Στα οπτικά τηλεπικοινωνιακά συστήματα μεγάλων αποστάσεων το κύριο μέλημα είναι η καταπολέμηση των φαινομένων διάδοσης στις οπτικές ίνες. Από το 2004 και μετά το ενδιαφέρον της ερευνητικής κοινότητας έχει στραφεί προς τα οπτικά τηλεπικοινωνιακά συστήματα με δέκτες σύμφωνης φώρασης, καθώς οι τελευταίοι επιτρέπουν την αντιμετώπιση των φαινομένων διάδοσης με ηλεκτρονικά μέσα. Οι σύμφωνοι δέκτες έχουν κατά πολύ αυξημένη πολυπλοκότητα και κόστος σε σχέση με τους δέκτες άμεσης φώρασης, κάνοντας χρήση επιπλέον διατάξεων όπως laser τοπικού ταλαντωτή και προσαρμοσμένες φωτοδιόδους. Όμως, οι δέκτες σύμφωνης φώρασης διατηρούν όλη την πληροφορία (πλάτος και φάση) κατά τη μετατροπή του σήματος από οπτικό σε ηλεκτρονικό, σε αντίθεση με τους δέκτες άμεσης φώρασης που διατηρούν μόνο την πληροφορία που μεταφέρεται από τη στιγμιαία ισχύ του σήματος. Το μεγάλο αυτό πλεονέκτημα των σύμφωνων δεκτών δίνει τη δυνατότητα της αντιμετώπισης των φαινομένων διάδοσης, όπως ο θόρυβος φάσης που θα αναλυθεί σε αυτήν την εργασία, με χρήση συστημάτων ψηφιακής επεξεργασίας σήματος. Ο θόρυβος φάσης είναι ένας από τους σημαντικότερους περιοριστικούς παράγοντες της απόδοσης ενός σύμφωνου οπτικού τηλεπικοινωνιακού συστήματος. Η εκτίμηση και η απαλοιφή του αποτελεί πάντα αναγκαίο και θεμελιώδες βήμα της σωστής ανάκτησης των δεδομένων στο δέκτη, αλλά και σημαντικότατο παράγοντα της επιτυχούς σχεδίασης ενός οπτικού τηλεπικοινωνιακού συστήματος. Παραδοσιακά, για τον προσδιορισμό του θορύβου φάσης, χρησιμοποιείται ένα κύκλωμα PLL (Phase Locked Loop). Το κύκλωμα αυτό όμως παρουσιάζει αυξημένη πολυπλοκότητα, όσον αφορά την υλοποίησή του σε hardware. Έτσι, το επιστημονικό ενδιαφέρον έχει στραφεί πια στη χρήση προσαρμοστικών αλγορίθμων προσδιορισμού θορύβου φάσης. Για την εκτίμηση του θορύβου φάσης χρησιμοποιούνται κυρίως τυφλοί προσαρμοστικοί εξισωτές πρόσθιας τροφοδότησης, αλλά έχουν προταθεί στη βιβλιογραφία και εξισωτές με ανατροφοδότηση απόφασης. Στην πράξη όμως, μόνο οι εξισωτές πρόσθιας τροφοδότησης είναι υλοποιήσιμοι σε hardware αφού η ανάδραση στα οπτικά δίκτυα εισάγει σημαντική καθυστέρηση. Στην παρούσα εργασία μελετάμε με προσομοίωση την απόδοση πέντε διαφορετικών προσαρμοστικών αλγορίθμων εκτίμησης του θορύβου φάσης σε σύμφωνα συστήματα δεκαεξαδικής ορθογωνικής διαμόρφωσης πλάτους 16-QAM (Quadrature Amplitude Modulation). Πρόκειται για τον αλγόριθμο του Pfau, τον αλγόριθμο του Fatadin, τον αλγόριθμο ελαχίστων μέσων τετραγώνων (LMS, Least Mean Square), τον κανονικοποιημένο αλγόριθμο ελαχίστων μέσων τετραγώνων (NLMS, Normalized LMS) και τον αλγόριθμο ελαχίστων μέσων τετραγώνων με περιορισμούς (Constrained LMS). / The subject of this Diploma Thesis is the phase noise estimation in long-haul terrestrial coherent optical communications systems, using 16-QAM modulation (Quadrature Amplitude Modulation). Five adaptive equalization algorithms are studied by simulation. The phase noise is a limiting factor of coherent optical communications systems efficiency. The phase noise etsimation is necessary for the right data recovery at the receiver and for the successful design of a coherent optical communications system. Traditionally, a PLL (Phase Locked Loop) circuit is used for the phase noise estimation. However, the implementation of PLL in hardware show increased complexity. Thus, scientific interest is focused to the adaptive algorithms for the phase noise estimation. Blind adaptive feed forward equalizers are used for the phase noise estimation, while decision feedback equalizers have been also proposed in the literature. In practice, however, only the feed forward equalizers are achievable in hardware since the feedback introduces significant delay in optical networks. In this Diploma Thesis we study, by simulation, the performance of five different adaptive phase noise estimation algorithms in 16-QAM (Quadrature Amplitude Modulation) coherent systems. These algorithms are: the Pfau algorithm , Fatadin algorithm, the Least Mean Square Algorithm (LMS Algorithm), the Normalized LMS (NLMS) and the Constrained LMS.

Το αντικείμενο που πραγματεύεται είναι η χρήση τεχνικών και τεχνολογιών υπηρεσιοστραφούς αρχιτεκτονικής και σημασιολογικού ιστού περιλαμβάνοντας κανόνες σημασιολογίας και κατανεμημένου λογισμικού για την κάθετη ολοκλήρωση και ανάπτυξη προσβάσιμων επιχειρησιακών συστημάτων. Επομένως, η παρούσα διατριβή εστιάζει αφενός με την ολοκλήρωση ετερογενών συστημάτων μέσω της χρήσης μεθόδων και τεχνικών σημασιολογικής ολοκλήρωσης και υπηρεσιοστραφούς αρχιτεκτονικής και αφετέρου με την εισαγωγή μιας πρωτότυπης μεθοδολογίας για την ολοκλήρωση προτύπων και τεχνικών προσβασιμότητας προκειμένου να παραχθούν προσβάσιμα διαδικτυακά συστήματα για άτομα με κάθε μορφής αναπηρία. Μέρος της διατριβής αυτή έγινε στα πλαίσια του FP7 Ερευνητικού Προγράμματος με τίτλο ‘Accessibility Assessment Simulation Environment for New Applications Design and Development (ACCESSIBLE) καθώς και στα πλαίσια σχετικών συμβάσεων με την Νομαρχιακή Αυτοδιοίκηση Αχαΐας. / This Phd Thesis presents the usage of Service Oriented Technologies and techniques for the development of an hybrid top-down integrated framework that can be utilized for the integration of heterogeneous systems and the introduction of accessibility features. Taking into account the requirements of the successful deployment of semantic Web technologies regarding off-the-shelf and easy to use semantic SWRL and SPARQL rules and querry tools, the proposed muti-dimensional Framework should be capable of meeting the demands of different users. With the presented Framework, which allows for the selection of suitable matching approaches between well known tools and methodologies, we intend to contribute to the tackling of real world challenges and scenarios, with the aim of ensuring seamless interoperability and integration of different systems. Furthermore, the presented framework facilitates, for the first time, the development of an innovative methodology for the integration of international standards and appropriate techniques, in order to create accessible Web applications and systems. This thesis was partially supported by the European FP7 Research project ACCESSIBLE - Accessibility Assessment Simulation Environment for New Applications Design and Development as well as different contracts with prefecture of Achaia.

Το ενεργειακό ζήτημα είναι ίσως ένα από τα σημαντικότερα προβλήματα του 21ου αιώνα. Η έως τώρα παραγωγή ενέργειας γινόταν αποκλειστικά από την εκμετάλλευση των ορυκτών πόρων της φύσης (γαιάνθαρακες, πετρέλαιο). Είχαμε στραφεί σε αυτό το μοντέλο παραγωγής ενέργειας λόγω του χαμηλού κόστους παραγωγής. Οι ορυκτές καύσιμες ύλες χρειάζονται εκατοντάδες χρόνια να δημιουργηθούν, καθιστώντας της ουσιαστικά μη ανανεώσιμες αφού ο ρυθμός κατανάλωσης τους είναι πολύ μεγάλος. Με την πάροδο του χρόνου όμως παρατηρείται η συνεχής αύξηση της ζήτησης ενέργειας, γεγονός που σε συνάρτηση με την μείωση των αποθεμάτων ορυκτών πόρων μας στρέγει στην παραγωγή ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Έτσι τα τελευταία χρόνια έχουμε την ανάπτυξη νέων τεχνολογιών για την εκμετάλλευση των Α.Π.Ε. και την εξέλιξη πολλών παλιών με στόχο την μείωση του κόστους παραγωγής και την αύξηση της αποδοτικότητας τους. Οι Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας είναι πηγές τα αποθέματα των οποίων ανανεώνονται φυσικά , και οι οποίες θεωρούνται πρακτικά ανεξάντλητες αδυναμία επίσης ύπαρξης δικτύου σε απομονωμένες και μικρού πληθυσμού περιοχές , σε συνδυασμό με την οικονομικά ασύμφορη λύση της κατασκευής ηλεκτρικού δικτύου μεταφοράς ,δίνει το έρεισμα στην σχεδίαση και υλοποίηση ηλεκτρικά αυτόνομων κατοικιών ή και ολόκληρων οικισμών ( δηλαδή μη συνδεδεμένων με το δίκτυο) μέσω της εκμετάλλευσης διαφόρων μορφών ΑΠΕ. Λόγω της στοχαστικής τους φύσης οι ΑΠΕ αδυνατούν να καλύψουν από μόνες τους περισσότερους τύπους του ηλεκτρικού φορτίου. Ζητήματα όπως η μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας και η αποθήκευση της , ανακύπτουν λόγω της έλλειψης διαθεσιμότητας των ΑΠΕ σε εικοσιτετράωρη βάση. Αυτοί οι παράγοντες έχουν οδηγήσει στην ανάπτυξη των υβριδικών συστημάτων παραγωγής ενέργειας. Τα υβριδικά συστήματα που συνδυάζουν δύο ή περισσότερες μορφές ενέργειας έχουν αποδειχθεί σαν αποτελεσματικό μέσο για τη τροφοδότηση ηλεκτρικά αυτόνομων κατοικιών Στην παρούσα διπλωματική εργασία θα μελετηθεί η ανάπτυξη αυτόνομών υβριδικών συστημάτων παραγωγής ενέργειας για την τροφοδότηση μιας απομακρυσμένης νησιωτικής περιοχής , με σκοπό την ανεύρεση του πιο συμφέροντος συνδυασμού πηγών ενέργειας με κριτήρια το κόστος την παραγωγή ενέργειας και την μόλυνση του περιβάλλοντος. Η μελέτη έγινε για τέσσερις διαφορετικούς συνδυασμούς υβριδικών συστημάτων που στηρίζονται στη χρήση Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (ηλιακή, αιολική και υδρογόνου) σε συνδυασμό με κινητήρα πετρελαίου. Οι συνδυασμοί είναι οι εξής: Photovoltaic - Diesel system Wind Turbine - Diesel system Wind Turbine - Photovoltaic system Photovoltaic - Fuel Cell system Στο Κεφάλαιο 1 γίνεται μια εισαγωγή στις Α.Π.Ε και αναφέρονται κάποια γενικά στοιχεία που περιγράφουν τη κατάσταση στη χώρα μας. Ακόμη γίνεται μια εισαγωγή στα υβριδικά συστήματα παραγωγής ενέργειας. Αναλύονται οι λόγοι χρήσης του υβριδικού συστήματος γενικά καθώς και η υπάρχουσα κατάσταση στην Ελλάδα. Στα Κεφάλαια 2,3,4,5 περιγράφονται οι τεχνολογίες που εκμεταλλεύονται Α.Π.Ε. Οι τεχνολογίες αυτές είναι τα φωτοβολταικά, ανεμογεννήτριες, Fuel Cell και συσσωρευτές αποθήκευσης. Περιγράφεται ο τρόπος λειτουργίας τους και παραθέτονται χαρακτηριστικά τους στοιχεία. Στην συνέχεια στο Κεφάλαιο 6 γίνεται εκτεταμένη περιγραφή του προγράμματος HOMER το οποίο εκτελεί τις προσομοιώσεις των υβριδικών συστημάτων παρουσιάζοντας τον βέλτιστο συνδυασμό τους τεχνοοικονομικά. Αναφέρονται λεπτομερώς οι τρεις λειτουργίες που πραγματοποιεί (εξομοίωση, βελτιστοποίηση, ανάλυση ευαισθησίας) όπως επίσης και τα οικονομικά και τα ηλεκτρικά μεγέθη που αποτυπώνονται στα αποτελέσματα του προγράμματος με απώτερο σκοπό την βαθύτερη κατανόηση τους . Στο τελικό στάδιο της Διπλωματικής εργασίας και συγκεκριμένα στο Κεφάλαιο 7 αφού γίνεται μια αρχική αναφορά στον τόπο όπου πραγματοποιείται η μελέτη καθώς και στην ενεργειακή κατανάλωση των κατοίκων της περιοχής , έπειτα καταγράφονται τα τεχνολογικά στοιχεία των εξαρτημάτων που χρησιμοποιήθηκαν καθώς και οι μεταβλητές που εισάχθηκαν στο HOMER. Ακολουθεί η εκτεταμένη περιγραφή του κάθε υβριδικού συστήματος με σχηματικές απεικονίσεις και ερμηνεία των καμπυλών που προκύπτουν από τη προσομοίωση. Τέλος στο Κεφάλαιο 8 πραγματοποιείται σύγκριση των αποτελεσμάτων που προέκυψαν με στόχο την ανεύρεση του βέλτιστου συνδιασμού με βασικά κριτήρια το συνολικό κόστος της επένδυσης, το πλεόνασμα ηλεκτρικής ενέργειας, την ετήσια παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας σε KWh και τις ποσότητες ρυπογόνων ουσιών που εκπέμπονται στο περιβάλλον. Το συμπέρασμα που προκύπτει είναι το μέλλον θα ανήκει στην τεχνολογία του Υδρογόνου, αφου ξεπεραστούν βέβαια κάποια εμπόδια οικονομικής κυρίως φύσεως. / The aim of the project is to examine how a hybrid system with renewable energy sources can meet the electric load demands of an island community. The system is not connected to grid. The area of study is Menites which is located in Andros island. The community is inhabited continuously all the year but in the summer we have excessive load demands because of the touristic activity. The hybrid systems we simulate, have all the synergy of stocking battaries, are the following: Photovoltaic - Diesel system Wind Turbine - Diesel system Wind Turbine - Photovoltaic system Photovoltaic - Fuel Cell system In Chapter 1 the renewable energy systems are introduced and reported some general elements with regard to the situation in our country. the energy production hybrid systems are also introduced here. In general, the reasons of hybrid systems use are analyzed as well as the present situation in Greece. In Chapter 2 the renewable energy systems that use the solar power are introduced. The phenomenon which enables them to produce electric energy from the sun is explained. We also quote the important components of them, their technology and their features. In Chapter 3 we examine the renewable energy systems that use the wind power. The wind turbines are introduced, their technology and their features. In Chapter 4 we examine the Fuel Cell technology. The way the fuel cell technology works, its components, electrolyzers, and the technology of producing and storaging hydrogen is introduced. In Chapter 5 we introduce the batteries we use to renewable energy systems and their technology. Then, in Chapter 6, the Micro power Optimization Model HOMER is described extensively. This computer model presents the optimum configuration by taking for granted the Total Net Present Cost (NPC) of each system. Homer also materializes three basic operations (simulation, optimization and sensitivity analysis) which are obvious in this project. In the final stage of this project and more specifically in Chapter 7 is given the location of the study as well as the load which is going to be covered by the hybrid system. Afterwards, a description of technological elements takes place and the variables that are used by HOMER are reported too. Extensive description of each hybrid system with schematic depictions and interpretation of curves that results from the simulation follows. Finally in Chapter 8 all the results are compared together, aiming to find the optimum configuration with basic criteria the total cost of investment, the surplus of electric energy, the annual production of electric energy in KWh and the quantities of pollutant substances that are emitted in the environment. The conclusion that derives is that the future belongs to the technology of Hydrogen.

Τα τελευταία χρόνια οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας είναι ένας τομέας που παρουσιάζει αλματώδη ανάπτυξη. Οι συνεχώς αυξανόμενες απαιτήσεις σε ενέργεια, αλλά και σε θέματα προστασίας του περιβάλλοντος, έχουν οδηγήσει στην ανάπτυξη αυτή. Στην εργασία αυτή γίνεται μελέτη των τεχνολογιών που χρησιμοποιούνται στους μετατροπείς ισχύος, για σύνδεση ανανεώσιμων συστημάτων παραγωγής ενέργειας στο δίκτυο. Αρχικά, θα παρουσιαστούν τοπολογίες μετατροπέων ισχύος για σύνδεση με το δίκτυο φωτοβολταικών (ΦΒ) συστημάτων παραγωγής ενέργειας. Ο μετατροπέας ισχύος, που λειτουργεί ως αντιστροφέας στην περίπτωση σύνδεσης με το δίκτυο ΦΒ συστημάτων, είναι το κυριότερο στοιχείο του συστήματος γιατί μετατρέπει την DC ισχύ που παράγεται από το ΦΒ σύστημα σε AC ισχύ, που παρέχεται στο δίκτυο. Για τη σύνδεση διανεμημένων συστημάτων παραγωγής ενέργειας με το δίκτυο πρέπει να πληρούνται ορισμένες προϋποθέσεις, έτσι ώστε να διασφαλισθεί ασφαλής και συνεχής ροή ισχύος στο δίκτυο. Οι προϋποθέσεις που απαιτούνται παρουσιάζονται στο δεύτερο κεφάλαιο. Το ηλεκτρικό δίκτυο είναι ένα δυναμικό σύστημα, του οποίου η συμπεριφορά εξαρτάται από πολλούς παράγοντες. Συνεπώς, οι συδεδεμένοι στο δίκτυο μετατροπείς ισχύος θα πρέπει να είναι σχεδιασμένοι έτσι ώστε να εγγυώνται σταθερή λειτουργία υπό κανονικές συνθήκες τάσης. Ακόμα, πολύ σημαντικός είναι και ο σχεδιασμός αλγόριθμων ελέγχου οι οποίοι εγγυώνται ασφαλή και σθεναρή λειτουργία κατά τη διάρκεια σφαλμάτων. Η AC ισχύς που παρέχεται στο δίκτυο, υπό κανονικές συνθήκες, πρέπει να είναι συγχρονισμένη με αυτό. Οι μέθοδοι συγχρονισμού του AC ρεύματος του μετατροπέα, που παρέχει την ισχύ στο δίκτυο, παρουσιάζονται στο τρίτο κεφάλαιο. Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζεται το φαινόμενο της νησιδοποίησης. Δίνονται λόγοι για τους οποίους το φαινόμενο αυτό είναι ανεπιθύμητο σε ΦΒ συστήματα συνδεδεμένα στο δίκτυο. Στη συνέχεια παρουσιάζονται τεχνολογίες που ανιχνεύουν το φαινόμενο ώστε να αποσυνδέσουν το σύστημα από το δίκτυο. Τέλος, στο πέμπτο κεφάλαιο, παρουσιάζονται στρατηγικές υλοποίησης ελεγκτών, ώστε υπό μη κανονικές συνθήκες οι μετατροπείς ισχύος να παρέχουν την απαιτούμενη στήριξη στο δίκτυο. / In the last few years, renewable energy sources have experienced swift growth, due to the evergrowing needs for energy and environmental concerns. In the present, the technologies used in grid connected power converters for renewable energy sources are studied. In the first chapter, widely used topologies for grid connected power converters, mainly used in photovoltaic (PV) systems, are presented. The power converter, which in this case functions as an inverter, is the key element in grid connected PV systems. This is beacause it is used to convert the DC power generated by PV panels into grid-synchronized AC power. Grid connected PV systems have to comply with requirements, so that safe and seamless tranfer of electrical energy is ensured. These requiremnts are presented in the second chapter. The electrical grid is a dynamical system, whose behaviour depends upon many factors. As a consequence, grid connected power converters should be designed in such way, so that proper operation under generic grid voltage conditions is guaranteed. Furthermore, control algorithms which can guarantee a robust and safe performane under abnorman grid conditions is a key factor in the design of grid connected power converters. The AC power delivered to the grid from a renewable energy source, under generic grid conditions, should be synchronised with a grid parameter. Grid synchronization methods for the regulation of the AC currents or voltages supplied to the grid by the power converter (in PV systems) are presented in the third chapter. In the fourth chapter, the condition of islanding is presented. The reasons why the islanding condition is unwanted in PV systems are mentioned and anti-islanding methods are discussed. Finally, in the fifth chapter, implementation methods of controllers that can guarantee the support to the grid by the power converter, under unbalanced grid conditions, are presented.

Στην παρούσα διπλωματική εργασία θα ασχοληθούμε με τη μελέτη ενός υβριδικού φωτοβολταϊκού συστήματος για την τροφοδότηση κατοικίας 150 τ.μ. Το φωτοβολταϊκό αυτό σύστημα διαθέτει επίσης συσσωρευτές για την αποθήκευση ηλεκτρικής ενέργειας καθώς και εφεδρική πηγή ενέργειας. Την εφεδρική πηγή ενέργειας θα αποτελέσει μια ντιζελογεννήτρια, η οποία και θα αναλάβει να καλύπτει πιθανές αιχμές φορτίου όταν αυτές εμφανίζονται στο σύστημα αλλά και να φορτίζει τους συσσωρευτές. Πιο συγκεκριμένα: Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μια αναφορά σε όλες τις πηγές ενέργειας, συμβατικές και ανανεώσιμες, προκειμένου να καταλήξουμε στην ηλιακή ενέργεια την οποία και εκμεταλλεύονται τα φ/β συστήματα. Πλεονεκτήματα, μειονεκτήματα, κατηγορίες και εφαρμογές φ/β συστημάτων περιλαμβάνονται στο κεφάλαιο αυτό. Στο κεφάλαιο 2 γίνεται λόγος για την ηλιακή ακτινοβολία, τη διακύμανσή της αλλά και για τους ηλιακούς συλλέκτες. Ο προσανατολισμός και η βέλτιστη κλίση των ηλιακών συλλεκτών θα μας απασχολήσει στο κεφάλαιο αυτό. Στη συνέχεια στο κεφάλαιο 3 περιλαμβάνεται η θεωρία για το φ/β φαινόμενο και τα φ/β στοιχεία. Υλικά και τεχνολογίες φ/β στοιχείων αλλά και τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά τόσο των στοιχείων όσο και των πλαισίων αναφέρονται εδώ. Το τέταρτο κεφάλαιο πραγματεύεται τους συσσωρευτές που χρησιμοποιούνται για την αποθήκευση ηλεκτρικής ενέργειας. Αναλυτικά εδώ θα δούμε τη δομή, την αρχή λειτουργίας, τις κατηγορίες, τους τύπους και όλα τα χαρακτηριστικά μεγέθη που περιγράφουν ένα συσσωρευτή. Ακολουθεί το κεφάλαιο 5 με τα ηλεκτρονικά των φ/β συστημάτων δηλαδή τον ανιχνευτή μέγιστου σημείου ισχύος, το μετατροπέα DC-AC και τον ελεγκτή φόρτισης. Το θεωρητικό κομμάτι της εργασίας τελειώνει με το κεφάλαιο 6 στο οποίο γίνεται μια σύντομη αναφορά στη ντιζελογεννήτρια και τη λειτουργία αυτής κατά την ενσωμάτωση της στο φ/β σύστημα που μελετάμε. Η μελέτη του υβριδικού φ/β συστήματος με Η/Ζ δηλαδή με ντιζελογεννήτρια για την τροφοδότηση κατοικίας 150 τ.μ. γίνεται στο κεφάλαιο 7. Η μελέτη χωρίζεται σε τρία κύρια κομμάτια, στον υπολογισμό της ενεργειακής κατανάλωσης της κατοικίας, στον υπολογισμό του συστήματος που θα χρησιμοποιηθεί και στον τρόπο με τον οποίο θα καταμερισθεί η ισχύς ζήτησης. Τέλος ακολουθεί ο επίλογος με τα συμπεράσματα που προκύπτουν από τη μελέτη μας. / The aim of this project is the study of a stand alone photovoltaic system which is used in order to supply a 150 square meters house. This photovoltaic system includes also batteries which store electrical energy and an additional energy source. As an additional energy source will be used a diesel generator which will both covers possible peaks of storage and loads batteries. To be more specific: In chapter 1 are reported all sources of energy both conventional and renewable in order to result in solar energy which is be exploited by the PV systems. Advantages, disadvantages, categories and applications of PV systems are included in this chapter. In chapter 2 solar radiation, distribution of solar radiation, solar cells, their optional inclination and orientation are presented. Chapter 3 that follows includes theory about PV phenomenon and PV cells. Material and technologies of PV cells in additional to electrical characteristics of cells and modules are also referred here. Chapter 4 is referred to batteries which are used to store electrical energy. Structure, function, categories, types and all characteristics that describe batteries are also presented. Chapter 5 follows with the electronics of PV systems, shunt controllers, series controllers, MPP charge controller and inverter DC- AC. Theory ends with chapter 6 in which there is a reference to diesel generator and its function in PV systems. The study of a hybrid PV diesel system in order to supply a 150 square meters house is presented in chapter 7. This study is separated to 3 parts, estimation of energy consumption, estimation of the system that will be finally used and the way that the demand of electrical energy will be apportioned. The project ends with all the conclusions that are resulted from this study.

Σκοπός της συγκεκριμένης διπλωματικής εργασίας είναι να εξεταστεί η ποιότητα ισχύος ενός μονοφασικού φωτοβολταϊκού συστήματος συνδεδεμένου στο δίκτυο. Αρχικά αναλύονται οι βασικές μονάδες από τις οποίες αποτελείται το φωτοβολταϊκό σύστημα και στη συνέχεια ακολουθεί ο σχεδιασμός και η εξομοίωσή του χρησιμοποιώντας το λογισμικό MATLAB/Simulink. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μια εισαγωγή σχετικά με τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, την ανάγκη χρησιμοποίησης τους και τα πλεονεκτήματα που παρουσιάζουν τα φωτοβολταϊκά συστήματα, σε σχέση με τις υπόλοιπες πηγές που υπάρχουν διαθέσιμες σήμερα. Στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζεται η ηλιακή ακτινοβολία. Δίνονται στοιχεία για τον ήλιο και το ηλιακό δυναμικό της χώρας μας, ενώ στη συνέχεια εξηγούνται κάποια χαρακτηριστικά μεγέθη της ηλιακής ακτινοβολίας. Στο τρίτο κεφάλαιο αναλύεται η φωτοβολταϊκή γεννήτρια. Παρουσιάζεται αρχικά το φωτοβολταϊκό φαινόμενο, ενώ στη συνέχεια γίνεται μια αναλυτική περιγραφή των ηλιακών κυττάρων, καθώς και της ομαδοποίησης αυτών που οδηγεί στη δημιουργία των φωτοβολταϊκών πλαισίων και κατ’ επέκταση της φωτοβολταϊκής συστοιχίας. Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζονται οι αντιστροφείς, οι οποίοι συνδέουν τη φωτοβολταϊκή γεννήτρια με το δίκτυο. Αναλύεται ο τρόπος λειτουργίας τους και τα λειτουργικά χαρακτηριστικά τους, δίνοντας ιδιαίτερη βαρύτητα στην ημιτονοειδή διαμόρφωση πλάτους παλμών που χρησιμοποιήθηκε στα πλαίσια αυτής της διπλωματικής. Στο πέμπτο κεφάλαιο γίνεται η μελέτη και ο σχεδιασμός του φωτοβολταϊκού συστήματος. Καθορίζονται τα μεγέθη και τα χαρακτηριστικά των κυριότερων στοιχείων από τα οποία αποτελείται, ενώ γίνεται αναφορά και στις απαιτήσεις, όσον αφορά την ποιότητα ισχύος, για την σύνδεση με το δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας. Στο έκτο κεφάλαιο παρουσιάζεται όλη η διαδικασία εξομοίωσης του φωτοβολταϊκού συστήματος, χρησιμοποιώντας το λογισμικό MATLAB/Simulink. Αφού γίνει μία εισαγωγή στο λογισμικό, αναλύεται ο τρόπος δημιουργίας κάθε μέρους από το οποίο αποτελείται το φωτοβολταϊκό σύστημα, δημιουργώντας με αυτόν τον τρόπο το τελικό ολοκληρωμένο μοντέλο εξομοίωσης. Στο έβδομο κεφάλαιο γίνεται η εξομοίωση και παρουσιάζονται τα αποτελέσματά της. Σε κάθε στάδιο της εξομοίωσης γίνεται μεταβολή κάποιων σημαντικών παραμέτρων του συστήματος, όπως η προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία, ο DC πυκνωτής, το φίλτρο εξόδου, το φορτίο και το μήκος της γραμμή διανομής, ενώ παρουσιάζονται και τα αποτελέσματα των μεταβολών αυτών, όσον αφορά την ποιότητα ισχύος. Στο όγδοο κεφάλαιο παρουσιάζονται κάποια συμπεράσματα και παρατηρήσεις, με βάση τα αποτελέσματα της εξομοίωσης. / The purpose of this thesis is to examine the power quality of single-phase grid-connected photovoltaic system. At first, the basic units of which it is consisted are analysed and then, the whole photovoltaic system is designed and simulated using the software MATLAB/Simulink. The first chapter contains an introduction to renewable energy sources, the reason why they are necessary and the advantages of the photovoltaic systems, in comparison to the other renewable energy sources that are available nowadays. The second chapter deals with solar energy. It is referred to the sun and the high solar potential of Greece, while some typical parameters of solar radiation are explained. The third chapter contains an analysis of a photovoltaic generator. The photovoltaic effect is described, while there is also a detailed description of solar cells and how they are grouped in order to form the photovoltaic panel. The fourth chapter focuses on the inverters, which connect the photovoltaic generator to the grid. It includes an analysis of the way they work and their functional parameters, giving more importance to the sine-wave pulse width modulation (PWM), which was mainly implemented on this thesis. The fifth chapter constitutes the study and design of the photovoltaic system. The values and the parameters of the main parts of which it consists are determined. In addition, the necessary requirements of power quality that should be met, in order to establish a grid connection, are mentioned. The sixth chapter describes the simulation procedure of the photovoltaic system, using the software MATLAB/Simulink. It contains an introduction to the software and an analytical description of the way each part of the photovoltaic system was created, in order to form the complete simulation model. The seventh chapter contains the simulation and its results. The simulation includes various stages, on which critical parameters of the photovoltaic system, such as the solar radiation, the DC capacitor, the output filter, the load and the length of distribution line are changed, in order to see how these changes affect the power quality. The eighth chapter includes some comments and conclusions, regarding the results of the simulation.

Σχεδίαση και ανάπτυξη ολοκληρωμένου συστήματος Τηλεχειρισμού και Τηλεελέγχου. Η σχεδίαση του συστήματος βασίζεται στον ισχυρό μικροεπεξεργαστή ATMega644PA της Atmel και όλος ο προγραμματισμός έγινε σε γλώσσα προγραμματισμού Assembly. Το σύστημα διαθέτει 8 ψηφιακές εξόδους (ON/OFF) και 8 ψηφιακές εισόδους (0-12 Volts). Το μικροϋπολογιστικό σύστημα διαθέτει επίσης module κινητής Τηλεφωνίας, μέσω του οποίου λαμβάνονται και αποστέλλονται, προκαθορισμένα μηνύματα, που αφορούν τον χειρισμό και τον έλεγχο των εξόδων και των εισόδων του. Στο σύστημα είναι διασυνδεδεμένο mini “embedded PC” με ειδικά σχεδιασμένο λειτουργικό σύστημα, βασισμένο στο Linux (Διανομή Debian). Στο υποσύστημα αυτό αναπτύχθηκε ιστοσελίδα σε γλώσσα προγραμματισμού ιστοσελίδων PHP. Ο διαπιστευμένος επισκέπτης της ιστοσελίδας αυτής έχει την δυνατότητα να χειριστεί-ελέγξει τις εξόδους-εισόδους του συστήματος. / Design and development of an integrated remote control and remote monitoring system. The system design is based into a powerful microprocessor Atmel's ATMega644PA and all the programming is written in the programming language, Assembly. The system provides 8 digital outputs (ON / OFF) and 8 digital inputs (0-12 Volts). The microcontroller has also a module system for mobile telephony through which, predefined messages are received and sent, related to the handling/ operation and control of its outputs and inputs. The system is interconnected with a mini "embedded PC" with specially designed operating system based on Linux (distribution Debian). A website was developed into this subsystem in the programming language for websites, PHP. The accredited visitor of this website is able to handle and control the inputs and the outputs of the system.

Οι σύγχρονες αυξημένες ενεργειακές απαιτήσεις καθώς και η αυξανόμενη μόλυνση του περιβάλλοντος είναι οι κύριοι λόγοι που κάνουν τα αιολικά συστήματα να χρησιμοποιούνται ολοένα και περισσότερο στη παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Τα αιολικά συστήματα αξιοποιούν την κινητική ενέργεια του ανέμου. Ανάλογα με την τεχνολογία που εφαρμόζουν χωρίζονται σε επιμέρους κατηγορίες. Στη παρούσα εργασία θα μελετήσουμε ένα αιολικό σύστημα μεταβλητών στροφών που χρησιμοποιεί Σύγχρονη Μηχανή Μόνιμου Μαγνήτη (ΣΜΜΜ). Η απήχηση της ΣΜΜΜ στα αιολικά συστήματα διαρκώς αυξάνει. Αυτό οφείλεται κυρίως στην απουσία κιβωτίου ταχυτήτων, δακτυλιοφόρου δρομέα και εξωτερικής διεγέρσεως, που προσφέρουν οι μηχανές αυτές. Πράγμα που σημαίνει αυξημένη αξιοπιστία και απόδοση. Στην εργασία αυτή θα μοντελοποιήσουμε και θα προσομοιώσουμε, σε περιβάλλον Matlab/Simulink, το αιολικό σύστημα που περιγράψαμε παραπάνω. Στο σύστημα αυτό θα εφαρμόσουμε μια στρατηγική ελέγχου που μεγιστοποιεί την παραγόμενη ενέργεια ρυθμίζοντας κατάλληλα τις στροφές της μηχανής. Τέλος, θα παραθέσουμε τα αποτελέσματα μαζί με ένα σύντομο σχολιασμό και θα εξάγουμε ορισμένα συμπεράσματα. / Today’s increased energy needs and the increasing environmental pollution are the main reasons which make wind systems more usable in electric energy production. Wind systems use the kinetic energy of the wind. Depending on the technology they apply, they are divided into certain categories. In the present project we will study a varying speed wind system which uses a Permanent Magnet Synchronous Generator (PMSG). The popularity of the PMSG in wind systems is continuously increasing. This is mainly due to the absence of gear box, wound rotor and external excitation which offer such machines. This means increased reliability and efficiency. In this project we will model and simulate, in Matlab/Simulink environment, the wind system described above. In this system we will apply a control strategy which maximizes the produced energy by regulating appropriately the speed of the machine. Finally, we will demonstrate the results among with a brief comment and we will extract some conclusions.

Η παρούσα διπλωματική ασχολείται με το σχεδιασμό συστημάτων SCADA στο λογισμικό Proficy Cimplicity. Στο 1ο κεφάλαιο περιγράφονται οι βασικές αρχές των Βιομηχανικών Αυτοματισμών, των Βιομηχανικών Δικτύων, των Ιεραρχικών μοντέλων στην παραγωγή και των συστημάτων SCADA. Στο 2ο κεφάλαιο περιγράφονται όλες οι λειτουργικές δυνατότητες που συνθέτουν το λογισμικό παραθέτοντας παράλληλα συγκεκριμένα παραδείγματα. Στο 3ο κεφάλαιο παρουσιάζονται ενδεικτικές εφαρμογές από το βιομηχανικό περιβάλλον. Στο 4ο κεφάλαιο αναλύεται η δυνατότητα ενσωμάτωσης Videostream σε οθόνη σταθμού SCADA. Αυτό γίνεται εστιάζοντας σε τρία μοτίβα χρήσης: Αναπαραγωγή αρχείων Video, λήψη με ενσωματωμένη/συνδεδεμένη στον υπολογιστή κάμερα και τέλος παρουσίαση εφαρμογής ολοκληρωμένων λύσεων παρακολούθησης μίας βιομηχανικής εγκατάστασης. Η εφαρμογή αυτή βασίζεται στον εξοπλισμό IP Surveillance της εταιρίας MOXA. Στο 5ο κεφάλαιο επεξηγείται το πρωτόκολλο OPC και πως αυτό συμμετέχει στην ανταλλαγή δεδομένων στο Cimplicity. Επεξηγείται ο ρόλος του Cimplicity OPC Server αλλά και το πρωτόκολλο OPC Client με στόχο τη διασύνδεση του λογισμικού με διαφορετικού τύπου και κατασκευαστή εξοπλισμό. Ως παράδειγμα του πρωτοκόλλου OPC Client για την επικοινωνία με PLC, χρησιμοποιήθηκε η διάταξη του τεχνητού αναρριχητή, ο οποίος βρίσκεται στο Εργαστήριο Γενικής Ηλεκτροτεχνίας. Τέλος στο 6ο κεφάλαιο, γίνεται αναφορά σε μία μέθοδο μοντελοποίησης βιομηχανικών συστημάτων, τα Γενικευμένα Αυτόματα. Η μέθοδος αυτή αξιοποιείται με στόχο να εξαχθεί με ελάχιστο κόπο, ο κώδικας υλοποίησης της λογικής του αυτοματισμού, είτε για SCADA εφαρμογή, είτε για PLC λειτουργία. Η μέθοδος εφαρμόστηκε σε μία από τις εφαρμογές του 3ου κεφαλαίου. / In this diploma thesis, developing SCADA systems using Proficy Cimplicity Software has been studied. The first chapter describes the basic principles of Industrial Automation, Industrial Networks, the hierarchical processing models and SCADA systems. The second chapter refers to the study of the Cimplicity fuctions and tools using specific examples. The third chapter presents applications from the industrial environment. The fourth chapter examines the posibility of embedding video stream applications in SCADA screens. Tree different scenarios examined: Playing back Video files, playing live video using a camera attached to the computer system and video surveillance solutions for industrial installations. This solutions are based in the IP Surveillance products of MOXA Company. The fifth chapter explaines the OPC protocol and how it is being used for data exchange in Cimplicity. It also explaines the Cimplicity OPC Server and the OPC Client protocol for interconnecting software and devices with different vendors. An example of OPC Client protocol is included, the "artificial climber" which is located in the Systems And Measurements Laboratory. The last chapter, an industrial modelling method is reffered, the Global Automata. It is being used for developing with minor effort, the programming script which describes the automation, either for SCADA apllications, either for PLC functioning. This method was used for one of the third chapter examples.

Στόχος αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι να μελετήσουμε τη λειτουργία και τη συμπεριφορά φωτοβολταϊκών πλαισίων κάτω από πραγματικές συνθήκες και να σχεδιάσουμε ένα φωτοβολταϊκό σύστημα που θα καλύπτει πλήρως τις ενεργειακές ανάγκες μιας κατοικίας. Γι’ αυτόν το σκοπό πραγματοποιήσαμε μετρήσεις στην ταράτσα του κτιρίου Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών στο Πανεπιστήμιο Πατρών, οι οποίες διήρκησαν από τον Οκτώβρη του 2009 μέχρι τον Σεπτέμβρη του 2010. Οι μετρήσεις γίνονταν μια φορά την εβδομάδα κάτω από διάφορες καιρικές συνθήκες και είχαν συχνότητα μία ώρα από την ανατολή μέχρι τη δύση του ηλίου. Συλλέξαμε δεδομένα για πολλές κλίσεις τοποθέτησης (0ο,30ο,38ο,45ο,60ο, 80ο) ώστε να διαπιστώσουμε τη βέλτιστη κλίση για κάθε περίοδο του έτους. Καταγράφουμε την επίδραση των διαφορετικών κλίσεων στην αποδιδόμενη ενέργεια λόγω του ότι τα Φ/Β τοποθετούνται σε κτίρια όπου πολλές φορές ο χώρος δεν επιτρέπει την τοποθέτηση τους στη κλίση βέλτιστης απόδοσης. Ο προσανατολισμός των πλαισίων ήταν νότιος ώστε να πετυχαίνουμε καλύτερη αξιοποίηση της ηλιακής ακτινοβολίας, αφού η Ελλάδα βρίσκεται στο βόρειο ημισφαίριο. Τα πλαίσια που χρησιμοποιήθηκαν ήταν πολυκρυσταλλικού πυριτίου και δισεληνοϊνδιούχου χαλκού (CIS) ονομαστικής ισχύος 80Wp και 75Wp αντίστοιχα. Για την εξαγωγή των πειραματικών δεδομένων χρησιμοποιήσαμε ένα όργανο αποτύπωσης χαρακτηριστικών καμπυλών ρεύματος-τάσης PVPM 2540C ενώ επιπλέον καταγράφαμε την ακτινοβολία, τη θερμοκρασία πλαισίου, καθώς και την αποδιδόμενη ισχύ. Στην επεξεργασία των μετρήσεων εστιάσαμε στην επίδραση ορισμένων εξωτερικών παραμέτρων όπως η θερμοκρασία, η προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία και η σκίαση, στην παραγόμενη ισχύ και μελετήσαμε ηλεκτρικά μεγέθη όπως το ρεύμα βραχυκύκλωσης και η τάση ανοιχτοκύκλωσης. Σχετικά με την επίδραση της προσπίπτουσας ακτινοβολίας τα συμπεράσματά μας για τα δύο πλαίσια είναι κοινά. Όσο μεγαλώνει η ισχύς της ακτινοβολίας αυξάνεται ανάλογα και η παραγόμενη ισχύς τους, μέχρι τα 1000 W/m2 όπου φτάνουν τα ονομαστικά τους μεγέθη. Όσο αφορά στην επίδραση της θερμοκρασίας των πλαισίων στη λειτουργίας τους, το πλαίσιο CIS φαίνεται να υπερτερεί, αφού οι αρνητικές επιπτώσεις των υψηλών θερμοκρασιών στην απόδοσή του είναι μικρότερες από εκείνες του πλαισίου πολυκρυσταλλικού πυριτίου. Επίσης τα περισσότερα ηλεκτρικά μεγέθη του CIS εμφανίζουν μεγαλύτερη σταθερότητα με την άνοδο της θερμοκρασίας. Ακόμα, τα αποτελέσματα που πήραμε σκιάζοντας τα δύο πλαίσια έδειξαν πως η επίδραση της οριζόντιας σκίασης είναι παρόμοια στους δύο τύπους φωτοβολταϊκών σε αντίθεση με την κάθετη σκίαση, όπου το πλαίσιο CIS αποδίδει πολύ καλύτερα. Στη συνέχεια προσδιορίσαμε την βέλτιστη κλίση τοποθέτησης των πλαισίων ανά μήνα αλλά και μία βέλτιστη σταθερή κλίση τοποθέτησης για όλο το χρόνο, η οποία βρέθηκε 30ο. Επιπλέον, υπολογίσαμε την ετήσια παραγόμενη ενέργεια κάθε πλαισίου για σταθερή κλίση 30ο, η οποία αντιστοιχεί σε 1668,45 kWh/kWp∙έτος ή 207,26 kWh/m2∙έτος για το poly-Si και 1743,95 kWh/kWp∙έτος ή 159,5 kWh/m2∙έτος για το CIS. Σε αυτά τα μεγέθη δεν συμπεριλαμβάνονται συντελεστές απωλειών ανομοιογένειας, μεταφοράς, απώλειες στη δίοδο αντεπιστροφής και άλλες μειώσεις της τελικής παραγόμενης ενέργειας που υπάρχουν σε ένα εγκατεστημένο Φ/Β σύστημα. Στο τελευταίο μέρος της εργασίας αναλύσαμε τα μέρη ενός αυτόνομου Φ/Β συστήματος και σχεδιάσαμε ένα τέτοιο σύστημα για την κάλυψη των αναγκών μιας κατοικίας που κατοικείται όλο το χρόνο, με 4 μέρες αυτονομίας. Το ημερήσιο φορτίο το οποίο μπορεί να καλύψει το σύστημά μας ανέρχεται σε 8,3 kWh/ημέρα. Το τελικό κόστος εγκατάστασης υπολογίστηκε 25100 € ή 4550 €/kWp και η οριζόντια έκταση που καταλαμβάνει 63,4 m2. Με τη βοήθεια του προγράμματος PV*Sol επαληθεύσαμε την μελέτη κάνοντας μοντελοποίηση του αυτόνομου Φ/Β συστήματος που σχεδιάσαμε. Η διαστατοποίηση που προτείνει το πρόγραμμα, μας δίνει ένα σύστημα που έχει κοινές ηλεκτρικές διατάξεις και εγκατεστημένη ισχύ με αυτή που είχε υπολογισθεί. Προτείνοντας, τέλος, μια εναλλακτική λύση προσθέσαμε ένα επιπλέον φορτίο περίπου 7,8-9,3 kWh/ημέρα τους μήνες που έχουμε μεγάλο πλεόνασμα ηλιακής ακτινοβολίας με αποτέλεσμα την αύξηση κατά 50% του μέσου συντελεστή απόδοσης του Φ/Β συστήματος. / The aim of this diploma thesis is to study and analyze the operation of solar modules under real conditions and to design a photovoltaic system that will fully meet the needs of a typical suburban house. In order to achieve that, measurements have been realized on the roof of the building of the department of Electrical and Computer Engineering at the University of Patras, throughout a whole year (October 2009 - September 2010). These measurements were carried out once a week under several weather conditions, every hour from sunrise till sunset. It was essential to collect data within a range of tilt angles (0ο, 30ο, 38ο, 45ο, 60ο, 80ο) to define the optimum one for each period of the year as well as to estimate the energy produced for any probable scenario, since we often can’t place the P/V modules at the most efficient tilt angle due to the building’s space limitation. The module orientation was south to achieve the best utilization of solar radiation, as Greece is located in the northern hemisphere. We used solar modules made of polycrystalline silicon (poly-Si) and copper indium selenide (CIS) of peak power 80 Wp and 75 Wp respectively. In order to obtain the necessary data a device (PVPM 2540C) that plots current–voltage characteristics of P/V modules was used, while we noted down the solar radiation, the module temperature and its power output. During the data process we focused on the influence of certain external factors, such as temperature, solar radiation and shading, regarding the power output and other crucial electrical values as short circuit current and open circuit voltage. So we estimated an optimal tilt angle for each month as well as a fixed optimum angle for the whole year. In addition, we calculated the annual energy yield of each module and analyzed their properties comparing our results. In the final part of this thesis, we described the components of a stand-alone photovoltaic system and designed one that meets all the requirements of a normal house, which is occupied all year round, providing 4 days of autonomy. Finally, our previous report was verified by using a P/V simulating software (PV*Sol).