Η ηλιακή ενέργεια αποτελεί μια από τις κύριες Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ). Μπορεί να αξιοποιηθεί είτε μετατρεπόμενη σε ηλεκτρισμό είτε σε θερμότητα. Για τη μετατροπή της σε ηλεκτρισμό η κύρια τεχνολογία που χρησιμοποιείται είναι η τεχνολογία των φωτοβολταϊκών. Αντίστοιχα, για την μετατροπή της σε θερμότητα χρησιμοποιούνται ευρέως οι τεχνολογίες των επίπεδων θερμικών ηλιακών συλλεκτών και των θερμικών συλλεκτών σωλήνων κενού. Βασικό ζητούμενο και στις δύο περιπτώσεις αποτελεί η μεγιστοποίηση της αποδοτικότητας τους. Μια από τις μεθόδους που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αύξηση της αποδοτικότητας μιας ηλιακής συσκευής είναι η χρήση ενισχυτικών ανακλαστήρων. Επίσης, στις συνήθεις τεχνολογίες φωτοβολταϊκών που εφαρμόζονται σήμερα, η μείωση της θερμοκρασίας λειτουργίας τους βελτιώνει την απόδοση τους. Η διπλωματική ερευνητική εργασία που ακολουθεί περιλαμβάνει τη συγκριτική μελέτη φωτοβολταϊκών διατάξεων, επίπεδων θερμικών συλλεκτών και συλλεκτών σωλήνων κενού. Μελετήθηκαν συστήματα φωτοβολταϊκών με τη χρήση διαφόρων μεθόδων ψύξης, ενεργητικών και παθητικών. Επίσης μελετήθηκε η αύξηση της αποδιδόμενης ηλεκτρικής ενέργειας των φωτοβολταϊκών με χρήση ενισχυτικών ανακλαστήρων (ημικατοπτρικός ανακλαστήρας, ανακλαστήρας αλουμινίου (ματ), λευκός ανακλαστήρας). Υλοποιήθηκαν συνδυαστικά συστήματα με ταυτόχρονη ψύξη και χρήση ενισχυτικού ανακλαστήρα και μελετήθηκε η συμπεριφορά τους. Ακόμα, μελετήθηκε η αύξηση της αποδιδόμενης θερμικής ενέργειας επίπεδου ηλιακού θερμικού συλλέκτη με προσθήκη ενισχυτικών ανακλαστήρων (καθρέπτης, ανακλαστήρας αλουμινίου και λευκός ανακλαστήρας). Τέλος, κατασκευάστηκε διάταξη θερμικού συλλέκτη σωλήνα κενού με επίπεδη ανακλαστική επιφάνεια. Πραγματοποιήθηκαν πειράματα με την προσθήκη ενισχυτικών ανακλαστήρων (ημικατοπτρικός ανακλαστήρας, ανακλαστήρας αλουμινίου και λευκός ανακλαστήρας) και μελετήθηκε η αύξηση της θερμικής απόδοσης του συλλέκτη. Με βάση τα αποτελέσματα των πειραμάτων, εξάγονται αντίστοιχα συμπεράσματα και παρατίθενται προτάσεις σχετικά με τις διατάξεις αυτές. / Solar energy is one of the main Renewable Energy Sources (RES). It can be utilized by being transformed into electricity or heat. The main technology used to transform solar energy into electricity is photovoltaics. Respectively, flat plate solar thermal collectors and evacuated tube solar thermal collectors are the technologies mostly used to transform solar energy into usable heat. One of the main concerns on both cases, is the maximization of their performance. The use of booster reflectors is one of the methods that can be implemented in order to increase the performance of a solar device. Also, a method to increase the performance of the main photovoltaic technologies used at the moment, is to cool them. The following diploma – research thesis includes the comparative study of photovoltaic systems, flat plate solar thermal collectors and evacuated tube solar thermal collectors. Photovoltaic systems with the use of various cooling methods, active and passive, were studied. The increase of the photovoltaic electrical output using booster reflectors (semi specular, aluminum reflector and white reflector) was also studied. Combined systems were implemented, with simultaneous cooling and usage of booster reflector, and their behavior was observed. In addition, the increase of the thermal output of a flat plate collector by using booster reflectors (mirror, aluminum reflector and white reflector) was studied. Finally, an evacuated tube solar thermal collector system with an embedded reflective surface was implemented. Experiments were carried out with the addition of booster reflectors (semi specular, aluminum reflector and white reflector) and the increase of the collector’s thermal output was measured. Based on the experimental results, conclusions and suggestions are made about these systems.

Η ηλιακή ενέργεια μπορεί να συμβάλει στην αντιμετώπιση του ενεργειακού προβλήματος, με την ευρεία αξιοποίηση των φωτοβολταϊκών και των θερμικών ηλιακών συλλεκτών. Τα φωτοβολταϊκά συστήματα που συνδυάζονται με θερμικές μονάδες κυκλοφορίας νερού ή αέρα, για την απολαβή της θερμότητας από αυτά και την ικανοποιητική διατήρηση της απόδοσής των, αποτελούν τα υβριδικά φωτοβολταϊκά/θερμικά συστήματα (φβ/θ). Τα συστήματα αυτά παράγουν ηλεκτρική και θερμική ενέργεια ταυτόχρονα, αυξάνοντας την ολική παραγόμενη ενέργεια. Με τη χρήση ορισμένων διατάξεων βελτίωσης της απολαβής της θερμότητας από τα φωτοβολταϊκά και της αύξησης της αποδιδόμενης ενέργειας των φωτοβολταϊκών και των θερμικών ηλιακών συλλεκτών, είναι δυνατή η βελτίωση της αποδοτικότητας των συσκευών αυτών, για μια πιο αποτελεσματική εφαρμογή τους στα κτήρια. Η διπλωματική εργασία που ακολουθεί περιλαμβάνει τη μελέτη φωτοβολταϊκών, υβριδικών φωτοβολταϊκών και θερμικών ηλιακών συσκευών. Πραγματοποιήθηκε μελέτη υβριδικού φωτοβολταϊκού/θερμικού συστήματος αέρα με διάφορες βελτιώσεις της αποδοτικής λειτουργίας του και με την προσθήκη μεταλλικών φύλλων ή σωλήνων ροής νερού στον αεραγωγό. Ακόμη, μελετήθηκε επίπεδος ηλιακός θερμικός συλλέκτης με προσθήκη διάφορων τύπων ανακλαστήρων (λευκή επιφάνεια, γαλβανιζέ μεταλλικό φύλλο και καθρέφτης). Πραγματοποιήθηκαν επίσης πειράματα με σωλήνα κενού, ο οποίος συνδυάστηκε με ανακλαστήρες για την αύξηση της προσλαμβανόμενης ηλιακής ακτινοβολίας και βελτίωση της αποδιδόμενης θερμότητας. Με βάση τα αποτελέσματα παρατίθενται συμπεράσματα και προτάσεις σχετικά με τις σύνθετες διατάξεις που αναφέρθηκαν. / Solar energy systems can contribute to energy demand by the proper synergy of photovoltaics and solar thermal collectors. The PV modules which are combined with thermal units and circulating water or air to extract the heat from them, constitute the hybrid photovoltaic/thermal systems (PV/T). These systems provide electrical and thermal energy simultaneously, increasing the total energy output. Adapting some effective heat extraction elements to PV modules and applying devices to have solar radiation increase by the absorbing surfaces of PV and of thermal collectors, an improvement of operation and performance of these systems can be achieved regarding their application to buildings. The thesis that follows includes a study of photovoltaics, hybrid photovoltaic/ thermal systems and solar thermal collectors. More specifically, a study of an air heating hybrid photovoltaic/thermal system was performed, improving suitably the heat extraction by inserting corrugated metallic sheets or water pipes, inside the air channel that is attached to rear surface of PV modules. In addition, a solar thermal collector was studied, by applying several types of reflectors (white plate reflector, galvanized iron plate reflector and specular reflector). Furthermore, a vacuum tube type collector was tested, combined also with reflectors to increase input solar radiation and increase thermal performance. Finally, conclusions and suggestions for a further study, on the above mentioned solar energy systems is included, based on the reported experimental results.

Οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (ΑΠΕ), όπως η ηλιακή και αιολική ενέργεια μπορούν να προσφέρουν εναλλακτικούς τρόπους παραγωγής ενέργειας. Κάθε μορφή ΑΠΕ έχει τις δικές της ιδιομορφίες και μπορούν να εφαρμοστούν είτε σε μεγάλες εγκαταστάσεις παραγωγής ηλεκτρικής και θερμικής ενέργειας είτε σε μικρότερες μονάδες όπως στα κτίρια. Ενδιαφέρον παρουσιάζει η συνδυασμένη αξιοποίηση των παραπάνω ενεργειακών πηγών, ιδίως για την κάλυψη των ηλεκτρικών και θερμικών αναγκών των κτιρίων. Αντικείμενο της διπλωματικής αυτής εργασίας είναι η μελέτη ενός συστήματος αποτελούμενο από μικρή ανεμογεννήτρια, φωτοβολταϊκά πλαίσια και θερμικό ηλιακό συλλέκτη. Αρχικά γίνεται αναφορά στα επιμέρους συστήματα ΑΠΕ από τα οποία αποτελείται η εγκατάσταση. Στη συνέχεια, αναλύονται τα μετεωρολογικά δεδομένα της περιοχής και ακολουθεί η ενεργειακή μελέτη της συμπεριφοράς του υβριδικού συστήματος. Το κύριο θέμα που εξετάζεται είναι η παροχή ηλεκτρικής ενέργειας για θέρμανση του νερού σε περιπτώσεις που υπάρχει πλεόνασμα ηλεκτρικής ενέργειας. Επίσης αναλύεται η προοπτική συνδυασμού υβριδικών/φωτοβολταϊκών συλλεκτών με Α/Γ. Τέλος παρατίθενται τα συμπεράσματα και οι εκτιμήσεις σχετικά με τη συμπεριφορά του υβριδικού συστήματος στις μεταβολές της ταχύτητας του ανέμου και της ηλιακής ακτινοβολίας σε ημερήσια και ετήσια βάση. / The renewable energy sources (RES) like solar and wind energy can offer an alternative solution to produce power. Each form of RES, has its own specifications and they can applied in big installations of production electric and thermal energy or in smaller units as the buildings. This thesis investigates the performance of a system consist of a small wind turbine, solar photovoltaic modules and solar thermal collector. In the beginning, the design and components of installation is presented. Then, the measured data are used to analyzed the meteorological condition of test site and evaluate the performance of the hybrid system. The main concept, regarding the energy use of electrical to heat water in case that there is surplus of it, is presented. Finally conclusions and considerations about the behavior of hybrid system from the daily and yearly variation of wind speed and solar radiation are included.