Estudio de eficiencia energética de una bicicleta eléctrica urbana cargada con una estación de carga solar fotovoltáica autónoma y su cumplimiento con la regulación ecuatoriana No. ARCERNNR – 002/20

Abstract

Las bicicletas eléctricas (e-bikes) son un medio de transporte sostenible emergente. Si se adoptan masivamente, ayudarían a enfrentar los desafíos de movilidad humana en las ciudades del mundo. En Cuenca, Ecuador, el Gobierno local construyó ciclovías (13,47 km) que conectan puntos estratégicos, para facilitar y fomentar la movilidad sostenible. Sin embargo, la implementación efectiva de las estrategias de electromovilidad a gran escala conlleva impactos en la red eléctrica, como el aumento de la demanda de energía y la posible disminución de su calidad debido a la distorsión armónica de la corriente de carga de la batería. El propósito de esta investigación es hacer una evaluación preliminar de dichos impactos, mediante el estudio de eficiencia energética de una e-bike urbana cargada con una estación solar fotovoltaica aislada, implementada en el Laboratorio de Micro-Red de la Universidad de Cuenca.La metodología incluye la caracterización experimental del régimen de carga de la batería, el cálculo de la eficiencia energética del vehículo y la evaluación del cumplimiento de la normativa ecuatoriana ARCERNNR–002/20. Los resultados muestran que el cargador de la batería implementa un régimen de carga estandarizado por normas alemanas, entregando 92 % de carga en 4,82 horas. La eficiencia energética promedio de la e-bike es 2,18 kWh/100 millas o 73,77 m/Wh, y una economía de combustible de 1545,1 MPGe. Finalmente, la magnitud de las primeras cuatro componentes armónicas impares y la distorsión armónica total de la corriente de carga supera los límites establecidos por la normativa./E-bikes are an emerging sustainable means of transportation, if adopted massively, they can help face the challenges of human mobility in urban centers worldwide. In Cuenca, Ecuador, the local government built cycle routes (13.47 km) connecting strategic points to facilitate and encourage sustainable mobility. However, the effective implementation of the electromobility strategies at a large scale entails impacts on the power grid, like the increase in the energy demand and the possible decrease of the energy quality due to the harmonic distortion that characterizes the battery’s charging current. This research aims to obtain a primary input to evaluate such impacts through an energy efficiency study of an urban e-bike charged by a standalone solar photovoltaic charging station implemented in the Microgrid Laboratory of Universidad de Cuenca.The methodology includes the experimental characterization of the battery’s charging regime, the vehicle’s energy efficiency calculation, and the evaluation of its compliance with Ecuadorian grid code No. ARCERNNR – 002/20. Results show that the battery’s charger performs a charging regime standardized by German regulations, delivering 92% of charge in 4.82 hours. The e-bike’s calculated average energy efficiency is 2.18 kWh/100 miles or 73.77 m/Wh, and a fuel economy of 1545.1 MPGe. Finally, the magnitude of the first four odd harmonic components and the total harmonic distortion of the charging current exceeds the limits established by the grid code in force.