Operation of an Electric Vehicle Charging Station with a Reservation System and PV Support Considering Internet of Things Applications: A Case of a University

Year 2023, , 659 - 674, 27.09.2023

Oğuz Kırat , Alper Çiçek

https://doi.org/10.21205/deufmd.2023257512

Abstract

Carbon emissions originating from vehicles are among the most important causes of environmental pollution and climate change problems. For this reason, there is an increasing interest in electric vehicles (EVs). In this study, the optimum operation problem of an EV charging station supported by photovoltaics, which is thought to be located in Trakya University campus, is discussed. Charging operation, which is thought to serve university staff and students, is carried out through the reservation system. In order to realize the EV charging reservation operations, a mobile application is developed within the scope of the study. Communication between the EV, mobile device of the user and the sensors on the charging unit designed using Internet of Things (IoT) principles on the mind. Slow and fast charging units serve the EVs. Furthermore, the excess energy in the photovoltaics can be sold to the power grid. In this study, the proposed model is handled through mixed-integer linear programming method. To test the effectiveness of the study, various case studies are realized using the global radiation data. According to the results obtained, the PV supported charging station model has the potential to be a good reference for future studies in terms of meeting the EV charging load demand of the university. Besides, the profit obtained by including a PV system to the proposed framework increases by 30%.

Keywords

Cloud Computing, Internet of Things, Photovoltaic Power Plant, Slow and Fast Charging Unit, Reservation System with a mobile application, Charging Station of Plug-in Electric Vehicles

Nesnelerin İnterneti Uygulamalarıyla Rezervasyon Sistemli ve PV Destekli Bir Elektrikli Araç Şarj İstasyonunun İşletimi: Bir Üniversite Örneği

Abstract

Taşımacılık sektörü kaynaklı karbon salınımı çevre kirliliği ve iklim değişikliği problemlerinin en önemli sebepleri arasında görülmektedir. Bu sebeple sıfır karbon elektrikli araçlara (EA) giderek yoğun bir ilgi gösterilmektedir. Bu çalışmada Trakya Üniversitesi kampüsünde yer aldığı düşünülen fotovoltaik enerji sistemi destekli bir EA şarj istasyonunun optimum işletim problemi ele alınmaktadır. Üniversite personeli ve öğrencilerine hizmet ettiği düşünülen istasyonda şarj işlemi rezervasyon sistemi üzerinden gerçekleştirilmektedir. EA şarj rezervasyonunun yürütülebilmesi açısından ayrıca çalışma kapsamında bir mobil uygulama da tasarlanmıştır. EA, kullanıcının mobil cihazı ve şarj istasyonu üzerindeki sensörler arasında iletişim, nesnelerin interneti teknolojileriyle gerçekleştirilmektedir. Şarj istasyonunda yavaş ve hızlı şarj üniteleri EA sahiplerinin enerji ihtiyaçlarına sunulmaktadır. Ayrıca istasyon ile entegre olduğu düşünülen PV sistem, şarj istasyonuna enerji desteği sağlamaktadır. Fazla enerji ise enerji piyasasında satılarak kâr elde edilebilmektedir. Bu çalışmada önerilen yapı karışık tam sayılı doğrusal programlama yöntemi kullanılarak modellenmiştir. Çalışmanın etkinliğini test etmek amacıyla PV sistemin enerji üretimini belirlemek için gerçek küresel radyasyon verisi kullanılarak çeşitli durum çalışmaları gerçekleştirilmektedir. Elde edilen sonuçlara göre PV destekli şarj istasyonu modeli üniversitenin EA şarj yükü talebinin karşılanması açısından ileride gerçekleştirilecek çalışmalar için iyi bir referans olma potansiyeline sahiptir. Ayrıca, önerilen yapıya PV sistemin eklenmesi ile elde edilen kazanç %30 artmaktadır.

Keywords

Bulut Bilişim, Nesnelerin İnterneti, Güneş Santrali, Hızlı ve Yavaş Şarj Ünitesi, Mobil Uygulamalı Rezervasyon Sistemi, Safi Bataryalı Elektrikli Araç Şarj İstasyonu

References

• [1] Çiçek, A. (2022). Optimal operation of an all-in-one EV station with photovoltaic system including charging, battery swapping and hydrogen refueling. International Journal of Hydrogen Energy, 47(76), 32405–32424. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2022.07.171.
• [2] Bedogni, L., Bononi, L., D'Elia, A., Felice, M. D., Rondelli S., Cinotti, T. S. (2014). A Mobile Application to Assist Electric Vehicles' Drivers with Charging Services. 2014 Eighth International Conference on Next Generation Mobile Apps, Services and Technologies, 78-83, DOI: 10.1109/NGMAST.2014.49.
• [3] Mohammed, A.M., Alalwan, S.N.H., Taşcıkaraoğlu, A., Catalão, J.P.S. (2022). Sliding mode-based control of an electric vehicle fast charging station in a DC microgrid. Sustainable Energy, Grids and Networks, 32, December 2022, 100820.
• [4] H. Zhou et al., "LSTM-based Energy Management for Electric Vehicle Charging in Commercial-building Prosumers," in Journal of Modern Power Systems and Clean Energy, vol. 9, no. 5, pp. 1205-1216, September 2021, doi: 10.35833/MPCE.2020.000501.
• [5] Hamad, K., Htun, P. T. T., & Obaid, L. (2021). Characterization of travel behavior at a university campus: A case study of Sharjah University City, UAE. Transportation Research Interdisciplinary Perspectives, 12. https://doi.org/10.1016/j.trip.2021.100488.
• [6] Sgarra, V., Meta, E., Saporito, M. R., Persia, L., & Usami, D. S. (2022). Improving sustainable mobility in university campuses: the case study of Sapienza University. In Transportation Research Procedia (Vol. 60, pp. 108–115). Elsevier B.V. https://doi.org/10.1016/j.trpro.2021.12.015.
• [7] Al-Turjman, F., & Malekloo, A. (2019, August 1). Smart parking in IoT-enabled cities: A survey. Sustainable Cities and Society. Elsevier Ltd. https://doi.org/10.1016/j.scs.2019.101608.
• [8] Elma, O., Cali, U., & Kuzlu, M. (2022). An overview of bidirectional electric vehicles charging system as a Vehicle to Anything (V2X) under Cyber–Physical Power System (CPPS). Energy Reports, 8, 25–32. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2022.10.008.
• [9] Ding, X., Gan, Q., & Shaker, M. P. (2023). Optimal management of parking lots as a big data for electric vehicles using internet of things and Long–Short term Memory. Energy, 268. https://doi.org/10.1016/j.energy.2023.126613.
• [10] Karasu Asnaz, M. S., Özdemir, B. (2021). Elektrikli Araç Şarj İstasyonlarının Çok Kriterli Karar Verme Yöntemleri ile Optimal Konumlandırması. Akıllı Ulaşım Sistemleri ve Uygulamaları Dergisi, 4 (2) , 175-187. DOI: 10.51513/jitsa.1015108.
• [11] Turan, S., Efe, S. B. (2020). Elektrikli bisiklet paylaşımı: Çanakkale Onsekiz Mart Üniversitesi Terzioğlu Yerleşkesi örneği. Akıllı Ulaşım Sistemleri ve Uygulamaları Dergisi, 3 (2) , 112-122. https://dergipark.org.tr/tr/pub/jitsa/issue/57732/767304.
• [12] Onur, S., Efe, S. B. (2020). Elektrikli bisikletle paylaşımlı hareketlilik: Balıkesir Üniversitesi Kampüsü örneği. Akıllı Ulaşım Sistemleri ve Uygulamaları Dergisi, 3 (2), 216-226. https://dergipark.org.tr/tr/pub/jitsa/issue/57732/769766.
• [13] Mussarat-Ul-Ain, Usman, M.T., Hassan, A., Akbar, A., Waleed A., Hasham, A. (2021). Development of Time and Energy Efficient, Smart Parking System. 2021 International Conference on Innovative Computing (ICIC). 1-6, DOI: 10.1109/ICIC53490.2021.9691511.
• [14] Durmuş, F. S. & Kaymaz, H. (2020). Elektrikli Araç Şarj Yöntemleri . Akıllı Ulaşım Sistemleri ve Uygulamaları Dergisi , 3 (2) , 123-139 . Retrieved from https://dergipark.org.tr/tr/pub/jitsa/issue/57732/742474.
• [15] Çiçek, A. & Erdinç, O. (2019). PV-Batarya Hibrit Sistemi İçeren Elektrikli Araç Otoparkının Şarj Yönetimi . Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi , (15) , 466-474 . DOI: 10.31590/ejosat.527350.
• [16] Kerem, A. & Gürbak, H. (2020). ELEKTRİKLİ ARAÇLAR İÇİN HIZLI ŞARJ İSTASYONU TEKNOLOJİLERİ . Gazi University Journal of Science Part C: Design and Technology , 8 (3) , 644-661 . DOI: 10.29109/gujsc.713085.
• [17] Güner, S. & Kır, S. S. (2020). THE FUZZY-BASED SMART CHARGING MANAGEMENT SYSTEM FOR AN ELECTRIC VEHICLE PARKING LOT INCLUDING A ROOF-TOP PV SYSTEM . Mugla Journal of Science and Technology , Özel Sayı 2020 , 18-24 . DOI: 10.22531/muglajsci.684822.
• [18] Cuma, M. U. , Cengiz, A. H. & Tümay, M. (2016). Çukurova Üniversitesinde Kentsel Elektrikli Araç Ulaşımı ve Şarj İstasyonu Uygulama Simülasyonu . Çukurova Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi , 31 (2) , 343-354 . DOI: 10.21605/cukurovaummfd.310314.
• [19] Güneş, D. , Tekdemir, İ. G. , Şengül, M. & Alboyacı, B. (2018). Elektrikli araç şarj istasyonu yüklerinin güvenilirlik indisleri üzerine etkilerinin incelenmesi . Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi , 33 (3) , 1073-1084 . DOI: 10.17341/gazimmfd.416408.
• [20] Alkan, T. , Atiz, Ö. F. & Durduran, S. S. (2023). Elektrikli araç şarj istasyonları için AHP yöntemi ile uygun yer seçimi: Konya örneği . Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi , 12 (1) , 193-199 . DOI: 10.28948/ngumuh.1189242.
• [21] M. Sütçü ve İ. T. Gülbahar , "Optimal location determination of electric vehicle charging stations: A case study on Turkey's most preferred highway", Bitlis Eren Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, c. 11, sayı. 2, ss. 537-543, Haz. 2022, doi:10.17798/bitlisfen.1052403.
• [22] Alaba, F. A., Othman, M., Hashem, I. A. T., & Alotaibi, F. (2017). Internet of Things security: A survey. Journal of Network and Computer Applications, 88, 10-28.
• [23] Redmon, J., Divvala, S., Girshick, R., & Farhadi, A. (2015). You only look once: Unified, real-time object detection. arXiv 2015. arXiv preprint arXiv:1506.02640, 1(2).
• [24] Smith, R. (2007, September). An overview of the Tesseract OCR engine. In Ninth international conference on document analysis and recognition (ICDAR 2007) (Vol. 2, pp. 629-633). IEEE.
• [25] PVGIS Photovoltaic Geographical Information System, EU Science Hub. https://joint-research-centre.ec.europa.eu/pvgis-photovoltaic-geographical-information-system_en (Erişim Tarihi: 18.11.2022).
• [26] Piyasa Takas Fiyatı (PTF), EPİAŞ. https://seffaflik.epias.com.tr/transparency/piyasalar/gop/ptf.xhtml (Erişim Tarihi: 17.11.2022).
• [27] Şarj İstasyonları Fiyatları, ZES, online erişilebilir: https://zes.net/fiyatlar-tr (Erişim Tarihi: 10.02.2023).