Unlocking the potential of solar electric vehicles for post-COVID recovery and growth in the transport sector in Ghana

• DOI: 10.1016/j.sciaf.2023.e01583
• Publication Date: 2023-02-10T02:40:20Z
• Authors: Richard Opoku; Benson Ahunu; Godwin K.K. Ayetor; Douglas T. Ayitey; Felix Uba; Nana Asiedu; George Y. Obeng
• Keywords: Total cost of ownership; Economics; Science; Lithium-ion Battery Management in Electric Vehicles; FOS: Mechanical engineering; 02 engineering and technology; Automotive engineering; Environmental science; Commercial vehicles; Engineering; Natural resource economics; CO2 savings; FOS: Electrical engineering, electronic engineering, information engineering; 0202 electrical engineering, electronic engineering, information engineering; Solar electric vehicles; Business; Electrical and Electronic Engineering; Green transportation; Rebound Effect on Energy Efficiency and Consumption; Waste management; Energy; Renewable Energy, Sustainability and the Environment; Q; Integration of Electric Vehicles in Power Systems; Fossil fuel; Transport engineering; Internal combustion engine; Sustainability; Passenger transport; Physical Sciences; Automotive Engineering

L'effet croissant du changement climatique résultant des émissions de CO2 résultant de l'utilisation des ressources énergétiques conventionnelles oriente les politiques nationales et régionales vers la transformation énergétique mondiale dans tous les secteurs, y compris le sous-secteur des transports. Les véhicules à moteur à combustion interne (ICEV), qui utilisent des combustibles fossiles, sont les principaux contributeurs aux émissions de CO2 dans le sous-secteur des transports. Les véhicules électriques à batterie alimentés par réseau (BEV) et les véhicules électriques solaires (SEV) ont le potentiel de réduire les émissions dans le sous-secteur des transports et sont donc promus dans les régions où les niveaux de rayonnement solaire sont appréciables. L'Afrique subsaharienne (Ass) est l'une des régions qui reçoit des niveaux de rayonnement importants par rapport à d'autres parties du monde, cependant, les pays de la sous-région n'ont pas encore exploité les énormes avantages du SEV. Dans cette étude, une analyse comparative du cycle de vie a été menée sur le coût total de possession (TCO) de Hyundai Ioniq (BEV), Sono Sion (SEV) et Toyota Corolla (ICEV) pour les opérations de transport commercial en Ass, avec une étude de cas au Ghana. Des recherches ont été menées sur 100 conducteurs de véhicules utilitaires légers (VUL) essence/diesel 5 places dans la ville d'Accra et de Kumasi. Des données ont été prises sur leurs profils de conduite, la distance moyenne parcourue, le coût du carburant et les coûts de maintenance. Leurs choix entre ICEV, BEV et SEV ont également été vérifiés. Notre étude a révélé que 70 % des VUL parcourent jusqu'à 300 km et moins par jour. Le coût total de possession pour les véhicules utilitaires légers à une distance de déplacement annuelle moyenne de 60 000 km était de 0,21 USD/km, 0,17 USD/km, 0,15 USD/km et 0,14 USD/km pour les véhicules utilitaires légers d'occasion, les nouveaux véhicules utilitaires légers, les véhicules utilitaires légers et les véhicules utilitaires légers pour une période d'analyse de 20 ans, respectivement. Les économies totales avec l'utilisation du BEV et du SEV sont d'au moins 28 % et 34 %, respectivement, par rapport aux ICEV traditionnels au diesel ou à l'essence. Les délais de récupération pour SEV et BEV par rapport à ICEV sont de 3,5 ans et 4,5 ans, respectivement. Notre étude a révélé qu'il existe des économies d'émissions potentielles de 70 % et 75 % pour BEV et SEV, respectivement, par rapport à ICEV. Enfin, cette étude souligne que l'utilisation de SEV et de BEV pour le transport commercial de véhicules légers en Ass peut potentiellement conduire à une reprise et à une croissance post-COVID dans la sous-région, dans un contexte d'augmentation des prix du diesel et de l'essence pour les ICEV.<br/>The increasing effect of climate change as a result of CO2 emissions emanating from utilization of conventional energy resources is driving national and regional policies towards global energy transformation in all sectors, including the transportation sub-sector. Internal combustion engine vehicles (ICEV), which use fossil fuel are the main contributors of CO2 emissions in the transport sub-sector. Grid-powered battery electric vehicles (BEV) and solar electric vehicles (SEV) have the potential to reduce emissions in the transportation sub-sector and are therefore being promoted in regions where solar radiation levels are appreciable. Sub-Saharan Africa (SSA) is one of the regions that receives significant radiation levels compared to other parts of the world, however, countries in the sub-region are yet to tap into the enormous benefits of SEV. In this study, comparative lifecycle analysis has been conducted on the total cost of ownership (TCO) of Hyundai Ioniq (BEV), Sono Sion (SEV) and Toyota Corolla (ICEV) for commercial transport operations in SSA, with a case study in Ghana. Research was conducted on 100 drivers of 5-seater petrol/diesel light commercial vehicles (LCV) in the city of Accra and Kumasi. Data were taken on their driving profiles, average travel distance, fuel cost and maintenance cost. Their choices between ICEV, BEV and SEV were also ascertained. Our study revealed that 70% of LCV travel up to 300 km and below, daily. The total cost of ownership for LCV at an average annual travel distance of 60,000 km were 0.21 US$/km, 0.17 US$/km, 0.15 US$/km and 0.14 US$/km for Used-ICEV, New-ICEV, BEV and SEV for 20-year analysis period, respectively. The total cost savings with BEV and SEV usage are at least 28% and 34%, respectively, compared to traditional diesel or gasoline ICEVs. Payback periods for SEV and BEV compared to ICEV are 3.5 years and 4.5 years, respectively. Our study has revealed that there is potential emission savings of 70% and 75% for BEV and SEV, respectively, compared to ICEV. Finally, this study highlights that utilization of SEVs and BEVs for light vehicle commercial transportation in SSA can potentially lead to post-COVID recovery and growth in the sub-region, amidst increasing diesel and petrol prices for ICEVs.<br/>إن التأثير المتزايد لتغير المناخ نتيجة لانبعاثات ثاني أكسيد الكربون الناشئة عن استخدام موارد الطاقة التقليدية يدفع السياسات الوطنية والإقليمية نحو تحويل الطاقة العالمية في جميع القطاعات، بما في ذلك القطاع الفرعي للنقل. مركبات محركات الاحتراق الداخلي (ICEV)، التي تستخدم الوقود الأحفوري هي المساهم الرئيسي في انبعاثات ثاني أكسيد الكربون في القطاع الفرعي للنقل. تتمتع المركبات الكهربائية التي تعمل بالبطاريات التي تعمل بالشبكة (BEV) والمركبات الكهربائية التي تعمل بالطاقة الشمسية (SEV) بالقدرة على تقليل الانبعاثات في القطاع الفرعي للنقل، وبالتالي يتم الترويج لها في المناطق التي تكون فيها مستويات الإشعاع الشمسي ملحوظة. أفريقيا جنوب الصحراء الكبرى (SSA) هي واحدة من المناطق التي تتلقى مستويات إشعاع كبيرة مقارنة بأجزاء أخرى من العالم، ومع ذلك، فإن البلدان في المنطقة دون الإقليمية لم تستفد بعد من الفوائد الهائلة لـ SEV. في هذه الدراسة، تم إجراء تحليل مقارن لدورة الحياة على التكلفة الإجمالية للملكية (TCO) لشركة هيونداي أيونيك (BEV) وسونو سيون (SEV) وتويوتا كورولا (ICEV) لعمليات النقل التجاري في جنوب الصحراء الكبرى، مع دراسة حالة في غانا. تم إجراء بحث على 100 سائق لمركبات تجارية خفيفة تعمل بالبنزين/الديزل ذات 5 مقاعد (LCV) في مدينة أكرا وكوماسي. تم أخذ البيانات المتعلقة بملفات تعريف القيادة ومتوسط مسافة السفر وتكلفة الوقود وتكلفة الصيانة. كما تم التأكد من اختياراتهم بين ICEV و BEV و SEV. كشفت دراستنا أن 70 ٪ من LCV يسافرون لمسافة تصل إلى 300 كم أو أقل يوميًا. بلغت التكلفة الإجمالية لملكية LCV بمتوسط مسافة سفر سنوية تبلغ 60,000 كم 0.21 دولار أمريكي/كم و 0.17 دولار أمريكي/كم و 0.15 دولار أمريكي/كم و 0.14 دولار أمريكي/كم للمركبات الكهربائية المستعملة ICEV و ICEV الجديدة و BEV و SEV لفترة تحليل مدتها 20 عامًا على التوالي. يبلغ إجمالي التوفير في التكاليف مع استخدام المركبات الكهربائية البخارية والسيارات الكهربائية ذاتية القيادة 28 ٪ و 34 ٪ على الأقل، على التوالي، مقارنة بالديزل التقليدي أو مركبات ICEV التي تعمل بالبنزين. فترات الاسترداد لـ SEV و BEV مقارنة بـ ICEV هي 3.5 سنة و 4.5 سنة على التوالي. كشفت دراستنا أن هناك وفورات محتملة في الانبعاثات بنسبة 70 ٪ و 75 ٪ لـ BEV و SEV، على التوالي، مقارنة بـ ICEV. أخيرًا، تسلط هذه الدراسة الضوء على أن استخدام SEVs و BEVs للنقل التجاري للمركبات الخفيفة في جنوب الصحراء الكبرى يمكن أن يؤدي إلى التعافي والنمو بعد كوفيد في المنطقة دون الإقليمية، وسط زيادة أسعار الديزل والبنزين لـ ICEVs.<br/>El efecto creciente del cambio climático como resultado de las emisiones de CO2 que emanan de la utilización de los recursos energéticos convencionales está impulsando las políticas nacionales y regionales hacia la transformación energética global en todos los sectores, incluido el subsector del transporte. Los vehículos de motor de combustión interna (ICEV), que utilizan combustibles fósiles, son los principales contribuyentes de emisiones de CO2 en el subsector del transporte. Los vehículos eléctricos de batería (BEV) y los vehículos eléctricos solares (Sev) alimentados por red tienen el potencial de reducir las emisiones en el subsector del transporte y, por lo tanto, se están promoviendo en regiones donde los niveles de radiación solar son apreciables. El África subsahariana (SSA) es una de las regiones que recibe niveles de radiación significativos en comparación con otras partes del mundo, sin embargo, los países de la subregión aún no han aprovechado los enormes beneficios de la Sev. En este estudio, se ha realizado un análisis comparativo del ciclo de vida sobre el coste total de propiedad (TCO) de Hyundai IONIQ (BEV), Sono Sion (Sev) y Toyota Corolla (ICEV) para las operaciones de transporte comercial en SSA, con un estudio de caso en Ghana. Se realizó una investigación sobre 100 conductores de vehículos comerciales ligeros (LCV) de gasolina/diésel de 5 plazas en la ciudad de Accra y Kumasi. Se tomaron datos sobre sus perfiles de conducción, distancia media de viaje, coste de combustible y coste de mantenimiento. También se determinaron sus opciones entre ICEV, BEV y Sev. Nuestro estudio reveló que el 70% de los LCV viajan hasta 300 km o menos, diariamente. El coste total de propiedad para LCV a una distancia media anual de 60.000 km fue de 0,21 US$/km, 0,17 US$/km, 0,15 US$/km y 0,14 US$/km para Used-ICEV, New-ICEV, BEV y Sev durante un período de análisis de 20 años, respectivamente. El ahorro total de costes con el uso de BEV y Sev es de al menos el 28% y el 34%, respectivamente, en comparación con los ICEV tradicionales de diésel o gasolina. Los plazos de amortización para Sev y BEV en comparación con ICEV son de 3,5 años y 4,5 años, respectivamente. Nuestro estudio ha revelado que existe un ahorro potencial de emisiones del 70% y 75% para BEV y Sev, respectivamente, en comparación con ICEV. Finalmente, este estudio destaca que la utilización de Sev y Bev para el transporte comercial de vehículos ligeros en SSA puede conducir potencialmente a la recuperación y el crecimiento posterior a la COVID-19 en la subregión, en medio del aumento de los precios del diésel y la gasolina para los ICEV.<br/>