Στην παρούσα διπλωματική εργασία εξετάζεται η δυνατότητα δύο υβριδικών συστημάτων να καλύψουν το ηλεκτρικό φορτίο ενός συγκροτήματος πέντε βιομηχανικών κτηρίων συνδεδεμένων στο εθνικό δίκτυο. / Aim of this project is to examine the possibility of two hybrid energy systems to cover the electric load of a a block of five industrial buildings which are grid connected

Στην εργασία αυτή παρουσιάζονται κάποια στοιχεία για τα ΑΠΕ και τα χαρακτηριστικά τους αλλά δίνεται περισσότερη έμφαση στο ελληνικό σύστημα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας (στους σταθμούς παραγωγής είτε ιδιωτικούς είτε της ΔΕΗ) τόσο από συμβατικές όσο και από ΑΠΕ. Στη συνέχεια, αναφέρονται εκτενέστερα οι πηγές ενέργειας που θα χρησιμοποιηθούν στις εξομοιώσεις, δηλαδή η ηλιακή ενέργεια, η αιολική ενέργεια και η τεχνολογία του υδρογόνου (που περιλαμβάνει κελιά καυσίμου, ηλεκτρόλυση του νερού για την παραγωγή υδρογόνου και την αποθήκευση του τελευταίου). Η μπαταρία ως αποθηκευτική μονάδα αναπτύσσεται συνοπτικά και κατόπιν αναφέρονται τα οικονομικά στοιχεία ενός συστήματος παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Το τελευταίο θεωρητικό κομμάτι είναι αφιερωμένο στο πρόγραμμα εξομοίωσης που χρησιμοποιήθηκε, το Homer, και αναλύονται λεπτομερώς τα δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν καθώς και οι τεχνικές λειτουργίας του. Στο τελευταίο κομμάτι της διπλωματικής εργασίας πραγματοποιούνται οι εξομοιώσεις στο Homer για ένα υβριδικό αυτόνομο σύστημα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και παρατίθονται τα αποτελέσματα αυτών με τη βοήθεια των διαγραμμάτων που παρέχει το συγκεκριμένο πρόγραμμα. Αρχικά, παρατίθονται τα δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν, δηλαδή η περιοχή για την οποία έγιναν οι εξομοιώσεις με τα αιολικά και τα ηλιακά δεδομένα, τα στοιχεία που χρησιμοποιήθηκαν στις εξομοιώσεις, τα είδη των ανεμογεννητριών,των φωτοβολταϊκών πλαισίων, των κελιών καυσίμου, των ηλεκτρολυτών, των μονάδων αποθήκευσης υδρογόνου, των μπαταριών, των αντιστροφέων και των γεννητριών, καθώς και τα οικονομικά στοιχεία που θέσαμε ως δεδομένα για την πραγματοποίηση των εξομοιώσεων. Οι εξομοιώσεις που πραγματοποιήθηκαν ήταν ο συνδυασμός ανά δύο όλων των παραπάνω πηγών ενέργειας και μια με όλες μαζί (δηλαδή 6 εξομοιώσεις), με σκοπό την ανεύρεση του πιο οικονομικού συνδυασμού ενός υβριδικού αυτόνομου συστήματος παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας για μια περιοχή κοντά στο Ηράκλειο Κρήτης που εξετάζουμε. Οι εξομοιώσεις πραγματοποιήθηκαν τόσο με την χρήση μπαταριών όσο και χωρίς την χρήση αυτών για να διαπιστωθεί κατά πόσο οι μπαταρίες επηρεάζουν ένα αυτόνομο σύστημα. Από τα αποτελέσματα των εξομοιώσεων δεν συμπεραίνεται με ακρίβεια ποια είναι η πιο συμφέρουσα καθώς αυτό εξαρτάται από τα κριτήρια που θέτει ο κάθε επενδυτής. Αυτά είναι: • Με βάση τη χρήση ή μη των μπαταριών • Με βάση τη συνολική παραγόμενη ενέργεια • Με βάση τo συνολικό κόστος της επένδυσης • Με βάση το πλεόνασμα παραγόμενης ενέργειας • Με βάση ποια συστήματα παραγωγής ενέργειας είναι υπεύθυνα για την μόλυνση του περιβάλλοντος • Με βάση την κλίση των φ/β πλαισίων, σύμφωνα με τα αποτελέσματα της ανάλυσης ευαισθησίας Οι κυριότεροι παράγοντες για την επιλογή ενός συστήματος παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας είναι ο οικονομικός και η εκπομπή ρύπων. Απ' τις εξομοιώσεις συμπεραίνεται ότι η πιο οικονομική επιλογή υβριδικού συστήματος παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας είναι ο συνδυασμός των πηγών γεννήτριας πετρελαίου – φωτοβολταικής συστοιχίας και ο συνδυασμός των πηγών φωτοβολταικής συστοιχίας-ανεμογεννήτριας είναι η πιο φιλική επιλογή προς το περιβάλλον μιας και δεν παράγει καθόλου ρύπους. Ανάμεσα στις δύο παραπάνω επιλογές, η πιο συμφέρουσα είναι η δεύτερη μιας και ως προς οικονομικής άποψης δεν είναι ακριβή (είναι η τρίτη πιο φθηνή), ενώ ο συνδυασμός γεννήτριας πετρελαίου – φωτοβολταικής συστοιχίας παράγει αρκετά υψηλό ποσοστό ρυπών (είναι η δεύτερη). Στο τέλος, πραγματοποιήθηκαν άλλες 3 εξομοιώσεις με το συνδυασμό της τεχνολογίας του υδρογόνου με τις υπόλοιπες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, μια κάθε φορά και όλες μαζί στο τέλος, με τις πιθανές μελλοντικές τιμές των στοιχείων της πρώτης (προβλέψεις για το 2020). Σύμφωνα λοιπόν με τα αποτελέσματα των εξομοιώσεων χρησιμοποιώντας τις μελλοντικές τιμές για την τεχνολογία του υδρογόνου, το μέλλον ανήκει σ αυτή την τεχνολογία και ο συνδυασμός της τόσο με την αιολική όσο και με την ηλιακή είναι μια οικονομική και συνάμα αποδοτική λύση χωρίς να μολύνουμε καθόλου το περιβάλλον. / In this project is presented things about renewable energy sources and their characteristics but is given more importance in the GPS, GREEK POWER SYSTEM, (either private power stations or NATIONAL ELECTRICAL COMPANY) by conventional sources and by Renewable Energy Sources. Afterwards, it is reported, extensively, to the energy sources that is used in simulations, in other words the solar energy, the wind energy and the hydrogen technology (that includes fuel cells, electrolyze of water for hydrogen production and the storage of the last one). It is developed the battery as stocking unit and then is reported to the economic elements of a power system. The last theoretical part is dedicated to the simulation program, HOMER and is analyzed its components and its techniques. In the last part of project, is simulated autonomous power systems and is commented their results, being helped by the diagrams that HOMER exports. Initially, it is mentioned the data that were used, that is to say the area with its solar and wind data, the elements that were used in the simulations, the types of wind generators, of photovoltaic frames, of fuel cells, of electrolytes, of hydrogen storages, of batteries, of inverter and of diesel generators, as well as the economic elements of simulations. The simulations contained the combination of the above sources of energy ( 6 simulations) aiming the recovery of the most lucrative combination of hybrid autonomous power system for an area close to Heraklion of Crete that was examined. The simulations were realized with the use of batteries and without them in order to understand their influences in autonomous power systems. The results of the simulations cannot lead, precisely, to a lucrative choice about a power system, something that depends on investor’s criteria. These are: • Based on the use or not of batteries • Based on the total production of energy • Based on the excess electricity • Based on the power system responsible for the pollution of the environment • Based on the photovoltaic tilt , according to the sensitivity results The main factors το choose an electric power system are the economic and the emission of pollutants. According to simulation results, the most economic choice of hybrid system is the combination of diesel generator - photovoltaic frames and the combination of photovoltaic frames-wind generator are the friendliest choice to the environment. Between the above choices, the second one is the most aproppriate due to its low cost, while the first one produces high percentage of pollutants. Finally, we realized 3 more simulations combined the technology of hydrogen, using possible future prices of its elements (forecasts for 2020), with the renewable energy sources. According to these results, the future belongs to hydrogen technology and its combination with the solar or the wind energy can create a cheap, efficient and without pollutants choice.

Στη συγκεκριμένη Διατριβή μελετήσαμε την ανάλυση ευστάθειας υβριδικών δυναμικών συστημάτων τα οποία έχουν μοντελοποιηθεί με Διαφορικά Δίκτυα Petri. Τα αποτελέσματα που προτείναμε για την ανάλυση ευστάθειας χρησιμοποιούν Γραμμικές Ανισότητες Πινάκων γεγονός που τις καθιστά υπολογιστικά επιλύσιμες. Προτείναμε επίσης μια μεθοδολογία σχεδίασης ευσταθών υβριδικών συστημάτων. Χρησιμοποιήσαμε το μοντέλο Διαφορικά Δίκτυα Petri για την μοντελοποίηση δικτυακών υβριδικών συστημάτων. Προτείναμε επίσης συνθήκες ευστάθειας για διακοπτικά χρονικά καθυστερούμενα συστήματα. / In this thesis we study stability for hybrid dynamical systems modelled by Differential Petri Nets.Our stability results are formulated as Linear Matrix Inequalities in order to be computational solvable. A methodology for stabilization of hybrid dynamical systems is also introduced. The notion of Networked Hybrid System is also introduced and the model of Differential Petri Net is proposed for modelling. Stability results for switched time-dealy systems are also proposed.

Στην παρούσα εργασία μελετάται η λειτουργία και η προστασία υβριδικών συστημάτων αποτελούμενων από φωτοβολταϊκά στοιχεία και κυψέλες υδρογόνου. Τέτοιου είδους υβριδικά συστήματα περιλαμβάνουν δύο πηγές ενέργειας με σκοπό να επιτυγχάνεται σταθερή παραγωγή ισχύος και κατά τη διάρκεια της νύχτας, όταν η ηλιακή ενέργεια δεν είναι διαθέσιμη. Η ισορροπία αυτή διατηρείται μέσω της χρήσης κυψελών καυσίμου. Στο πρώτο κεφάλαιο δίνονται γενικές πληροφορίες για τα φ/β συστήματα. Ξεκινώντας από την ηλιακή ακτινοβολία και την ελάχιστη μονάδα κάθε φ/β συστήματος, το φ/β στοιχείο ή κύτταρο επεξηγούνται τα χαρακτηριστικά κι οι κατηγορίες των φ/β συστημάτων. Εν συνεχεία, περιγράφεται ο μηχανισμός δημιουργίας του φ/β φαινομένου και τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά των φ/β συστημάτων. Ακολουθεί μια συνοπτική παρουσίαση των διάφορων τεχνολογιών φ/β πλαισίων, καθώς και της απόδοσης αυτών και των παραγόντων που την επηρεάζουν. Το κεφάλαιο ολοκληρώνεται με αναφορά στα υπόλοιπα μέρη ενός φ/β συστήματος, όπως ο αντιστροφέας, οι μπαταρίες και λοιπά βοηθητικά συστήματα. Το δεύτερο κεφάλαιο αναφέρεται στο υδρογόνο και την μετατροπή αυτού σε ηλεκτρισμό ή θερμότητα μέσω κυψελών καυσίμου. Στην αρχή, δίνονται γενικά στοιχεία για το υδρογόνο, τις ιδιότητές του, τις μεθόδους παρασκευής και αποθήκευσης αυτού κι ακόμη στοιχεία για το υδρογόνο ως καύσιμο. Κατόπιν, παρουσιάζονται οι βασικές αρχές λειτουργίας και οι κύριοι τύποι κελιών καυσίμου, ενώ γίνεται προσπάθεια θεωρητικής και πρακτικής προσέγγισης της απόδοσης και της μέγιστης τάσης αυτών. Τέλος, το κεφάλαιο συμπληρώνουν σκέψεις για το υδρογόνο ως μελλοντικό φορέα ενέργειας και την οικονομία του υδρογόνου. Στο τρίτο κεφάλαιο εξηγείται η έννοια του υβριδικού συστήματος, καθώς και πλεονεκτήματα των υβριδικών συστημάτων φ/β με κυψέλες υδρογόνου. Ακολούθως, αναλύεται ο καταμερισμός φορτίου σε υβριδικό σύστημα φ/β με κυψέλες υδρογόνου, όπως κι η περιγραφή κι η λειτουργία ενός τέτοιου συστήματος. Στην τελευταία ενότητα αναζητείται η βέλτιστη διασύνδεση φ/β συστοιχιών και PEM ηλεκτρολυτών σε υβριδικά συστήματα κατάλληλα για την τροφοδότηση απομακρυσμένων περιοχών για την επίτευξη μέγιστης μεταφοράς ισχύος, αλλά και χαμηλότερου ανά μονάδα κόστους. Στο τέταρτο και τελευταίο κεφάλαιο, ακολουθoύνται οι κανόνες της διεθνούς εμπειρίας και οι ισχύοντες κανονισμοί για την προστασία υβριδικού συστήματος φ/β στοιχείων με κυψέλες υδρογόνου. Μελετάται η περίπτωση βραχυκυκλώματος και προτείνονται μέτρα που πρέπει να ληφθούν μέσω της καλωδίωσης, διακοπτών προστασίας αγωγών, διόδων κι ασφαλειών. Γίνεται σύγκριση των I – V χαρακτηριστικών καμπυλών σε κανονικές συνθήκες και σε συνθήκες σκίασης και σφάλματος. Έπεται η αντικεραυνική προστασία διαμέσου εξωτερικού ΣΑΠ, ισοδυναμικών συνδέσεων κι απαγωγών κρουστικών υπερτάσεων. Η εργασία ολοκληρώνεται με αναφορά στην επικινδυνότητα εγκαταστάσεων υδρογόνου, τους κινδύνους και τα σενάρια ατυχημάτων. Το κεφάλαιο καταλήγει με τρόπους περιορισμού αυτών των επικίνδυνων καταστάσεων και τους κανόνες ασφαλείας που έχουν θεσπιστεί για το υδρογόνο. / This essay examines hybrid systems’ operation and protection consisted of photovoltaic and fuel cells. Such hybrid systems include two energy sources in order to maintain a consistent level in power production even during the night, when solar radiation is not available. The use of fuel cells ensures this equilibrium. In the first chapter a piece of general information about pv systems is given. Firstly, explaining meanings like solar radiation and pv cell, pv systems are classified. Subsequently, the mechanism of pv phenomenon and the pv systems’ electrical characteristics are described. A concise presentation of pv modules’ technology and efficiency follows. The chapter concludes with regard to rest parts of pv systems, such as inverter, batteries and auxiliary systems. The second chapter refers to hydrogen and its conversion into electricity or heat via fuel cells. Firstly, a piece of general data about hydrogen and its properties, conoction and storage methods is given. Furthermore, the fuel cell’s fundamental principles and basic types are presented, whilst a theoretical and a practical approach of fuel cell’s efficiency and maximum voltage follows. Some thoughts about the future hydrogen economy end this chapter. In the third chapter the meaning of hybrid system, as well the advantages of pv-hydrogen systems are explained. Subsequently, load sharing in a hybrid pv-fc system as well as the description and the operation of such a system are analysed. In the last unit the optimal coupling of pv arrays to PEM electrolysers in solar-hydrogen systems for remote area power supply is searching out. In the last chapter, according to international codes, protection of solar-hydrogen system is analysed. The case of a short-circuit is examined and measures must be taken via wiring, circuit breakers, diodes and fuses. Then,I –V characteristics at normal conditions are compared with characteristics recorded under partial shadowing or failure. In addition, lightning protection via LSP and SPDs is described. The essay concludes with regard to hydrogen installations’ dangers and possible accidents. Some implemented measures and safety rules end this unit.

Στις αρχές του 20ου αιώνα, με καταλυτική εξέλιξη την ανακάλυψη των μεγάλων κοιτασμάτων πετρελαίου ο κόσμος στράφηκε αποφασιστικά στη χρήση μη ανανεώσιμων πηγών, κυρίως άνθρακα και υδρογονανθράκων (πετρέλαιο, φυσικό αέριο, κάρβουνο). Αυτή η λύση εξασφάλιζε για μεγάλο χρονικό διάστημα μια προσιτή ανάκτηση και μετατροπή αυτών των πηγών σε ηλεκτρική και θερμική ενέργεια. Οι ορυκτές καύσιμες ύλες χρειάζονται εκατοντάδες χρόνια να δημιουργηθούν, καταναλώνονται όμως πιο γρήγορα από ότι δημιουργούνται. Γι’ αυτό το λόγο θεωρούνται μη ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, δηλαδή δεν αντικαθίστανται τόσο γρήγορα όσο τις χρησιμοποιούμε.Ετσι μπορούν να εξαντληθούν κάποια στιγμή στο μέλλον. Οι Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας είναι πηγές τα αποθέματα των οποίων ανανεώνονται φυσικά, και οι οποίες θεωρούνται πρακτικά ανεξάντλητες.Η αδυναμία επίσης ύπαρξης δικτύου σε απομονωμένες και μικρου 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 μορφων ΑΠΕ Λογω της στοχαστικής τους φύσης οι ΑΠΕ αδυνατούν να καλύψουν από μόνες τους τους περισσότερους τύπους του ηλεκτρικού φορτίου. Ζητήματα όπως η μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας και η αποθηκευσή 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 συνδιάζουν δύο ή περισσότερες μορφές ενέργειας έχουν αποδειχθεί σαν αποτελεσματικό μέσο για τημ τροφοδότηση ηλεκτρικά αυτόνομων κατοικιών. Στην παρούσα διπλωματική εργασία εξετάζεται η δυνατότητα διαφόρων υβριδικών συστημάτων να καλύψουν το ηλεκτρικό φορτίο μιας μη διασυνδεδεμένης στο εθνικό δίκτυο κοινότητας αποτελούμενης από δέκα κατοικιες. Ως περιοχή της μελέτης έχει επιλεχθεί η απομακρυσμένη περιοχή Γαιδουρόμαντρα στο νησί της Κύθνου. Οι εγκαταστάσεις είναι κατοικημένες μόνο κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού ώστε να μην υπάρχει καμία απαίτηση για παραγωγή θερμότητας.Τα υβριδικά συστήματα που εξετάζονται έχουν όλα την συνέργεια αποθηκευτικού συστήματος μπαταριών και είναι τα παρακάτω: • Φωτοβολταϊκά- Ντηζελογεννήτρια • Φωτοβολταϊκά- Κυψέλες Καυσίμου(ΚΚ) • Ανεμογεννήτρια (Α/Γ)- Ντηζελογεννήτρια • Φωτοβολταϊκά- Ανεμογεννήτρια (Α/Γ) Στο Κεφάλαιο 1 γίνεται εισαγωγή στις ΑΠΕ και αναφέρονται κάποια γενικά στοιχεία σχετικά με την κατάσταση στην χώρα μας καθώς και τη συνεισφορά κάθε πηγής σε παγκόσμιο επίπεδο. Στα Κεφάλαια 2, 3, 4 γίνεται μια παρουσίαση των ΑΠΕ που χρησιμοποιούνται στα υβριδικά συστήματα. Αρχικά γίνεται μια ιστορική αναδρομή σε κάθε μορφή ενέργειας και έπειτα γίνεται μια εκτεταμένη ανάλυση σε κάθε τεχνολογία παραγωγής ενέργειας, κυρίως στα χαρακτηριστικά και τη λειτουργία της. Τέλος αναλύεται η παρούσα κατάσταση αυτής της τεχνολογίας σε παγκόσμια κλίμακα καθώς και σε ελληνικό επίπεδο. Στο Κεφάλαιο 5 γίνεται η εισαγωγή στα υβριδικά συστήματα παραγωγής ενέργειας. Αναλύονται οι λόγοι χρήσης του υβριδικού συστήματος γενικά καθώς και η υπάρχουσα κατάσταση στην Ελλάδα. Στην συνέχεια στο Κεφάλαιο 6 γίνεται εκτεταμένη περιγραφή του προγραμματος HOMER το οποίο εκτελεί τις προσομοιώσεις των υβριδικών συστημάτων παρουσιάζοντας τον βέλτιστο συνδυασμό τους τεχνοοικονομικά. Αναφέρονται λεπτομερώς οι τρεις λειτουργίες που πραγματοποεί (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 αναφόρα στον τόπο όπου πραγματοποιείται η μελέτη καθώς και στην ενεργειακή κατανάλωση των κατοίκων της περιοχής, έπειτα καταγράφονται τα τεχνολογικά στοχεία 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 την προσομοίωση. Τέλος στο Κεφάλαιο 8 πραγματοποιείται σύγκριση των αποτελεσμάτων που προέκυψαν με στόχο την ανεύρεση του βέλτιστου συνδυασμού 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, αφού ξεπεραστούν βέβαια κάποια εμπόδια, οικονομικής κυρίως φύσεως. / Aim of this project is to examine the capability of various hybrid systems covering the electric load of a community, which is non-connected to the national grid and consists of ten residences. The area of the study is the remote region Gaidoyromantra which is located in the island of Kythnos. The houses are inhabited only during summertime, so that any requirement for heat is prerequisite. All the hybrid systems that are examined have the synergy of stocking system of batteries and are the following: • PV-Diesel Generator • PV-Fuel Cells • Wind Turbines-Diesel Generator • PV- Wind Turbines In Chapter 1, the RES are introduced and reported some general elements with regard to the situation in our country as well as the contribution of each source in world level. In Chapters 2, 3, 4 are presented the RES that are used in the hybrid systems. Firstly, historical reference to each source of energy and then extensive analysis of each technology are given. Finally, the present situation of each technology is analyzed in world scale as well as in Greek level. In Chapter 5 the energy production hybrid systems are introduced. In general, the reasons of hybrid systems use are analyzed as well as the present situation in Greece. 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.

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.

Η διπλωματική εργασία που ακολουθεί, παρουσιάζει τη μελέτη και μοντελοποίηση ενός αυτόνομου υβριδικού συστήματος. Το αυτόνομο σύστημα που εξετάζεται είναι ένα υβριδικό σύστημα ηλεκτροπαραγωγής που αποτελείται από μια γεννήτρια diesel, μια ανεμογεννήτρια και ένα φωτοβολταϊκό σύστημα. Για τη μοντελοποίηση του συστήματος χρησιμοποιείται το πρόγραμμα σχεδίασης και προσομοίωσης ηλεκτρικών συστημάτων PSCAD. Στην εργασία αυτή το ενδιαφέρον επικεντρώνεται στη συμπεριφορά του συστήματος στη μόνιμη κατάσταση λειτουργίας και στη συμπεριφορά σε κάποια μεταβατικά φαινόμενα. Τα μεταβατικά φαινόμενα που εξετάζονται είναι τα εξής: - Συμπεριφορά συστήματος σε απότομη αποσύνδεση ανεμογεννήτριας - Βραχυκύκλωμα των τριών φάσεων ως προς γη στο ζυγό της σύγχρονης γεννήτριας diesel Στο Κεφάλαιο 1 γίνεται μια γενικότερη αναφορά στις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και στη συνέχεια περιγράφονται τα υβριδικά συστήματα ηλεκτροπαραγωγής και οι εφαρμογές τους. Αναλύεται η δομή τους και μελετώνται-συγκρίνονται οι διάφορες αρχιτεκτονικές τους. Στο Κεφάλαιο 2 περιγράφεται η δομή και τα στοιχεία που αποτελούν το αυτόνομο υβριδικό δίκτυο ηλεκτροπαραγωγής και αναπτύσσεται όλο το απαραίτητο μαθηματικό υπόβαθρο που πραγματεύεται η εργασία αυτή. Στο Κεφάλαιο 3 περιγράφεται η δομή και τα στοιχεία που αποτελούν το αυτόνομο υβριδικό δίκτυο ηλεκτροπαραγωγής στο περιβάλλον του προγράμματος μοντελοποίησης, του PSCAD και παρουσιάζονται τα μοντέλα που απαρτίζουν το συνολικό σύστημα. Στο Κεφάλαιο 4 εξετάζεται η συμπεριφορά του συστήματος στη μόνιμη κατάσταση λειτουργίας. Στο Κεφάλαιο 5 εξετάζεται η συμπεριφορά του συστήματος στα δύο μεταβατικά φαινόμενα που έχουν προαναφερθεί, στην απότομη αποσύνδεση ανεμογεννήτριας και στο βραχυκύκλωμα των τριών φάσεων ως προς γη στο ζυγό της σύγχρονης γεννήτριας diesel Στο Κεφάλαιο 6 παρατίθενται οι προδιαγραφές των ποιοτικών χαρακτηριστικών των δικτύων και διατυπώνονται τα συμπεράσματα που προέκυψαν από τη μελέτη του υβριδικού συστήματος που παρουσιάστηκε. / The thesis that follows, presents the study and modelling of autonomous hybrid system. The autonomous system that is examined is a hybrid system of generation of electricity that is constituted by a generator diesel, a wind generator and a photovoltaic system. For the modelling of system is used the program of designing and simulation of electric systems PSCAD. At this project the interest is focused in the behavior of system in the permanent situation of operation and in the behavior in certain transient phenomena. The transient phenomena that are examined are following: - Behavior of system in abrupt detachment of wind generator - Short-circuit of three phases as for ground in the balance of modern generator diesel In Capital 1 becomes a more general report in the renewable sources of energy and afterwards is described the hybrid systems of generation of electricity and their applications. Is analyzed their structure and study-is compared their various architectures. In Capital 2 are described the structure and the elements that constitute the autonomous hybrid network of electric generation and is developed the all essential mathematic background that are necessary for this project. In Capital 3 are described the structure and the elements that constitute the autonomous hybrid system of electric generation in the environment of program of modelling, PSCAD and are presented the models that compose the total system. In Capital 4 is examined the reaction of system in the permanent situation of operation. In Capital 5 is examined the reaction of system in the two transient phenomena that have been mentioned before, in the abrupt detachment of wind generator and in the short-circuit of three phases as for ground in the balance of synchronous generator. In Capital 6 are mentioned the specifications of qualitative characteristics of networks and are formulated the conclusions that resulted from the study of hybrid system that was presented.

Στις μέρες μας παρατηρείται μία εγκατάλειψη των συμβατικών μορφών ενέργειας και μια ταυτόχρονη στροφή προς τις ανανεώσιμες. Από την συνδυασμένη χρήση δύο ή και περισσότερων ανανεώσιμων, συνήθως, μορφών ενέργειας προκύπτουν τα υβριδικά συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας. Στα πλαίσια της παρούσας διπλωματικής αναλύεται ένα υβριδικό σύστημα το οποίο χρησιμοποιεί δύο ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, αυτές του νερού και του αέρα. Η ανάλυση αυτού του υβριδικού συστήματος στηρίζεται σε δεδομένα τα οποία προέρχονται από το υπό κατασκευή υβριδικό έργο της Ικαρίας. Τέτοια συστήματα νησιών χαρακτηρίζονται ως συστήματα Μη $ιασυνδεδεμένων Νήσων, καθώς είναι αυτόνομα, αξιοποιώντας πηγές ενέργειας με τις οποίες τα νησιά αυτά είναι «ευλογημένα»,σε σχέση με άλλες περιοχές της ενδοχώρας όπως π.χ ο άνεμος. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μια σύντομη περιγραφή των βασικών αρχών στις οποίες στηρίζεται η κατασκευή των υδροηλεκτρικών και των αιολικών σταθμών και δίνεται ο ορισμός των υβριδικών συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας . Στα κεφάλαια δύο και τρία περιγράφονται βασικά μεγέθη για το υβριδικό έργο της Ικαρίας, καθώς και κανονισμοί λειτουργίας για αυτό . Στο κεφάλαιο 4 παρατίθεται η λογική στην οποία στηρίχθηκαν οι προσομοιώσεις καθώς και αποτελέσματα, γραφήματα και συμπεράσματα τα οποία προέκυψαν από αυτές .Ακολουθούν το παράρτημα και η βιβλιογραφία . / Nowadays there is an abandonment of conventional energy and a simultaneous shift to renewable energy. From the combined use of two or more renewable, usually, the resulting energy hybrid power systems. In the present study analyzed a hybrid system which uses two sources of renewable energy, which water and air. The analysis of this hybrid system is based on data from the hybrid under construction project of Ikaria. Such systems are islands designated as Non systems $ iasyndedemenon Islands, are autonomous, drawing energy with which the islands they are "blessed" than other inland areas like the wind. The first chapter is a brief description of the principles underpinning the construction of hydroelectric and wind power stations and given the definition of hybrid power systems. Chapters two three a.m. described fundamentals for the hybrid project Ikaria and operating regulations for this. Chapter 4 sets out the rationale relied on simulations and the results, charts, and conclusions drawn from them. Here are the Annex and the literature.

Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει ως αντικείμενο την μελέτη και τη μοντελοποίηση ενός υβριδικού συστήματος, που αποτελείται από φωτοβολταϊκά και κυψέλες καυσίμου τα οποία τροφοδοτούν ένα μικροδίκτυο. Το φορτίο το οποίο καλείται το σύστημα να καλύψει είναι 30kW και 15kVar. Για τη μοντελοποίηση του συστήματος χρησιμοποιείται το πρόγραμμα σχεδίασης και προσομοίωσης ηλεκτρικών συστημάτων PSCAD. Στην εργασία αυτή το ενδιαφέρον επικεντρώνεται στη συμπεριφορά του συστήματος στη μόνιμη κατάσταση λειτουργίας και στη συμπεριφορά σε κάποια μεταβατατικά φαινόμενα. Τα μεταβατικά φαινόμενα που εξετάζονται είναι τα εξής: - Συμπεριφορά συστήματος σε μεταβολές της ηλιοφάνειας. - Απόκριση συστήματος σε μεταβολές του φορτίου. - Τριφασικό και μονοφασικό βραχυκύκλωμα με τη γη στη γραμμή. Στο κεφάλαιο 1 γίνεται αναφορά στις ανανεώσιμες πηγές, στην εξέλιξή και στην προοπτική τους στο μέλλον. Στη συνέχεια περιγράφονται τα διάφορα είδη των υβριδικών συστημάτων και γίνεται αναφορά για τη διεσπαρμένη παραγωγή και τα μικροδίκτυα. Στο κεφάλαιο 2 περιγράφεται η λειτουργία των φωτοβολταϊκών κυττάρων, παρουσιάζονται οι I-V και P-V χαρακτηριστικές και στη συνέχεια ακολουθεί αναλυτική περιγραφή του μοντέλου της φωτοβολταϊκής συστοιχίας που θα χρησιμοποιήσουμε στην προσομοίωση στο PScad. Στο κεφάλαιο 3 περιγράφεται η λειτουργία των κυψελών καυσίμων και παρουσιάζονται τα διάφορα είδη κυψελών που υπάρχουν στις μέρες μας. Εν συνεχεία ακολουθεί αναλυτική περιγραφή της λειτουργίας της κυψέλης καυσίμου πολυμερούς ηλεκτρολυτικής μεμβράνης PEM FC καθώς αυτό το είδος των κυψελών καυσίμου χρησιμοποιούμε στο σύστημά μας. Τέλος, κατασκευάζεται το μοντέλο της PEM FC και ακολουθεί η αναλυτική περιγραφή του μοντέλου. Στο κεφάλαιο 4 γίνεται αναφορά στους dc/dc μετατροπείς ανύψωσης τάσης και στις περιοχές λειτουργίας τους. Εν συνεχεία γίνεται διαστασολόγηση του ανυψωτή τάσης και παρουσιάζεται το σύστημα ελέγχου του. Επίσης μελετάται η λειτουργία του ανυψωτή ως ανιχνευτή του σημείου μέγιστης ισχύος της φωτοβολταϊκής συστοιχίας και γίνεται προσομοίωση των κυψελών και της φωτοβολταϊκής συστοιχίας με τους dc/dc μετατροπείς που χρησιμοποιούνται. Στο κεφάλαιο 5 ακολουθεί η περιγραφή της λειτουργίας των μονοφασικών και τριφασικών αντιστροφέων DC/AC και παρουσιάζεται αναλυτικά η στρατηγική της διαμόρφωσης εύρους παλμών (PWM). Τέλος, γίνεται υπολογισμός των τιμών του φίλτρου που τοποθετείται στην έξοδο του αντιστροφέα και στη συνέχεια προσομοιώνεται και μελετάται το μοντέλο του αντιστροφέα που χρησιμοποιούμε στο σύστημά μας. Στο κεφάλαιο 6 γίνεται η πλήρη προσομοίωση του συστήματος. Περιγράφονται επίσης και τα μοντέλα του φορτίου, του Μ/Σ, του δικτύου και της μηχανής παραγωγής σφαλμάτων. Τέλος, παρουσιάζονται και περιγράφονται τα αποτελέσματα των μελετών που πραγματοποιούνται στο σύστημα (απόκριση συστήματος σε κανονικές συνθήκες, απόκριση συστήματος για μεταβολή της ηλιοφάνειας, μελέτη συστήματος στη μεταβολή του φορτίου, προσομοίωση συστήματος για σφάλματα στη γραμμή). / The current diploma thesis presents the study and simulation of a hybrid system, which consists of a Photovoltaic Array (PV) and a Fuel Cell stack (FC), which supports a microgrid. The critical load that the system supports is 30kW and 15kVar. For the system modelling the program of designing and simulation of electric systems PSCAD is used. At this project the interest is focused in the behavior of system in the permanent situation of operation and in the behavior in certain transient phenomena. The transient phenomena that are examined are the following: - Behavior of the system in variations in solar insolation. - System’s response to variations of the load. - Fault analysis (single line to ground and three-phase line to ground short circuit). In Chapter 1 there is a description of renewable energy sources, their development and prospects in the future. Afterwards, the different kinds of hybrid systems are mentioned and there is a reference in distributed generation and microgrids. In Chapter 2 the function of photovoltaic cells and different kinds of photovoltaic technologies are described. Furthermore, I-V and P-V characteristic are presented and then follows an analytical description of the photovoltaic model that we use in our simulation in PScad. In Chapter 3 , the function of the Fuel Cells is described and the different kinds of fuel cells are presented. Afterwards, there is an analytical description of the proton exchange membrane fuel cells (PEM FC) as we use this kind of FC in our system. Finally, the PEM FC model is constructed and an analytical description of the model is made. The Chapter 4 entails information for the dc/dc boost converters and their operating modes. Subsequently the control system of the dc/dc boost converter is presented. Finally, the utilization of the boost converter as a maximum power point tracker is examined and the simulation of the FV and PV with the boost converter is presented. In Chapter 5 there is a description of the function of the single-phase and three-phase dc/ac inverters and the technique of the pulse-width modulation (PWM) is presented. Finally, the value of the output filter of the inverter is calculated and then the model of the dc/ac inverter, which we use in our system, is simulated. In Chapter 6 there is a simulation of the whole system. Furthermore, the models of the load, the transformer and the fault generator are described. Finally, the results of the simulations for which the system was tested is presented (system response to normal conditions, system response to changes in the insolation, System’s response to variations of the load, system response to grid faults).

Renewable Energy Sources (RES) are the most promising resources of energy production for everyday life. Therefore, the precise combination of RES based technologies into hybrid systems could provide the solution to several energy problems facing the planet. The motivation of the present research study is the total understanding of the prevailing phenomena by using RES equipment in several projects. This thesis will focus on standalone hybrid RES based systems. By presenting the RES systems the necessity of buffering systems will become apparent as the most crucial parts of off-grid systems. Therefore, the most well-established buffering technologies will be analytically presented in order to be subsequently embodied into the simulated RES applications. Following the above theoretical approach of RES based equipment and hybrid systems in general, this thesis will focus on a more applied research study comprising the energetic and economical simulation and optimization of a RES based stand alone system that is already installed in Leicestershire, UK. Based on local meteorological data, an optimization strategy has been developed to identify the most economical and efficient scenarios for electricity generation to cover the desirable load on an annual basis. Furthermore, the environmentally-friendly character of the system was highly concerned with emissions reduction; therefore the capability of an off-grid system was also investigated. The feasibility of RES based systems for electricity supply will then be presented for four different Greek Islands. Three specific typical loads have been selected to be covered and the grid connection was considered optional. Up to this point the simulation and optimization procedures were applied by using the HOMER software tool in order to investigate the most suitable well-established platform in the world. After the theoretical research study on the most well-known platform of HOMER an innovative optimization theory based on the energy part of a hybrid system will be presented in order to select the most efficient system according to the desired requirements and the location of a RES based project. This thesis will then focus on the design and operation of an autonomous hybrid system under real-life meteorological conditions which is capable of simulating several loads assumed to cover the electricity demands of small buildings. The specific hybrid system embodies technologies that use photovoltaic and wind energy in combination with an electrochemical storage bank. Experiments on the coverage of annual loads regarding a typical house, a typical country house and a small company were also performed to prove the feasibility of the stand-alone system. The same established RES project was then simulated on a yearly basis using the HOMER software platform to determine real-time results. The above analysis revealed that HOMER software cannot successfully simulate the operation of such a system, therefore the design of a new mathematical model to produce results similar to those of the experimental process was considered essential based on a new optimization strategy. / Οι Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ) αποτελούν τις πιο πολλά υποσχόμενες πηγές στον τομέα της παραγωγής της ηλεκτρικής ενέργειας μέσα στην ανθρώπινη καθημερινότητα. Έτσι ο ακριβής συνδυασμός των ΑΠΕ σε υβριδικά συστήματα θα μπορούσε να αποτελέσει τη λύση στο μεγάλο ενεργειακό πρόβλημα που αντιμετωπίζει ο πλανήτης τα τελευταία χρόνια και όσο περνάει ο καιρός αυτό φαίνεται να διογκώνεται. Το κίνητρο για την εκπόνηση της παρούσας διδακτορικής διατριβής στηρίζεται στην ανάγκη για απόλυτη κατανόηση των φαινομένων που λαμβάνουν χώρα κατά τη χρήση των ΑΠΕ σε διάφορα συστήματα για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Επιπλέον, μέσα από αυτή την έρευνα θα φανεί πως οι καιρικές συνθήκες επηρεάζουν τη συμπεριφορά ενός υβριδικού συστήματος και σε ποιό ποσοστό. Ακόμα περιμένουμε να γίνει φανερό το πόσο σημαντική είναι η σωστή επιλογή των τεχνολογιών σύμφωνα με τις ηλεκτρικές ανάγκες που πρέπει να καλυφθούν από ένα εγκατεστημένο σύστημα. Στη συνέχεια της παρούσας εργασίας μελετήθηκε κάτω από ποιες συνθήκες ένα αυτόνομο υβριδικό σύστημα μπορεί να είναι εφικτό καθώς και πόσο ακριβή αποτελέσματα μπορούν αν δώσουν τα θεωρητικά μαθηματικά μοντέλα επάνω στην πρόβλεψη της λειτουργίας ενός συστήματος. Τέλος, παρουσιάστηκε πως μπορεί να ενισχυθεί ο οικολογικός χαρακτήρας ενός συστήματος ενώ την ίδια στιγμή αποκαλύφθηκε η κύρια αδυναμία του κατά τη λειτουργία καθώς και πως αυτή μπορεί να λυθεί με τη χρήση καινοτόμων συσκευών για την αποθήκευση ενέργειας. Μέσω της παρούσας διδακτορικής διατριβής αποδείχθηκε πως ένα υβριδικό σύστημα υποστηριζόμενο από ΑΠΕ μπορεί να μετατραπεί σε εντελώς αυτόνομο με ενισχυμένο τον οικολογικό του χαρακτήρα και με την οικονομική και ενεργειακή βιωσιμότητά του να κυμαίνεται σε υψηλά επίπεδα. Το παραπάνω συμπέρασμα προέκυψε μέσω θεωρητικών αλλά και πειραματικών προσομοιώσεων διάφορων υβριδικών μονάδων. Αυτό αποτελεί ίσως το πιο ενθαρρυντικό στοιχείο για πλήρη αξιοποίηση των ΑΠΕ προκειμένου να καλυφθούν οι παγκόσμιες ενεργειακές ανάγκες με τρόπους εντελώς φιλικούς προς το περιβάλλον στο άμεσο μέλλον.