This thesis is focused on the aerosols and clouds optical properties and the effects that these parameters have on the solar radiation transfer in the atmosphere. The first chapter provides a brief description of the basic concepts of radiative transfer. The radiative transfer theory is described, along with various approximations, used to address specific atmospheric transfer problems. The atmospheric constituents, which are of interest of this thesis, aerosols and clouds, are described, in terms of their types and radiative properties and the main aspects of the scattering and absorption that they induce on the solar radiation, are provided. The second chapter provides a description of the networks, models and satellite instruments, whose data were used in this thesis, along with a description of the radiative transfer model, used for the simulations. Chapter three focuses on the aerosol optical properties in the ultraviolet and visible wavelength ranges, in the Mediterranean. Three datasets, from ground-based stations, global aerosol models and satellite instruments, are used to simulate the corresponding irradiances in the UV and VIS, in eight stations in the Mediterranean basin. Data from AERONET, AeroCom and MODIS are used and the differences on the modeled irradiances, which arise from the different aerosol optical properties provided by each dataset, are examined. The irradiance simulations are performed with the libRadtran radiative transfer model. The MODIS aerosol optical depth climatology shows better agreement with AERONET data. The highest difference in the monthly average values is equal to 0.09 at 550nm, while the differences between the AERONET and the AeroCom climatologies reach 0.25 and 0.15 in the UV and VIS wavelengths respectively. As a result, the AERONET modeled VIS and UV irradiances are closer to MODIS, with the absolute differences in average values reaching 6%, while absolute differences with AeroCom irradiances can reach up to 12%. The differences are higher in areas affected by desert dust aerosols. In chapter four, the aerosol direct effect on the UV solar irradiance, is examined, at a typical West European site. Measurements from a Brewer instrument, operating at the site, are used, along with model simulations, provided from libRadtran, to estimate the aerosol forcing efficiency in the 300-360 nm spectral region and in the UV-B region of 300-315nm. Instrument measurements and model calculations are subsequently used to derive the aerosol single scattering albedo at low UV-A and at UV-B wavelengths. In the 300-360 nm spectral region, the highest values were revealed at 30o (-6.9 ± 0.9 W/m2), while at 60o the RFE was almost 2.5 times lower (-2.7 ±0.1 W/m2). In the UV-B region (300-315nm), the RFE value at 60o and 30o was estimated to be equal to -0.069 ±0.005 W/m2 and -0.35 ±0.04 W/m2, respectively. The estimated monthly averages of the Brewer single scattering albedo at 320 nm are in very close agreement (within ±0.01) with measurements at 440nm from a collocated CIMEL sunphotometer. Chapter five focuses on the aerosol effect on the Direct Normal Irradiance, in the area of Europe. Data from the MODIS satellite instrument, AERONET network and model simulations with SBDART, are used to calculate the daily amount of Direct Normal Irradiance received in the European continent, with a spatial resolution of 1°x1°, for a 13-year period. The clear-sky aerosol radiative forcing is calculated and possible variations in the received Direct Normal Irradiance, during the 13-year studied period, are examined. The clear-sky aerosol radiative forcing on Direct Normal Irradiance is high in areas influenced by desert dust and intense anthropogenic activities, such as the Mediterranean basin and the Po Valley in Italy. In May, the attenuation from aerosols, over these areas, can reach values up to 35% and 35-45%, which corresponds to 4 and 4.5-6 kWh/m2 per day, respectively. The Direct Normal Irradiance received, seems to have increased during the recent period, due to the decreasing trend of aerosol load, over many parts of Europe. The largest increases are around 6 to 12%, which correspond to an amount of 0.5 to 1.25 more kWh/m2 received per day. Finally, chapter six focuses on the retrieval of solar irradiance on the ground, based on satellite-derived cloud data. The SEVIRI instrument, onboard the MSG satellites, is used to provide data regarding the cloud modification factor. These data are used, along with model simulations, performed with libRadtran, to derive the global solar irradiance incident on a horizontal surface, a surface with a tilted orientation and the direct normal irradiance. The study focuses on the area of Greece and the work is part of the Hellenic Network for Solar Energy, developed to support solar energy applications. The daily amount of solar energy, as well as the monthly and annual sums, are estimated, during an 11-year period and a monthly climatology is derived. Results are compared with measurements from various ground stations in Greece. Comparison shows a general good agreement between satellite and stations data, with the highest differences occurring in cases of broken cloud conditions or very thick clouds. Solar energy collected from surfaces under tilted orientations can provide 15-25 % higher amounts than horizontal surfaces. In Greece, the highest collected monthly solar energy values are found during summer months, in Southern Peloponnese, Crete and the Cyclades islands, and exceed 250 kWh/m2. / Η παρούσα διατριβή ασχολείται με τις οπτικές ιδιότητες των αιωρούμενων σωματιδίων και των νεφών και τις επιδράσεις που αυτές έχουν στη διάδοση της ηλιακής ακτινοβολίας στην ατμόσφαιρα. Το πρώτο κεφάλαιο παρέχει μια σύντομη περιγραφή των βασικών αρχών που διέπουν τη διάδοση της ηλιακής ακτινοβολίας. Η θεωρία της διάδοσης της ακτινοβολίας περιγράφεται, μαζί με διάφορες προσεγγίσεις, που χρησιμοποιούνται για τη λύση συγκεκριμένων προβλημάτων στις ατμοσφαιρικές επιστήμες. Τα συστατικά της ατμόσφαιρας, που είναι άμεσου ενδιαφέροντος σε αυτήν τη διατριβή, τα αιωρούμενα σωματίδια και τα νέφη, περιγράφονται, με βάση τους τύπους τους και τις οπτικές τους ιδιότητες, ενώ περιγράφονται ακόμα οι βασικές αρχές της σκέδασης και της απορρόφησης, μέσω των οποίων επηρρεάζουν τη διάδοση της ηλιακής ακτινοβολίας. Το δεύτερο κεφάλαιο παρέχει μια περιγραφή των επίγειων δικτύων, μοντέλων και δορυφορικών οργάνων, των οποίων τα δεδομένα χρησιμοποιήθηκαν, για τη διεκπαιρέωση αυτής της διατριβής, μαζί με την περιγραφή του μοντέλου διάδοσης της ακτινοβολίας, που χρησιμοποιήθηκε για τους θεωρητικούς υπολογισμούς. Το τρίτο κεφάλαιο επικεντρώνεται στις οπτικές ιδιότητες των αιωρούμενων σωματιδίων, στο υπεριώδες και ορατό κομμάτι του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, στην Μεσόγειο. Τρεις ξεχωριστές βάσεις δεδομένων, από επίγειους σταθμούς, μοντέλα και δορυφορικά όργανα, χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό της ακτινοβολίας στο υπεριώδες και ορατό, σε οχτώ σταθμούς στην περιοχή της Μεσογείου. Χρησιμοποιούνται δεδομένα από το AERONET, το AeroCom και το MODIS και μελετούνται οι διαφορές στις υπολογιζόμενες, από το μοντέλο, ακτινοβολίες, οι οποίες προκύπτουν από τις διαφορές στις οπτικές ιδιότητες των αιωρούμενων σωματιδίων, που παρέχονται από κάθε βάση δεδομένων. Οι ακτινοβολίες υπολογίζονται με το μοντέλο διάδοσης ακτινοβολίας libRadtran. Τα δεδομένα του MODIS βρίσκονται σε καλύτερη συμφωνία με αυτά του AERONET, με τη μέγιστη διαφορά στο οπτικό βάθος, στα 550 nm, να είναι ίση με 0.09, ενώ οι αντίστοιχες διαφορές με το AeroCom υπολογίζονται στα 0.25 και 0.15, για το υπεριώδες και ορατό αντίστοιχα. Ως αποτέλεσμα, οι απόλυτες διαφορές στις υπολογιζόμενες ακτινοβολίες, μεταξύ AERONET και MODIS υπολογίζονται γύρω στο 6%, ενώ αυτές που αφορούν την κλιματολογία AeroCom φτάνουν το 12%. Οι μεγαλύτερες διαφορές αφορούν περιοχές που επηρεάζονται από σωματίδια ερημικής σκόνης. Στο τέταρτο κεφάλαιο, η άμεση επίδραση των αιωρούμενων σωματιδίων, στην υπεριώδη ακτινοβολία, μελετάται, για μια τυπική περιοχή της Δυτικής Ευρώπης. Μετρήσεις από ένα όργανο Brewer, που λειτουργεί στην περιοχή και θεωρητικοί υπολογισμοί με το μοντέλο libRadtran, χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό της ικανότητας κλιματικού εξαναγκασμού των αιωρούμενων σωματιδίων, στο φάσμα 300-360 nm και στο UV-B φάσμα των 300-315nm. Μετρήσεις από το όργανο και θεωρητικοί υπολογισμοί, χρησιμοποιούνται στη συνέχεια για τον υπολογισμό της ανακλαστικότητας μεμονωμένης σκέδασης των αιωρούμενων σωματιδίων, σε χαμηλά UV-A και σε UV-B μήκη κύματος. Στο φάσμα 300-360 nm, οι μεγαλύτερες τιμές της ικανότητας κλιματικού εξαναγκασμού, παρατηρούνται στις 30o (-6.9 ± 0.9 W/m2), ενώ στις 60o οι τιμές είναι σχεδόν 2.5 φορές χαμηλότερες (-2.7 ±0.1 W/m2). Στο UV-B κομμάτι του φάσματος (300-315nm), οι αντίστοιχες τιμές στις 60o και 30o υπολογίζονται ίσες με -0.069 ±0.005 W/m2 και -0.35 ±0.04 W/m2. Συγκρίνοντας τις τιμές που προκύπτουν για την ανακλαστικότητα μεμονωμένης σκέδασης στα 320 nm, με αυτές από το γειτονικό CIMEL στα 440 nm, προκύπτει πολύ καλή συμφωνία (±0.01). Το πέμπτο κεφάλαιο, επικεντρώνεται στην επίδραση των αιωρούμενων σωματιδίων στην άμεση ηλιακή ακτινοβολία, σε επίπεδο κάθετο στην κατεύθυνση της ακτινοβολίας, στην περιοχή της Ευρώπης. Δεδομένα από το MODIS, το AERONET και θεωρητικοί υπολογισμοί με το μοντέλο SBDART, χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό της ημερήσιας ποσότητας άμεσης ηλιακής ακτινοβολίας, στην Ευρώπη, με χωρική ανάλυση 1°x1° για μια χρονική περίοδο 13 ετών. Ο κλιματικός εξαναγκασμός, υπό ανέφελο ουρανό, των αιωρούμενων σωματιδίων και πιθανές μεταβολές στην ληφθείσα άμεση ακτινοβολία κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, μελετούνται. Οι επιδράσεις των αιωρούμενων σωματιδίων είναι σημαντικές σε περιοχές που επηρεάζονται από σωματίδια ερημικής σκόνης και περιοχές με έντονη ανθρωπογενή δραστηριότητα, όπως η Μεσόγειος και η κοιλάδα του Πάδου στην Ιταλία. Σε αυτές τις περιοχές η μείωση της ακτινοβολίας, λόγω αιωρούμενων σωματιδίων, φτάνει, το Μάιο, το 35% και 35-45%, που αντιστοιχεί σε 4 και 4.5-6 kWh/m2 την ημέρα. Η ληφθείσα άμεση ακτινοβολία έχει αυξηθεί κατά τα τελευταία χρόνια, λόγω ελάττωσης της συγκέντρωσης των αιωρούμενων σωματιδίων σε πολλά μέρη της Ευρώπης. Οι μεγαλύτερες αυξήσεις κυμαίνονται μεταξύ 6 και 12%, ποσοστό που αντιστοιχεί σε 0.5 με 1.25 kWh/m2 την ημέρα. Στο έκτο κεφάλαιο, αυτής της διατριβής, μελετάται ο υπολογισμός της ηλιακής ακτινοβολίας στο έδαφος, χρησιμοποιώντας δορυφορικά δεδομένα για την επίδραση των νεφών. Το όργανο SEVIRI, στους δορυφόρους MSG, χρησιμοποιείται για την παροχή δεδομένων σχετικά με το συντελεστή επίδρασης των νεφών. Τα δεδομένα αυτά, μαζί με θεωρητικούς υπολογισμούς με το μοντέλο libRadtran, χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό της ολικής ηλιακής ακτινοβολίας, σε οριζόντια επιφάνεια και σε επιφάνεια υπό κλίση, καθώς και τον υπολογισμό της άμεσης συνιστώσας σε επιφάνεια κάθετη στη διεύθυνση της ακτινοβολίας. Η μελέτη πραγματοποιείται για της περιοχή της Ελλάδας και αποτελεί κομμάτι του Ελληνικού Δικτύου Ηλιακής Ενέργειας, που έχει αναπτυχθεί για την υποστήριξη εφαρμογών και συστημάτων ηλιακής ενέργειας. Υπολογίζονται οι ημερήσιες ποσότητες ακτινοβολίας, οι μηνιαίες και οι ετήσιες τιμές, για μια περίοδο 11 ετών, καθώς και η μηνιαία κλιματολογία που προκύπτει για αυτήν την περίοδο. Η σύγκριση των αποτελεσμάτων με μετρήσεις από επίγειους σταθμούς, δίνει πολύ καλή συμφωνία, ενώ οι μεγαλύτερες διαφορές παρατηρούνται σε περιπτώσεις πολύ πυκνών νεφών. Η ηλιακή ακτινοβολία που συλλέγεται σε κεκλιμένη επιφάνεια, παρέχει 15-25 % μεγαλύτερα ποσά, σε σχέση με αυτήν που παρέχουν οριζόντιες επιφάνειες συλλογής. Στην Ελλάδα, τα μεγαλύτερα μηνιαία ποσά ηλιακής ενέργειας, παρατηρούνται κατά τους θερινούς μήνες, στη Νότια Πελοπόννησο, την Κρήτη και τις Κυκλάδες και ξεπερνούν τις 250 kWh/m2.

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη μελέτη και την εγκατάσταση ενός φωτοβολταϊκού συστήματος. Η εργασία αυτή εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Παραγωγής, Μεταφοράς, Διανομής και Χρησιμοποίησης Ηλεκτρικής Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών. Σκοπός, πέρα από την εγκατάσταση του εξοπλισμού, είναι η μελέτη του συστήματος που δημιουργήθηκε ώστε να λειτουργεί με 3 διαφορετικούς τρόπους: α) Μονοφασικό συνδεδεμένο στο δίκτυο διανομής, β) Τριφασικό συνδεδεμένο στο δίκτυο διανομής και γ) Μονοφασικό αυτόνομο. Το σύστημα που δημιουργήσαμε αποτελείται από μία φωτοβολταϊκη συστοιχία με ονομαστική ισχύ 2880 W, τρείς αντιστροφείς συνδεδεμένου συστήματος και ένα αντιστροφέα αυτόνομου συστήματος. Ακόμη για τη σωστή εγκατάσταση χρησιμοποιήσαμε κατάλληλα προστατευτικά στοιχεία, βάσεις, καλώδια και συσσωρευτές. Στο πρώτο κεφάλαιο, γίνεται μια εισαγωγή για την ενέργεια και τη χρησιμοποίηση της από τον άνθρωπο και περιγράφεται η ηλεκτροπαραγωγή, οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και τα βασικά στοιχεία του ηλεκτρικού συστήματος στην Ελλάδα για το 2009. Στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα χαρακτηριστικά μεγέθη της ηλιακής ακτινοβολίας, καθώς επίσης και ο τρόπος με τον οποίο καθορίζεται ο βέλτιστος τρόπος τοποθέτησης των φωτοβολταϊκών πλαισίων. Στο τρίτο κεφάλαιο, εξηγείται ο τρόπος λειτουργίας των φωτοβολταϊκών στοιχείων, αναλύονται τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά τους και αναφέρονται οι διάφορες τεχνολογίες των φωτοβολταϊκών στοιχείων που έχουν αναπτυχθεί μέχρι σήμερα. Στο τέταρτο κεφάλαιο, αναφερόμαστε στα είδη των μετατροπέων ισχύος και στο βαθμό απόδοσης τους. Στο πέμπτο κεφάλαιο, παρατίθενται οι γενικές αρχές δημιουργίας ενός φωτοβολταϊκού συστήματος και παρουσιάζονται τα είδη των Φωτοβολταϊκών συστημάτων. Στο έκτο κεφάλαιο, παρουσιάζεται η μελέτη, ο τρόπος λειτουργίας και ο εξοπλισμός του συστήματος που εγκαταστάθηκε στο Εργαστήριο. Στο έβδομο κεφάλαιο, παρουσιάζονται οι μετρήσεις που ελήφθησαν και τα σχετικά διαγράμματα, ο σχολιασμός τους όπως επίσης και ο τρόπος καταγραφής τους. Στο όγδοο κεφάλαιο, αναφερόμαστε στις δυσκολίες που παρουσιάστηκαν κατά την εκπόνηση της διπλωματικής εργασίας. / The present thesis is concerned with the design and installation of a photovoltaic system. The work was conducted at the Power systems Laboratory of the Department of Electrical and Computer Engineering School of Engineering, University of Patras. The objective of this thesis is the installation of the equipment and the study of the system, set up to work in three different ways: a) Single-phase grid connected, b) Three-phase grid connected and c) Single phase stand-alone. The photovoltaic system that was installed in the laboratory consists of a photovoltaic array with rated power 2880W, 3 inverters for a grid connected system and 1 inverter for a stand-alone system. In addition, cables, protective equipment, mounting bases and batteries were used. The first chapter is an introduction to energy and describes the power production, the renewable energy sources and the basic information of the electrical system of Greece in 2009. The second chapter presents the features of solar radiation, and the optimal method for the mounting of the modules. The third chapter explains the way that the operation of a photovoltaic cell, analyses the electric characteristics and reports the various technologies of the photovoltaics. The fourth chapter analyses the types of the power converters and their efficiency. The fifth chapter presents the general principles of creating a photovoltaic system, the way of their connection, and presents the types of Photovoltaic systems. The sixth chapter presents the way of operation and the equipment of the photovoltaic system that was installed in the Laboratory. The seventh chapter explains the details of the present study regarding the mode of operation and the equipment of the system that was installed in the Lab, showing the relevant measurements and charts. The eighth chapter is a reference to the difficulties encountered throughout the implementation of the project.

Στην παρούσα διπλωματική εργασία ασχοληθήκαμε με την επίδραση των πραγματικών συνθηκών στις dc παραμέτρους φωτοβολταϊκών πλαισίων άμορφου πυριτίου (a-Si) και την επενέργειά τους στη διαστασιολόγιση φωτοβολταϊκού συστήματος. Συγκεκριμένα οι μετρήσεις έγιναν στο Πανεπιστήμιο Πατρών και το πλαίσιο είναι άμορφο πυρίτιο τύπου Scott Solar Gmbh ASi-F 32/12. Ειδικότερα, μετρήσαμε την τάση φωτοβολταϊκού πλαισίου αμόρφου πυριτίου, το ρεύμα, την ηλιακή ακτινοβολία, την θερμοκρασία περιβάλλοντος και τις θερμοκρασίες στην πίσω και τη μπροστινή πλευρά του, σε διαφορετικές ώρες της ημέρας, διαφορετικές κλίσεις και καιρικές συνθήκες. Από τις μετρήσεις αυτές εξάγαμε συμπεράσματα και γραφικές παραστάσεις ρεύματος-τάσης (I-V) και ισχύος-τάσης (P-V) για κάθε μέτρηση. Στην συνέχεια υπολογίσαμε το βέλτιστο συντελεστή απόδοσης του πλαισίου και οδηγηθήκαμε σε συμπεράσματα για την ηλιακή ακτινοβολία η οποία όσο μεγαλύτερη είναι έχουμε και καλύτερη απόδοση του πλαισίου μας. Επίσης, μετρήσαμε τις διαστάσεις του Πανεπιστημιακού γυμναστηρίου και βρήκαμε το βέλτιστο αριθμό πλαισίων και τη βέλτιστη κλίση ώστε να τοποθετηθούν στο χώρο αυτό για να έχουμε τη βέλτιστη απόδοση. γίνεται μελέτη εγκατάστασης φωτοβολταϊκών πλαισίων αμόρφου πυριτίου τύπου Scott Solar Gmbh ASi-F 32/12 στο Πανεπιστημιακό Γυμναστήριο Πατρών και η δυνατότητα λειτουργίας αυτού με πλήρη αυτονομία ή με σύνδεσή του στο δίκτυο της ΔΕΗ. Όσον αφορά την πλήρη αυτονομία οδηγηθήκαμε στο συμπέρασμα ότι υπάρχει μεγάλη διαφορά ανάμεσα στην επιφάνεια που έχουμε και στην επιφάνεια που χρειάζεται για να τοποθετηθούν τα Φ/Β πλαίσια έτσι ώστε να καλύπτεται πλήρως το Πανεπιστημιακό Γυμναστήριο. Στη συνέχεια έπειτα από τη μελέτη για το διασυνδεδεμένο σύστημα με το δίκτυο της ΔΕΗ υπολογίστηκε ότι η ετήσια παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια είναι 51,7 MWh/έτος ή 1115 kWh/έτος/kWp για τα συγκεκριμένα Φ/Β πλαίσια και η απαιτούμενη εγκατεστημένη ισχύς PpΣ=46,4 kWp. Με τη χρήση του προγράμματος PVsol προέκυψε ότι η ετήσια παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια είναι ίση με 46,73 kWh/έτος και ότι η εγκατάσταση θα παράγει τελικά 46,73 kWh/έτος *1450 Φ/Β πλαίσια = 67,7 MWh/έτος ή 1.460 kWh/έτος/kWp . Αξίζει να σημειώσουμε ότι οι πειραματικές μετρήσεις της συγκεκριμένης μελέτης αποτελούν ένα μέρος από τις απαιτούμενες μετρήσεις για την ολοκληρωμένη εφαρμογή με την οποία ασχοληθήκαμε στη παρούσα Διπλωματική εργασία. Τέλος, σειρά έχουν τα συμπεράσματα της διπλωματικής αυτής εργασίας και κατόπιν το παράρτημα όπου εκεί βρίσκονται οι μετρήσεις οι οποίες έγιναν για την δημιουργία των γραφικών παραστάσεων που θα χρησιμοποιηθούν παρακάτω / This diploma thesis dealt with the effect of actual conditions in the dc parameters of solar panels amorphous silicon (a-Si) and their effects on diastasiologisi solar system. Specifically, measurements were made at the University of Patras and the framework is amorphous silicon type Scott Solar Gmbh ASi-F 32/12.Specifically, we measured the voltage of amorphous silicon photovoltaic panel, electricity, solar radiation, ambient temperature and temperatures in the back and front side, at different times of day, different slopes and weather conditions.

Τα τελευταία χρόνια έχουν ενταθεί οι προσπάθειες για την ανάπτυξη νέων και φιλικών προς το περιβάλλον τεχνολογιών για την παραγωγή ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές, όπως η ηλιακή ενέργεια, με χρήση ευρέως διαθέσιμων και χαμηλού κόστους πρώτων υλών, όπως το νερό και η βιομάζα. Μια πολλά υποσχόμενη διεργασία στην κατεύθυνση αυτή είναι η παραγωγή υδρογόνου μέσω της φωτοκαταλυτικής αναμόρφωσης προϊόντων και παραγώγων βιομάζας σε υδατικά αιωρήματα ημιαγωγών, κυρίως διοξειδίου του τιτανίου (TiO2). Στην παρούσα εργασία μελετάται η δυνατότητα ανάπτυξης φωτοκαταλυτών με βάση το TiO2, οι οποίοι θα χαρακτηρίζονται από υψηλότερη απόκριση στο ορατό και μεγαλύτερη ενεργότητα στην αντίδραση αναμόρφωσης των οργανικών ενώσεων. Οι φωτοκαταλύτες που μελετήθηκαν ήταν TiO2 (Degussa P25) ενισχυμένο με μικρές ποσότητες αμετάλλων (N, P) ή μετάλλων (Li, Na, K, Cs, Ca). Στα υλικά αυτά εναποτέθηκε λευκόχρυσος (0.5 wt.%) με στόχο τη μελέτη της επίδρασής του στη φωτοκαταλυτική ενεργότητα και εκλεκτικότητα Επιπρόσθετα, πραγματοποιήθηκε κινητική μελέτη της αντίδρασης της φωτοκαταλυτικής αναμόρφωσης της γλυκερόλης (εξ.1) σε αιώρημα καταλύτη 0.5% Pt/TiO2, το οποίο ακτινοβολείται με φως στην περιοχή που απορροφά το TiO2. (1) Από τα αποτελέσματα προκύπτει οτι :  H προσθήκη των αμετάλλων (Ν-Ρ) παρότι προκαλεί αύξηση της απόκρισης του φωτοκαταλύτη στο ορατό έχει αρνητικές επιπτώσεις στο ρυθμό παραγωγής υδρογόνου.  H προσθήκη του CaΟ οδηγεί στη δημιουργία νέων ζωνών στο ενεργειακό χάσμα του ημιαγωγού μετατοπίζοντας έτσι την περιοχή απορρόφησης του σε μήκη κύματος που αντιστοιχούν στο ορατό φάσμα, χωρίς όμως η μετατόπιση αυτή να συνοδεύεται από τη δημιουργία ημιαγωγών με βελτιωμένη φωτοκαταλυτική ενεργότητα.  H φωτοκαταλυτική ενεργότητα του TiO2 βελτιώνεται με την προσθήκη αλκαλίων σύμφωνα με την ακόλουθη σειρά TiO2<Na<Cs<Li<K.  Με άυξηση τόσο της έντασης της προσπίπτουσας ακτινοβολίας, όσο και της συγκέντρωσης της γλυκερόλης αλλά και του φωτοκαταλύτη, ο ρυθμός παραγωγής υδρογόνου αυξάνεται / During the last years, intensive efforts have been made for the development of new and environmentally friendly technologies for energy production from renewable sources such as solar energy, using widely available and low cost raw materials, such as water and biomass. A well promising procedure to achieve this goal is the production of hydrogen through the photocatalytic reforming of products and derivatives of biomass in aqueous suspensions, mainly titanium dioxide (TiO2). In the present study, we investigated the potential of developing photocatalysts based on TiO2, that could be characterized by higher response to visible light and higher photocatalytic activity in the reforming of organic compounds. The photocatalysts studied were based on TiO2 (Degussa P25) dopped with small quantities of non-metals (N, P) or metals (Li, Na, K, Cs, Ca). The above were impregnated with platinum (Pt) 0.5 wt.%, in order to study its effect on the photocatalytic activity and selectivity. Moreover, a kinetic study of the reaction of glycerol reforming (Eq.1) in suspension of 0.5% Pt/TiO2 catalyst, irradiated by light in the absorption area of TiO2 was further performed (1) The results show that :  Although the addition of non-metals (N,P) causes an increase in the response of the photocatalyst in visible light, it also has a negative effect on the hydrogen production rate.  The addition of CaΟ results in the formation of new band gap zones of the semiconductor, shifting its absorption area into wavelengths that correspond to visible light, although this shift was not associated with the formation of semiconductors with improved photocatalytic activity.  The photocatalytic activity of TiO2 was improved by the addition of alkali according to the following order TiO2<Na<Cs<Li<K.  The rate of hydrogen production increases by increasing both the power of the induced irradiation, as well as the concentration of glycerol and photocatalyst.

Η εργασία αυτή ασχολείται κατά πρώτον με την στατιστική επεξεργασία πεντάλεπτων μετρήσεων φυσικού φωτισμού κατά τη διάρκεια ενός έτους και την παραγωγή διαγραμμάτων μέσων ωριαίων μηνιαίων τιμών για κάθε τύπο καιρού και για κάθε μέγεθος (ολικός φωτισμός, διάχυτος φωτισμός, ολική ηλιακή ακτινοβολία, διάχυτη ηλιακή ακτινοβολία) και κατά δεύτερον με τη δικτύωση μελλοντικών σταθμών στην Αττική (με ενσύρματο ή ασύρματο τρόπο) που μετρούν το φυσικό φωτισμό. / --

Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας, είναι η μελέτη της συμπεριφοράς φωτοβολταϊκού πλαισίου λεπτής ταινίας CIS, σε πραγματικές συνθήκες λειτουργίας. Μελετάται η επίδραση διάφορων εξωτερικών παραγόντων και κυρίως της θερμοκρασίας, της ηλιακής ακτινοβολίας και της σκίασης. Με στόχο την εκτίμηση της παραγόμενης DC ισχύος σε διάφορες συνθήκες λειτουργίας., έχουν πραγματοποιηθεί μετρήσεις ρεύματος-τάσης στο χώρο του Πανεπιστημίου Πατρών, σε φωτοβολταϊκό πλαίσιο CIS ονομαστικής ισχύος 75W. Οι μετρήσεις ήταν συνήθως ημερήσιες και καταγράφονταν οι τιμές για διάφορες συνθήκες λειτουργίας και σε διαφορετικές εποχές του έτους. Με ένα μεταβλητό φορτίο συνδεδεμένο με το εν λόγω φωτοβολταϊκό πλαίσιο, ήταν δυνατός ο προσδιορισμός της χαρακτηριστικής I-V καμπύλης σε κάθε μέτρηση και ως εκ τούτου, ο υπολογισμός του σημείου μέγιστης ισχύος. Για κάθε μέτρηση καταγράφονταν, εκτός του ρεύματος και της τάσης, η λαμβανόμενη ηλιακή ακτινοβολία, η θερμοκρασία αέρα καθώς και οι θερμοκρασίες στις δύο όψεις του συλλέκτη. Αρχικά, υπολογίζεται η απόδοση του πλαισίου σε διαφορετικές θερμοκρασίες λειτουργίας ενώ σε αυτό προσπίπτουν ίδια ποσά της ηλιακής ακτινοβολίας. Επίσης, μελετάται ποιες χαρακτηριστικές παράμετροι επηρεάζονται περισσότερο όπου διαπιστώνεται πως η αύξηση της θερμοκρασίας προκαλεί μείωση της τάσης και μία μικρή αύξηση του ρεύματος η οποία όμως, δεν είναι ικανή να αντισταθμίσει την μείωση της τάσης, με αποτέλεσμα η αύξηση της θερμοκρασίας να επιδρά αρνητικά στην απόκριση ισχύος. Στη συνέχεια, γίνεται αντίστοιχος υπολογισμός και για την ηλιακή ακτινοβολία όπου παρουσιάζεται η θετική της επίδραση στην απόδοση του πλαισίου, ενώ ταυτόχρονα μελετάται η συμπεριφορά του CIS σε συνθήκες ηλιοφάνειας αλλά και συννεφιάς. Κατά την επεξεργασία των αποτελεσμάτων αυτών, ήταν δυνατός ο υπολογισμός μίας μέσης τιμής της αποδιδόμενης ισχύος τόσο για τη θερινή όσο και για τη χειμερινή περίοδο. Τέλος, προκαλώντας τεχνητή σκίαση στο 30% περίπου της επιφάνειας του φωτοβολταϊκού πλαισίου κατά τη διάρκεια κάποιων μετρήσεων, υπολογίζεται το ποσοστό μείωσης της παραγόμενης DC ισχύος, συγκριτικά με τις περιπτώσεις όπου κάτω από τις ίδιες εξωτερικές συνθήκες, το πλαίσιο δεν σκιάζεται. / The objective of this diploma thesis, is to study the behavior of a thin film photovoltaic module CIS, under real conditions of operation. The effect of various exterior factors is studied and mainly the factors of temperature, solar radiation and shading. To estimate the produced DC Power in various conditions, measurements has been took place at the University of Patras using a CIS photovoltaic module, of 75W Maximum Power. Measurements were usually daily and were taken in all seasons of year. With a variable load connected to the photovoltaic module, the determination of the I-V curve was possible for each measurement and consequently, the calculation of the Maximum Power Point could be made. At each measurement, were noted the current, the voltage and also the received solar radiation, the air temperature as well as the temperatures at the two sides of the module. At first, the output and the efficiency of the module in different temperatures of operation are calculated , while the received solar radiation is the same in every case. Also, it is studied witch parameters are more influenced by increasing temperature and it is proved that voltage is decreased and current is a little increased. However, the increasing current is not capable to compensate the decreasing voltage, so the increase of temperature affects negatively the output power and the efficiency. Afterwards, a similar calculation has been made, studying the influence of solar radiation at the characteristic parameters of the CIS photovoltaic module. During these calculations, except the positive effect of solar radiation it is presented the behavior of CIS in sunlight and also cloudy conditions. As a result, an average output power of the module has calculated for the aestival and the wintry period. Finally, causing artificial shading in about the 30% of the module's surface, it is determined the rate of reduction of produced DC power, comparatively the case where the module is not shading under the same exterior conditions.

Σκοπός της παρούσης διπλωματικής εργασίας είναι η διερεύνηση, μέσω παραμετρικών αναλύσεων, της συμπεριφοράς και απόδοσης ενός δεδομένου Θερμικού Ηλιακού Συστήματος (Θ.Η.Σ.) για την περιοχή της Πάτρας. Στα πλαίσια αυτά, στο πρώτο μέρος της εργασίας περιλαμβάνεται μία βιβλιογραφική έρευνα, η οποία καλύπτει εκτενώς θέματα όπως η ηλιακή ακτινοβολία, κατηγορίες – εφαρμογές και ανάλυση των κύριων συνιστωσών ολοκληρωμένων Θ.Η.Σ., καθώς επίσης και μεθόδους εξομοίωσης τους. Στο δεύτερο μέρος αναπτύσσεται πρόγραμμα υπολογιστή, το οποίο αφ’ ενός υπολογίζει την ηλιακή ακτινοβολία που προσπίπτει σε μία επιφάνεια στην περιοχή της Πάτρας, αφ’ ετέρου προσδιορίζει, μέσω δύο μεθόδων (αναλυτική και f-chart), τα μηνιαία και ετήσια ποσοστά κάλυψης του φορτίου ενός δεδομένου Θ.Η.Σ.. Τα αποτελέσματα των αναλύσεων αυτών εμφανίζονται στη συνέχεια σε σχετικά γραφήματα παρέχοντας διάφορα χρήσιμα συμπεράσματα. / This project includes bibliographic research related to solar thermal systems and a study of performance, via parametrical analysis, for a solar water heating system installed in a hotel unit located in the region of Patras.

Η φωτοκαταλυτική διάσπαση του νερού προς παραγωγή υδρογόνου με χρήση φωτοκαταλύτη διοξειδίου του τιτανίου (TiO2) μελετήθηκε με χρήση τεχνητής ηλιακής ή ορατής ακτινοβολίας Βρέθηκε ότι ο αρχικός ρυθμός της αντίδρασης αυξάνεται σημαντικά με την προσθήκη μικρών ποσοτήτων Pt στην επιφάνεια του ημιαγωγού. Στον καταλύτη αυτό, μελετήθηκε η επίδραση του pH καθώς και της θερμοκρασίας του αιωρήματος στην φωτοκαταλυτική παραγωγή υδρογόνου. Τα αποτελέσματα των πειραμάτων έδειξαν ότι τόσο η αύξηση του pH όσο και η αύξηση της θερμοκρασίας έως τους 800C οδηγούν σε ενίσχυση του ρυθμού παραγωγής. Ο ρυθμός μπορεί να αυξηθεί περαιτέρω και να διατηρηθεί σε υψηλά επίπεδα για μεγάλους χρόνους ακτινοβόλησης, αν στο υδατικό αιώρημα προστεθεί ποσότητα «δότη ηλεκτρονίων» σε κατάλληλη συγκέντρωση. Πρόκειται για οργανικές ενώσεις (χρωστικές, αλκοόλες, σάκχαρα κ.α.) που απαντώνται σε απόβλητα χημικών βιομηχανιών, οι οποίες δρουν σαν «θυσιαζόμενες» ενώσεις. Ο ρόλος τους είναι η γρήγορη απομάκρυνση των φωτοπαραγόμενων οπών (ριζών υδροξυλίου) ή/και του φωτοπαραγόμενου οξυγόνου, κατά έναν μη αντιστρεπτό τρόπο, εμποδίζοντας έτσι την επανασύνδεση ηλεκτρονίου-οπής ή/και την αντίστροφη αντίδραση Ο2-Η2 Όταν επιτυγχάνεται πλήρης οξείδωση της οργανικής ένωσης (και των ενδιαμέσων της αντίδρασης) σε διοξείδιο του άνθρακα, το οξυγόνο δεν μπορεί πλέον να απομακρυνθεί από την επιφάνεια του φωτοκαταλύτη, με αποτέλεσμα ο ρυθμός παραγωγής Η2 να μειώνεται στα επίπεδα του ρυθμού μόνιμης κατάστασης, που επιτυγχάνεται απουσία «θυσιαζόμενης» ένωσης από το διάλυμα. Οι συνολικά παραγόμενες ποσότητες Η2 και CO2 είναι ευθέως ανάλογες με την ποσότητα του δότη ηλεκτρονίων που αρχικά προτίθεται στο διάλυμα. Επομένως, η παραγωγή υδρογόνου από την φωτοκαταλυτική διάσπαση του νερού με χρήση «θυσιαζόμενων» ενώσεων αποτελεί μια πολλά υποσχόμενη διεργασία καθώς, παράλληλα με τη δυνατότητα παραγωγής υδρογόνου μέσω της ηλιακής ακτινοβολίας, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ταυτόχρονη αποικοδόμηση οργανικών ρύπων που απαντώνται σε υγρά βιομηχανικά απόβλητα. / The production of hydrogen from aqueous TiO2 suspensions illuminated with UV/vis or visible light has been examined It has been found that deposition of Pt (0.5 wt.%) on the semiconductor surface results in an increase of the H2 production rate, which goes through a maximum with time of irradiation and then drops to steady-state values comparable to those obtained over bare TiO2. Both, maximum and steady-state rates obtained over Pt/TiO2 suspensions were found to increase with increasing solution pH and temperature. Addition of small quantities of electron donors (such as dyes, alcohols and sugars) in solution results in significantly enhanced rates of H2 production. Results are explained by considering that organic compounds act as sacrificial agents, which become progressively oxidized toward CO2 by consuming photogenerated holes and/or oxygen. This results in decreased rates of electron-hole recombination and oxygen-hydrogen back reaction and, concomitantly, in increased H2-production rates. The rate of photoinduced hydrogen production depends strongly on the concentration of the sacrificial agent employed and to a lesser extent on solution pH and temperature. When complete mineralization of the sacrificial agent is achieved, photogenerated oxygen can no longer be removed from the photocatalyst surface and the H2-production rate drops to steady-state values, comparable to those obtained in the absence of the organic compound in solution. The amounts of carbon dioxide and “additional” hydrogen produced depend on the nature of the organic additive and are directly proportional to its initial concentration in solution. Quantification of results shows that the overall process may be described as “photoinduced reforming of organic compounds at room temperature”. It is concluded that mineralization of organic pollutants, which are common waste products of biomass processing industries, can be achieved with simultaneous production of H2 fuel. The process may provide an efficient and cost effective method for cleaning up waste streams.