Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η διαστασιολόγηση Φ/Β πάρκου ισχύος 500 kWp στο οποίο θα γίνει χρήση ιχνηλατών – trackers. Το συγκεκριμένο Φ/Β πάρκο μελετήθηκε για την περιοχή της Λάρισας. Η εξασφάλιση μεγάλου ποσοστού απαιτούμενης ηλεκτρικής ενέργειας μέσα από Ανανεώσιμες Πηγές, όπως είναι η φωτοβολταϊκή τεχνολογία, είναι μια σημαντική κατεύθυνση προς την προστασία του περιβάλλοντος. Παράλληλα αποτελεί μία σημαντική πρόκληση τόσο για τους μηχανικούς όσο και για την παγκόσμια οικονομία. Στο πρώτο κεφάλαιο δίνονται γενικά στοιχεία για τον Ήλιο και την ακτινοβολία που εκπέμπει, ενώ γίνεται και μια αναφορά στο πως μετράται η ηλιακή ακτινοβολία. Επίσης παρουσιάζεται η κατάσταση των εγκατεστημένων Φ/Β σε Ελλάδα και Ευρώπη. Στο δεύτερο κεφάλαιο επεξηγείται η φωτοβολταϊκή ηλεκτρική ενέργεια και το φωτοβολταϊκό φαινόμενο. Επίσης γίνεται μαθηματική ανάλυση για το μοντέλο της διόδου των κυττάρου και του πλαισίου και τέλος δίνονται οι εξισώσεις που αποδίδουν τις παραμέτρους του μοντέλου. Στο τρίτο κεφάλαιο εξετάζονται τα χαρακτηριστικά των Φ/Β πλαισίων όπως είναι ο βαθμός απόδοσης τους. Επίσης περιγράφονται τα υλικά κατασκευής των πλαισίων, ενώ αναφέρονται παράγοντες οι οποίοι επηρεάζουν την απόδοση τους. Στο τέταρτο κεφάλαιο περιγράφονται γενικά στοιχεία ενός Φ/Β πάρκου. Εξετάζεται το φαινόμενο της νησιδοποίησης και αναφέρονται στοιχεία για την αδειοδότηση του έργου. Επίσης περιγράφονται τεχνικά στοιχεία όπως η γείωση και οι μετατροπείς – inverters και εξηγείται τι είναι το ποσοστό απόδοσης της εγκατάστασης και ο ευρωπαϊκός βαθμός απόδοσης. Στο πέμπτο κεφάλαιο εξηγείται η λειτουργία του ιχνηλάτη – tracker και αναφέρονται τα πλεονεκτήματα χρήσης του σε σχέση με τα φ/β σε σταθερή βάση. Ακόμη περιγράφεται η περιστροφή γύρω από έναν άξονα και δύο άξονες. Τέλος γίνεται μία μαθηματική ανάλυση ως προς την γωνία πρόσπτωσης και του ποσού της λαμβάνουσας ηλιακής ακτινοβολίας. Τέλος στο έκτο κεφάλαιο γίνεται η διαστασιολόγηση του Φ/β πάρκου. Στο συγκεκριμένο κεφάλαιο παρουσιάζεται η χωροθέτηση των ιχνηλατών στο οικόπεδο και η ενεργειακή μελέτη η οποία έγινε μέσω του προγράμματος PVSYST 5.56. Επίσης γίνεται τεχνική ανάλυση ως προς τους μετατροπείς, τη σύνδεση με το δίκτυο τις καλωδιώσεις και την αντικεραυνική προστασία και τελικά γίνεται η οικονομοτεχνική μελέτη της ανάλυσης. / The purpose of the present thesis is the design – dimensioning of a photovoltaic park with nominal power 500 kWp. In the specific park, they are going to be used sun trackers and it is located near Larisa – Greece. The aim of replacing a great percent of conventional energy sources with renewable is significant for the environment's protection, but also it is a great challenge for the engineers and the global economy. In the first chapter, there is a brief presentation of solar energy and radiation and how can be calculated. Furthermore, the pv market potential in Greece and in Europe is described. In the second chapter is explained how the pv generator works and what is photovoltaic phenomenon. Also there is a mathematical analysis about the model of pv diode. In the third chapter, there is a presentation of pv module characteristics such as performance ratio. Also, the materials that pv modules are usually made of and factors that affect their performance are mentioned. In the fourth chapter, there is a description of the general data of a pv park such as inverters, grounding. Moreover, the phenomenon of islanding is explained. In the fifth chapter, there is an explanation of how a solar tracker works. Also, the advantages of using solar tracker in comparison with fixed tilt systems are presented. Finally, in the sixth chapter , the design and dimensioning of the pv park is presented and it is shown how the trackers are located in the field. Furthermore, the PVSYT 5.56 is used to simulate the energy yield of the pv park and a technical analysis is presented which includes the pv modules, the trackers, the transformer that are used and other critical data. In the end there is an economic analysis which shows the estimated profit of the specific investment.

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται την στατική ανάλυση και την ανάλυση κόπωσης διαξονικού ιχνηλάτη φωτοβολταϊκής εγκατάστασης. Η σχεδίαση της κατασκευής γίνεται στο σχεδιαστικό πακέτο Catia V5, τα στατικά φορτία υπολογίζονται με βάσει τον διεθνή κανονισμό Eurocode 1 , τα δυναμικά φορτία ανέμου υπολογίζονται βάσει το Kaimal spectrum ενώ οι αναλύσεις γίνονται στο λογισμικό πεπερασμένων στοιχείων Msc.Patran-Nastran. Η εργασία αποτελείται από επτά (7) κεφάλαια εκ των οποίων το έβδομο είναι τα συμπεράσματα. Στο κεφάλαιο 1 γίνεται μια εισαγωγή για τους τύπους στήριξης των φωτοβολταϊκών πλαισίων και για τις βασικές παραμέτρους της ηλιακής τεχνικής και της τροχιάς του ηλίου. Τέλος, υπολογίζονται οι δύο βασικές ηλιακές γωνιές αζιμούθια και ζενίθια κατά την διάρκεια του έτους ώστε να καθοριστούν οι κινήσεις της διάταξης του tracker. Στο κεφάλαιο 2 αναλύεται ο τρόπος σχεδίασης του ιχνηλάτη στο σχεδιαστικό πρόγραμμα Catia-v5. Συγκεκριμένα, προβάλλονται αναλυτικά τα βασικότερα μέρη της κατασκευής και τα τμήματα που συναρμολογήθηκαν ώστε να δημιουργηθεί η διάταξη.Tέλος, παρουσιάζονται οι σύνδεσμοι που επιτρέπουν την κίνηση του ιχνηλάτη και οι βαθμοί ελευθερίας που περιορίζονται από τον καθένα. Στο κεφάλαιο 3 αρχικά παρουσιάζονται οι μεθοδολογίες υπολογισμού των αδρανειακών φορτίων της ίδιας της κατασκευής, των αδρανειακών φορτίων των φ/β πλαισίων, των φορτίων χιονιού και των φορτίων ανέμου βάσει του Ευρωκώδικα 1. Έπειτα, παρουσιάζεται η μεθοδολογία υπολογισμού των δυναμικών φορτίων ανέμου που επιδρούν στην κατασκευή και ύστερα προβάλλονται τα αποτελέσματα των υπολογισμών. Τέλος, γίνεται μια αναφορά στις ιδιότητες και στην μηχανική συμπεριφορά των υλικών από τα οποία αποτελείται η κατασκευή του tracker. Στο κεφάλαιο 4 γίνεται μια σύντομη αναφορά στην θεωρία και στους τύπους των πεπερασμένων στοιχείων που χρησιμοποιούνται στην μοντελοποίηση του ιχνηλάτη. Και εν συνεχεία παρουσιάζονται διεξοδικά οι διαδικασίες μοντελοποίησης όλης της κατασκευής αλλά και τμημάτων της με στοιχεία δοκού, στοιχεία κελύφους και στοιχεία όγκου. Το κεφάλαιο 5 παρουσιάζει την διαδικασία υπολογισμού της ζωής σε κόπωση που ακολουθεί η υπορουτίνα του Msc.Fatigue στο πρόγραμμα των πεπερασμένων στοιχείων. Τέλος στο κεφάλαιο 6, παρουσιάζονται οι αναλύσεις που έγιναν ώστε να βρεθούν οι δυσμενέστερες καταστάσεις της κατασκευής αλλά και τα αντίστοιχα αποτελέσματα. / Current study deals with the static analysis of the double-axis solar tracker structure and the fatigue analysis of it, using finite elements techniques. The design of structure is done in the Catia V5 design software, the static loads are calculated according to Eurocode 1 Standard , the dynamic wind loads are calculated according to Kaimal Spectrum which is used to model dynamic loads in Sign structures while the analyses are carried out in the Msc. Patran-Nastran Finite Element Analysis program. The study consists of seven (7) parts and the last one refers to conclusions. In the first section, the types of PV panel support and the basic parameters of solar energy and of solar track are mentioned. Finally, the two basic solar angles such as azimuth and zenith are calculated during a year period with the purpose of determination of tracker motion. In section two, the way the sun tracker has been designed in Catia V5 is analyzed. Specifically, the main parts of steel structure and the parts that were assembled so that the order be created are presented. Finally, the connections of two main subparts of structure, which allow the movement of structure, and the degrees of freedom, which are constrained by each one, are presented. In section 3, firstly, the calculation methodology of inertial loads of the structure and of the PV panels and the calculation methodology of snow and wind loads are presented in according to Eurocode 1 Standard. Then, the calculation method of dynamic wind loads, which affect the construction, and the results of calculations are presented. In the end of this section, a report of material properties and behavior, which are used in the tracker structure, is presented. In addition, in section 4, the theory and the types of finite elements, which are used in the structure modeling, are presented. Subsequently, the procedures of structure modeling with beam, shell and 3-d finite elements are analytically presented. In section 5, the background of total-life calculation that is used by the subroutine of Msc.Fatigue in Finite Element Analysis program Msc. Patran-Nastran is reviewed. In section 6, the static and fatigue analyses, which are carried out in order to find the unfavorable load situations of structure and analyses results, are presented.