahim

Warianty tytułu

Badanie systemu fotowoltaicznego podłączonego do sieci dla stacji ładowania pojazdów elektrycznych w budynku biurowym przy użyciu oprogramowania PVSOL

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Electric vehicles are predicted to blossom in Egypt in future years as an emerging technology in both the transportation and power sectors, contributing significantly to the decrease of fossil-fuel usage and CO2 emissions. As a result, to mitigate overloads of the vehicle energy demand on the nation's electric grid, a solar PV system can be used to provide the electricity needs of an EV charging station. This objective of this paper is to present the design, simulation and economic analysis of a grid-connected solar-power system for an electric-charging station at a workplace in 6th October city, Egypt using PVSOL simulation tool to supply energy to the charging station and office-building appliances. The ideal orientation of the PV panels for maximum energy was determined using data from the photovoltaic geographical information system and predicted load-profile patterns. The amount of electricity generated the efficiency of the PV power system, financial analysis in terms of investment costs and the return on assets, and the ability to reduce CO2 emissions are all estimated in this study. This system also evaluates annual energy predictions and is used for electric-vehicle charging, grid feeding, and appliance consumption. Due to the relatively high solar insolation in Egypt; PV production energy was 10,463 kWh per year and the annual yield is 1,786.69 kWh/kWp. Of the power from PV generation, 66% is utilized for charging the electric vehicle and 34% for electrical appliances. After applying the financial analysis for 20 years; the electricity production cost is 0.0032 $/kWh and the payback period for this proposed system is about five years. The annual energy costs after the installation of PV systems proposed system created a financial saving of 21%. The performance ratio of this system inverter is 84% and the monthly average of the electric vehicle SOC over a year doesn't decrease out of 27% plus 5 tons of CO2 emissions per year were avoided. This research can be used as a recommendation for stakeholders who want to use this energy source for vehicle charging. (original abstract)

Przewiduje się, że w najbliższych latach pojazdy elektryczne rozwiną się w Egipcie jako technologia wschodząca zarówno w sektorze transportu, jak i energetyki, przyczyniając się znacząco do zmniejszenia zużycia paliw kopalnych i emisji CO2. Dlatego proponuje się, że aby złagodzić przeciążenia krajowej sieci elektrycznej wynikające z zapotrzebowania pojazdów na energię, można wykorzystać system fotowoltaiczny do zaspokojenia zapotrzebowania na energię elektryczną w stacjach ładowania pojazdów elektrycznych. Celem niniejszego artykułu jest przedstawienie projektu, symulacji i analizy ekonomicznej, z wykorzystaniem narzędzia symulacyjnego PVSOL, dla podłączonego do sieci systemu zasilania energią słoneczną biura w mieście Madinat as-Sadis min Uktubar w Egipcie celem dostarczania energii do stacji ładującej i urządzeń biurowych. Idealną orientację paneli fotowoltaicznych dla uzyskania maksymalnej energii określono na podstawie danych z fotowoltaicznego systemu informacji geograficznej i przewidywanych wzorców profilu obciążenia. W niniejszym opracowaniu szacowana jest ilość wytworzonej energii elektrycznej, sprawność systemu fotowoltaicznego, analiza finansowa pod kątem kosztów inwestycji i zwrotu z aktywów oraz zdolność do redukcji emisji CO2. System ten ocenia również roczne prognozy zużycia energii i jest używany do ładowania pojazdów elektrycznych, zasilania sieci i zaspokojenia zużycia urządzeń. Ze względu na stosunkowo wysokie nasłonecznienie w Egipcie produkcja energii fotowoltaicznej wyniosła 10 463 kWh rocznie, a roczna wydajność to 1786,69 kWh/kWp. 66% energii z produkcji fotowoltaicznej jest wykorzystywane do ładowania pojazdów elektrycznych, a 34% do urządzeń elektrycznych. Po przeprowadzeniu analizy finansowej w okresie 20 lat: koszt produkcji energii elektrycznej wynosi 0,0032 $/kWh, a okres zwrotu nakładów dla proponowanego systemu to około pięć lat. Obliczono, że roczne oszczędności zużycia energii po instalacji takich systemów PV przyniosły w wymiarze finansowym 21%. Współczynnik wydajności tego falownika systemowego wynosi 84%, a średnia miesięczna SoC pojazdu elektrycznego w ciągu roku nie zmniejsza się o 27%, a dodatkowo mamy oszczędność 5 ton emisji CO2 rocznie. Badania te można wykorzystać jako rekomendację dla interesariuszy, którzy chcą wykorzystać to źródło energii do ładowania pojazdów. (abstrakt oryginalny)

Słowa kluczowe

EN

Electric vehicles; Solar energy; Pollution emission; Gas emissions

PL

Pojazdy elektryczne; Energia słoneczna; Emisja zanieczyszczeń; Emisja gazów

• Czasopismo: Polityka Energetyczna
• Rocznik: 2022
• Tom: 25
• Numer: z. 1
• Strony: 175--208

Twórcy

autor

Marwa M. Ibrahim

• National Research Centre, Egypt

Bibliografia

• Advanced... 2022. Advanced inverter functions to support high levels of distributed solar policy and regulatory the need for advanced. [Online] https://www.nrel.gov/docs/fy15osti/62612.pdf [Accessed: 2022-02-15].
• Ahmad et al. 2021 - Ahmad, F., Khalid, M. and Panigrahi, B.K. 2021. An enhanced approach to optimally place the solar powered electric vehicle charging station in distribution network. Journal of Energy Storage 42(August), p. 103090, DOI: 10.1016/j.est.2021.103090.
• Alsharif et al. 2021 - Alsharif, A., Tan, C.W., Ayop, R., Lau, K.Y. and Dobi, A.M. 2021. A rule-based power management strategy for Vehicle-to-Grid system using antlion sizing optimization. Journal of Energy Storage 41(April), p. 102913, DOI: 10.1016/j.est.2021.102913.
• Arar, S. 2020. EV Charging Modes in the IEC Standard. All about circuits. [Online] https://www.allaboutcircuits.com/technical-articles/four-ev-charging-modes-iec61851-standard/. [Accessed: 2022-01-20].
• Arancibia, A. and Strunz, K. 2012. Modeling of an electric vehicle charging station for fast DC charging. IEEE International Electric Vehicle Conference. Greenville, SC, USA: IEEE, DOI: 10.1109/IEVC.2012.6183232.
• Barakat et al. 2020 - Barakat, B., Ibrahim, H. and Elbaset, A.A. 2020. Multi-objective optimization of grid-connected PV-wind hybrid system considering reliability, cost, and environmental aspects. Sustainable Cities and Society 60, DOI: 10.1016/j.scs.2020.102178.
• Bhandari et al. 2014 - Bhandari, B., Poudel, S.R., Lee, K-T. and Ahn, S-H. 2014. Mathematical modeling of hybrid renewable energy system: A review on small hydro-solar-wind power generation. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing - Green Technology 1(2), pp. 157-173, DOI: 10.1007/s40684-014-0021-4.
• Birnie III, D.P. 2009. Solar-to-vehicle (S2V) systems for powering commuters of the future. Journal of Power Sources 186(2), pp. 539-542, DOI: 10.1016/j.jpowsour.2008.09.118.
• Calise et al. 2021 - Calise, F., Cappiello, F.L., d'Accadia, M.D. and Vicidomini, M. 2021. Smart grid energy district based on the integration of electric vehicles and combined heat and power generation. Energy Conversion and Management 234, p. 113932, DOI: 10.1016/j.enconman.2021.113932.
• Carbon Pricing Dashboard 2020. World bank. [Online] https://www.worldbank.org/en/results/2017/12/01/carbon-pricing [Accessed: 2022-02-21].
• Chandra Mouli et al. 2016 - Chandra Mouli, G.R., Bauer, P. and Zeman, M. 2016. System design for a solar powered electric vehicle charging station for workplaces. Applied Energy 168(2016), pp. 434-443, DOI: 10.1016/j.apenergy.2016.01.110.
• Colak et al. 2016 - Colak, I., Bayindir, R., Aksoz, A., Hossain, E. and Sayilgan, S. 2016. Designing a competitive electric vehicle charging station with solar PV and storage. INTELEC, International Telecommunications Energy Conference (Proceedings), 2016 September(October), DOI: 10.1109/INTLEC.2015.7572480.
• Cortés Borray et al. 2021 - Cortés Borray, A.F., Garcés, A., Merino, J., Torres, E. and Mazón, J. 2021. New energy bound-based model for optimal charging of electric vehicles with solar photovoltaic considering low-voltage network's constraints. International Journal of Electrical Power and Energy Systems 129(January 2020), DOI: 10.1016/j.ijepes.2021.106862.
• Das et al. 2019 - Das, H.S., Rahman, M.M., Li, S. and Tan, C.W. 2019. Electric vehicles standards, charging infrastructure, and impact on grid integration: A technological review. Renewable and Sustainable Energy Reviews 120, DOI: 10.1016/j.rser.2019.109618.
• Deshmukh, M.K. and Singh, A.B. 2019. Modeling of energy performance of stand-alone SPV system using HOMER pro. Energy Procedia 156(September 2018), pp. 90-94, DOI: 10.1016/j.egypro.2018.11.100.
• Domínguez-Navarro et al. 2018 - Domínguez-Navarro, J.A., Dufo-López, R., Yusta-Loyo, J.M., Artal-Sevil, J.S. and Bernal-Agustín, J.L. 2018. Design of an electric vehicle fast-charging station with integration of renewable energy and storage systems. International Journal of Electrical Power and Energy Systems 105, pp. 46-58, DOI: 10.1016/j.ijepes.2018.08.001.
• Dufo-López, R. and Bernal-Agustín, J.L. 2008. Multi-objective design of PV-wind-diesel-hydrogen-battery systems. Renewable Energy 33(12), pp. 2559-2572, DOI: 10.1016/j.renene.2008.02.027.
• Egypt electricity prices 2021. Global petrol prices. [Online] https://www.globalpetrolprices.com/Egypt/electricity_prices/ [Accessed: 2022-02-07].
• Ekren et al. 2021 - Ekren, O., Canbaz, C.H. and Güvel, Ç.B. 2021. Sizing of a solar-wind hybrid electric vehicle charging station by using HOMER software. Journal of Cleaner Production 279, DOI: 10.1016/j.jclepro.2020.123615.
• Electric Car Batteries 2022. IBERDPOLA. [Online https://www.iberdrola.com/innovation/electric-car-batteries [Accessed: 2022-02-07].
• Farrag, O. 2018. The Future of Electric Cars in Egypt. Egypt Oil & Gas Neswpaper. [Onlin] https://egyptoil-gas.com/features/the-future-of-electric-cars-in-egypt/

Identyfikatory

DOI

10.33223/epj/147329