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Standalone solar-based power supply for electric mobility in rural areas of developing countries
based on a case study in Kenya
Iliyasu Bugaje, Aminu
Transportation is a vital sector in Sub-Saharan Africa (SSA), contributing to the social and economic development of the region. However, transport activities, particularly the use of conventional fossil-fuel vehicles, contribute significantly to air pollution and greenhouse gas emissions, leading to serious environmental and health challenges. The region also faces challenges with frequent fuel scarcity, lack of constant electricity, and high rising fuel costs, which limit the ability of people to access affordable and reliable transportation services.
To address these challenges, this research designed an off-grid photovoltaic (PV) system that provides sustainable energy for charging electric mobility and non-electric mobility loads in SSA. The system was designed to leverage the potential solar energy in the region and provide a cost-effective and reliable solution for powering transport infrastructure.
The Ph.D. research project has provided a sustainable off-grid model based on solar PV technology for charging battery-powered electric mobility and other non-mobile electric loads. The PhD research utilises a Water Energy (WE) Hub (i.e. a 30kWp off-grid PV standalone system) owned by WeTu Limited in Mbita which is used to supply sustainable power for charging electric fishing lamps and water treatment devices.
The integration of the electric mobility concept into the current infrastructure of the WE Hub helps to increase the operational region of the WE Hub and to provide new avenues for the power generated. Electric cargo bikes and motorbikes (for delivering treated drinking water, transportation of products, and services) are among the mobility alternatives considered in this study.
A field measurement investigation was also conducted on the energy consumption of e-bikes using the rider's driving style as a basis.
A load management algorithm for load prioritisation, scheduling, and optimization was developed to maximise the utilisation of the PV power production and decrease energy deficit without necessarily enlarging the PV module, battery size, or using a diesel generator.
Computer-standalone MATLAB App was developed to serve as a technical tool for off-grid PV system designs employing electric mobility options at any given location.
Der Verkehr ist ein wichtiger Sektor in Subsahara-Afrika (SSA), der zur sozialen und wirtschaftlichen Entwicklung der Region beiträgt. Verkehrstätigkeiten, insbesondere die Nutzung herkömmlicher Fahrzeuge mit fossilen Brennstoffen, tragen jedoch erheblich zur Luftverschmutzung und zu Treibhausgasemissionen bei, was zu ernsthaften ökologischen und gesundheitlichen Herausforderungen führt. Die Region steht auch vor Herausforderungen wie häufige Kraftstoffknappheit, Mangel an konstanter Elektrizität und hohe steigende Kraftstoffkosten, die den Zugang der Menschen zu erschwinglichen und zuverlässigen Transportdiensten einschränken.
Um diesen Herausforderungen zu begegnen, wurde im Rahmen dieser Forschung ein netzunabhängiges Photovoltaiksystem (PV) entwickelt, das nachhaltige Energie für das Aufladen von Elektromobilitäts- und Nicht-Elektromobilitätslasten in SSA liefert. Das System wurde entwickelt, um das Potenzial der Solarenergie in der Region zu nutzen und eine kostengünstige und zuverlässige Lösung für die Stromversorgung der Verkehrsinfrastruktur zu bieten.
Das Dissertationsprojekt hat ein nachhaltiges Off-Grid-Modell auf Basis der Solar-PV-Technologie zum Laden von batteriebetriebener Elektromobilität und anderen nicht-mobilen elektrischen Verbrauchern entwickelt. Für die Doktorarbeit wird ein Water Energy Hub (WE) (d. h. ein netzunabhängiges PV-Standalone-System mit 30 kWp) von WeTu Limited in Mbita verwendet, der zur Bereitstellung von nachhaltigem Strom zum Aufladen von elektrischen Angellampen und Wasseraufbereitungsgeräten verwendet wird. Die Integration des Elektromobilitätskonzepts in die bestehende Infrastruktur des WE Hubs trägt dazu bei, das Betriebsgebiet des WE Hub zu vergrößern und neue Wege für den erzeugten Strom zu eröffnen. Elektrische Lastenräder und Motorräder (für die Lieferung von aufbereitetem Trinkwasser, den Transport von Produkten und Dienstleistungen) gehören zu den Mobilitätsalternativen, die in dieser Studie betrachtet werden.
Außerdem wurde eine Felduntersuchung zum Energieverbrauch von E-Bikes durchgeführt, wobei der Fahrstil des Fahrers zugrunde gelegt wurde. Ein Lastmanagement-Algorithmus zur Lastpriorisierung, -planung und -optimierung wurde entwickelt, um die Auslastung der PV-
Stromerzeugung zu maximieren und das Energiedefizit zu verringern, ohne das PV-Modul, die Batteriegröße oder den Einsatz eines Dieselgenerators unbedingt zu vergrößern. Die computergestützte MATLAB-App wurde entwickelt, um als technisches Werkzeug für netzunabhängige PV-Systeme zu dienen, bei denen Elektromobilitätsoptionen an einem bestimmten Ort zum Einsatz kommen.
