Engineering User-Centric Smart Charging Systems

Die Integration erneuerbarer Energiequellen und die Sektorenkopplung erhöhen den Bedarf an Flexibilität im Elektrizitätssystem. Elektrofahrzeuge koordiniert zu Laden bietet die Chance solche Flexibilität bereitzustellen. Allerdings hängt das Flexibilitätspotential von Elektrofahrzeugen davon ab in welchem Umfang sich die Nutzer der Fahrzeuge dazu entschließen intelligentes Laden zu nutzen. Ziel dieser Dissertation ist es Lösungen für intelligente Ladesysteme zu entwickeln, welche die Nutzer zu flexiblerem Laden anreizen und diese dabei zu unterstützen. Anhand eines Literaturüberblicks und einer Expertenbefragung werden zunächst Ziele identifiziert, welche Nutzer zu einer flexiblen Ladung motivieren können. Die Ergebnisse zeigen, dass neben finanziellen Anreizen auch die Integration erneuer-barer Energien und die Vermeidung von Netzengpässen einen Anreiz für das flexible La-den darstellen können. In der Folge wird untersucht, ob das Framing der Ladesituation hinsichtlich dieser Ziele die Ladeflexibilität von Elektrofahrzeugnutzern beeinflussen kann. Hierzu wird ein Online-Experiment mit Elektrofahrzeugnutzern evaluiert. Das sich ein Teil der Nutzer bei einem Umwelt-Framing flexibler verhält, macht Feedback darüber, wie die CO2-Emissionen von der bereitgestellten Flexibilität abhängen zu einem vielversprechenden Anreiz intelligentes Laden zu nutzen. Um solches Feedback zu er-möglichen werden als Nächstes die CO2-Einsparpotenziale eines optimierten Ladens im Vergleich zu unkontrolliertem Laden untersucht. Dazu werden die marginalen Emissions-faktoren im deutschen Stromnetz mithilfe eines regressionsbasierten Ansatzes ermittelt. Um Echtzeit-Feedback in realen Systemen zu ermöglichen wird darauf aufbauend eine Prognosemethode für Emissionsfaktoren entwickelt. Die Zielerreichung intelligenten Ladens hängt hauptsächlich von der zeitlichen und energetischen Flexibilität der Elektrofahrzeuge ab. Damit Nutzer diese Ladeeinstellungen nicht bei jeder Ankunft an der Ladestation von Hand eingeben zu müssen, könnten sie durch intelligente Assistenten unterstützt werden. Hierfür werden probabilistische Prognosen für die Flexibilität einzelner Ladevorgänge basierend auf historischen Ladevorgängen und Mobilitätsmustern entwickelt. Darüber hinaus zeigt eine Fallstudie, dass probabilistische Prognosen besser als Punktprognosen dazu geeignet sind die Ladung mehrerer Elektrofahrzeuge zu koordinieren

Towards an evaluation of incentives and nudges for smart charging

Electric vehicles (EVs) are an important cornerstone to achieve transport decarbonization. Still, simultaneous charging of EVs when home charging increases peak demand, especially during evenings. Smart charging allows optimal distribution of load, thus preventing peak loads. Nevertheless, this incorporates certain risks for the EV user, e.g., unavailability of EVs for unplanned events. This might lead to a lack of user acceptance. This paper focuses on specific incentives and nudges, motivating users to adopt smart charging. We conducted an integrative literature review, bringing together literature from different areas. Possible incentives and nudges are monetary incentives, feedback, gamification, or smart charging as a default-setting. We conducted three focus groups with 13 EV users in Luxembourg to get first insights into which of those incentives and nudges they prefer. Preliminary results indicate that incentives and nudges should be individualized. In the future, we would use these first insights to develop a large-scale survey

Waiting for the sun - can temporal flexibility in BEV charging avoid carbon emissions?

Battery Electric Vehicles (BEVs) are claimed to foster climate-neutral energy and transportation systems. However, the use of the BEVs shifts emissions only geographically. In addition, the charging of BEVs can lead to new problems, such as congestions in the electricity grid. Smart charging algorithms can avoid some of these problems. To do this, however, the BEV user must actively decide to make her temporal flexibility available. Feedback on possible CO2 savings could be a nudge that encourages BEV users to provide more temporal flexibility. We compare different charging events and algorithms to determine the savings in CO2 emissions of BEV charging. We find that temporal flexibility can on average save of CO2 emissions in the single-digit percentage range in Germany. The results can be used to implement a feedback nudge in smart charging systems to test its effectiveness on the provision of temporal charging flexibility of BEV users

Green Nudges: How to Induce Pro-Environmental Behavior Using Technology

To avoid the detrimental consequences of global warming, digital nudges were recognized as effective means to steer individual behavior toward sustainability. We investigated the applications, contexts, and outcomes of green digital nudges by conducting a systematic literature review of 64 nudge interventions. We found six distinct types of nudges—priming, goal-setting, default, feedback, social reference, and framing—and 18 sustainable target behaviors (e.g., energy conservation). To explain how behavior changes through green nudges, we clustered the identified target behaviors into three behavior change outcomes: (i) altering an existing behavior, (ii) reinforcing an existing behavior, and (iii) forming a new behavior. Based on our findings, we propose guidance for researchers, practitioners, and policymakers who seek to design choice architectures that facilitate pro-environmental behavior

A Socio-Ecological-Technical Perspective: How has Information Systems Contributed to Solving the Sustainability Problem

This literature review extends the dominant view of Information Systems (IS) as socio-technical. We establish a novel view of IS as socio-ecological-technical systems to steer and unite IS research and scholarship to co-create digitally transformed sustainable futures. Without a commitment to reducing carbon dioxide equivalent emissions (CO2e), we will reach a tipping point leading to large-scale, dangerous, and irreversible impacts on climate, human liveability, and survivability. Digital technology can potentially mediate human activities to reduce CO2e, but its production, utilisation, and disposal are multiple sources of CO2e. In response to the conference theme “Co-creating Sustainable Digital Futures”, this paper systematically reviews the IS research over the last twelve years from the socioecological- technical and Environmentally Sustainable Digital Transformation frameworks, with a focus on CO2e. Our holistic approach reveals emerging themes, current gaps and research opportunities, thus contributing to IS knowledge building and proposing future studies in this socio-ecological-technical domain

Sustainable interaction with digital technologies : fostering pro-environmental behavior and maintaining mental health

One of the most essential challenges of the twenty-first century is to realize sustainability in everyday behavior. Daily, partly unconscious decisions influence environmental sustainability. Such everyday choices are increasingly shifted toward digital environments, as digital technologies are ubiquitous in a wide variety of everyday contexts. This yields the great potential to positively influence the users behavior toward more environmental sustainability when interacting with digital technologies, for example, through the use of digital nudging. But besides these benefits, research indicates that interacting with digital technologies can lead to a specific form of stress, also known as technostress, that can cause adverse health outcomes. Individuals increasingly suffer from or are at risk of mental health issues like depression or burnout. This demonstrates that it is essential to ensure a sustainable interaction with digital technologies that is both environmentally friendly and healthy, especially for the mind. Addressing individuals interaction with digital technologies requires a broad understanding from all perspectives. The Human-Computer-Interaction (HCI) framework represents a guiding structure for studying the interaction of humans with digital technologies. Along with the guiding structure of the HCI framework, the seven research articles included in this dissertation aim to contribute to sustainable interaction with digital technologies. The focus is on two outcomes resulting from the interaction: First, fostering pro-environmental behavior and, second, maintaining mental health. After an introductory first chapter, Chapter 2 focuses on the outcome of fostering pro-environmental behavior when interacting with digital technologies using digital nudging. Chapter 2.1 contributes to a deeper understanding of the effectiveness of DNEs in different behavioral contexts (HCI perspective context) that influence the individuals pro-environmental behavior (e.g., e-commerce shopping behavior). Chapters 2.2 and 2.3 zoom in on two of the behavioral contexts described in Chapter 2.1 to investigate and test the design and effectiveness of specific DNEs in an e-commerce shop and a smart home app (HCI perspective technology) through online experiments. While prior research concentrated on the effectiveness of different feedback nudge features (FNFs) (e.g., different update frequencies), Chapter 2.4 investigates the influence of 25 identified FNFs on user satisfaction in a smart home app through a card sorting approach followed by an online survey based on the Kano model (HCI perspective human). Chapter 3 puts focuses on the outcome of maintaining mental health when interacting with digital technologies, thus avoiding technostress. Chapter 3.1 concentrates on the role of the organization in preventing technostress among their employees (HCI perspective context). It introduces and characterizes 24 primary and secondary technostress prevention measures and determines the relevance of primary prevention measures in reducing different sources of technostress (technostress creators). Out of the 24 technostress prevention measures, two specific measures (adopt a stress-sensitive digital workplace design and use gamification) are addressed in Chapters 3.2 and 3.3. Through a large-scale online survey, Chapter 3.2 derives an understanding of the characteristic profiles of technologies used at the digital workplace, their interplay, and how they influence technostress (HCI perspective technology). Chapter 3.3 focuses on the individuals appraisal (HCI perspective human) of a demanding situation when interacting with digital technologies. After conducting an online experiment, Chapter 3.3 finds that the integration of gamification elements (e.g., points or levels) in digital technologies can reduce the individuals threat appraisal. Lastly, Chapter 4 discusses the results of the seven included research articles and provides an outlook for future research. In summary, this dissertation aims to provide research and practice with new insights into creating a sustainable interaction with digital technologies to foster pro-environmental behavior and maintain mental health.Die nachhaltige Gestaltung des Lebens eine der zentralen Herausforderung des einundzwanzigsten Jahrhunderts. Alltägliche, teils unterbewusste Entscheidungen haben Einfluss auf die ökologische Nachhaltigkeit. Diese Entscheidungen werden durch die Allgegenwärtigkeit digitaler Technologien zunehmend in digitalen Umgebungen getroffen. Dies birgt das Potenzial, die Entscheidungen und somit das Verhalten der Nutzer:innen bei der Interaktion mit digitalen Technologien, beispielsweise durch Digital Nudging, positiv in Richtung ökologischer Nachhaltigkeit zu beeinflussen. Doch neben diesen Vorteilen zeigt die Forschung, dass die Interaktion mit digitalen Technologien eine spezifische Form von Stress, bekannt unter dem Begriff Technostress, auslösen kann, die zu negativen gesundheitlichen Folgen führen kann. Immer mehr Menschen leiden unter psychischen Krankheiten wie Depressionen oder Burnout oder sind akut gefährdet, diese zu entwickeln. Das zeigt, dass eine nachhaltige Interaktion mit digitalen Technologien sowohl umweltfreundlich als auch gesund, insbesondere für die Psyche, sein sollte. Das erfordert zunächst ein umfassendes Verständnis für die Problematik und muss deshalb aus allen relevanten Perspektiven betrachtet werden. Das Human-Computer-Interaction (HCI) Framework stellt eine Struktur für die Untersuchung der Interaktion von Menschen mit digitalen Technologien bereit. Das Framework stellt einen ganzheitlichen Ansatz zur Strukturierung und Klassifizierung der Forschung entlang der drei verschiedenen Perspektiven dar. Orientiert an dieser Struktur zielen die sieben Forschungsartikel dieser Dissertation darauf ab, einen Beitrag zur nachhaltigen Interaktion mit digitalen Technologien zu leisten. Dabei liegt der Fokus auf den beiden Ergebnissen der Förderung des umweltfreundlichen Verhaltens und der Aufrechterhaltung der psychischen Gesundheit. Nach dem einleitenden ersten Kapitel fokussiert Kapitel 2 die Förderung eines umweltfreundlichen Verhaltens bei der Interaktion mit digitalen Technologien durch die Verwendung von Digital Nudging. Durch eine strukturierte Literaturanalyse und der anschließenden Entwicklung eines Frameworks trägt Kapitel 2.1 zu einem tieferen Verständnis und einem Überblick der Effektivität von DNEs in verschiedenen Verhaltenskontexten (HCI Perspektive Kontext), die umweltfreundliches Verhalten bestimmen (z.B. Einkaufsverhalten), bei. In den Kapiteln 2.2 und 2.3 werden zwei der in Kapitel 2.1 betrachteten Kontexte vertieft und sowohl das Design als auch die Effektivität spezifischer DNEs in einem E-Commerce-Shop (Kapitel 2.2) und einer Smart Home App (Kapitel 2.3) in Online-Experimenten untersucht (HCI Perspektive Technologie). Kapitel 2.4 konzentriert sich das gut erforschte und wirksame DNE Feedback zur Förderung von energiesparendem Verhalten. Während sich bisherige Forschung auf die Effektivität verschiedener Feedback Nudge Features (FNFs) konzentriert (z.B. unterschiedliche Aktualisierungsfrequenzen), wird in Kapitel 2.4 der Einfluss von 25 identifizierten FNFs auf die Nutzerzufriedenheit mit Hilfe eines Card Sortings und einer Online-Befragung basierend auf dem Kano Modell untersucht (HCI Perspektive Mensch). In Kapitel 3 liegt der Schwerpunkt auf dem Ziel der Aufrechterhaltung der psychischen Gesundheit und somit der Vermeidung von Technostress. Kapitel 3.1 konzentriert sich auf die Rolle der Organisation bei der Prävention von Technostress bei Mitarbeiter:innen (HCI Perspektive Kontext). Basierend auf einer Delphi-Studie werden 24 primäre und sekundäre Technostress-Präventionsmaßnahmen vorgestellt und charakterisiert, sowie deren Relevanz zur Vermeidung von Technostress eingeschätzt. Von den 24 Maßnahmen werden zwei spezifische Maßnahmen (Gestaltung eines stresssensiblen digitalen Arbeitsplatzes" und Einsatz von Gamification) in Kapitel 3.2 und 3.3 behandelt. Kapitel 3.2 trägt durch eine groß angelegte Umfrage zu einem Verständnis für die Charakteristika der am digitalen Arbeitsplatz eingesetzten Technologien und deren Einfluss auf Technostress bei (HCI Perspektive Technologie). Kapitel 3.3 konzentriert sich auf das Individuum und dessen Wahrnehmung einer potenziellen Technostress-Situation bei der Interaktion mit digitalen Technologien (HCI Perspektive Mensch). Durch ein Online-Experiment zeigt sich, dass die Integration von Gamification-Elementen in digitalen Technologien die bedrohende Wahrnehmung der gegebenen Situation des Einzelnen reduzieren kann. Zusammenfassend zielt diese Dissertation darauf ab, Forschung und Praxis mit neuen Erkenntnissen zu einer nachhaltigen Interaktion von Menschen mit digitalen Technologien zu bereichern, die sowohl umweltfreundliches Verhalten fördert als auch die psychische Gesundheit aufrechterhält und somit zu den aktuellen Nachhaltigkeitsbemühungen beiträgt