Σκοπός αυτής της διπλωματικής εργασίας, η οποία εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ασύρματης Τηλεπικοινωνίας του Πανεπιστημίου Πατρών, είναι η εξέταση του φαινομένου της υποβάθμισης των χαρακτηριστικών ιδιοτήτων φωτοβολταϊκών πλαισίων πυριτίου. Στα πλαίσια αυτά πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις σε πλαίσια πολυκρυσταλλικού και μονοκρυσταλλικού πυριτίου με κατάλληλη πειραματική διάταξη εγκατεστημένη στην οροφή του κτιρίου του τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών. Πραγματοποιήσαμε ημερήσιες μετρήσεις, σε ηλιόλουστες ημέρες,και για μεγάλο χρονικό διάστημα έτσι ώστε να έχουμε όσο το δυνατόν περισσότερα δεδομένα κατάλληλα για επεξεργασία. Ο έλεγχος για πιθανή υποβάθμιση (PID) βασίστηκε σε σύγκριση των πειραματικών αποτελεσμάτων σε διάρκεια τριών ετών και σε ανάλυση αυτών με βάση δύο συγκεκριμένα μοντέλα ερευνητών. Συγκεκριμένα στη σύγκριση τριών ετών ο έλεγχος πραγματοποιήθηκε για παραπλήσιες τιμές προσπίπτουσας ακτινοβολίας και θερμοκρασίας των πλαισίων. Οι συγκρίσεις βάσει των μοντέλων των ερευνητών πραγματοποιήθηκαν σύμφωνα με τα πρότυπα της κάθε μεθόδου. Στο μοντέλο Kahoul συγκρίναμε τα πειραματικά μας δεδομένα σε STC συνθήκες με βάση τα δεδομένα του κατασκευαστή. Στην συνέχεια εξετάσαμε την εφαρμογή του μοντέλου Martinez-Moreno επεκτείνοντας το σε ένα μόνο πλαίσιο που λειτουργεί σε συγκεκριμένες συνθήκες ακτινοβολίας και θερμοκρασίας. Υπήρξαν περιορισμοί όμως σε εξειδικευμένο τεχνολογικό υλικό και αδυναμία εύρεσης περισσότερων παλαιών μετρήσεων κατάλληλων για σύγκριση ώστε να μπορέσουμε να παρουσιάσουμε περισσότερους τρόπους ελέγχου. Τα συμπεράσματα που εξήχθησαν συνηγορούν στην άποψη, η οποία έχει εκφραστεί και από αρκετούς ερευνητές, ότι τέτοια πλαίσια όταν λειτουργούν υπό αυτές τις συνθήκες δεν υφίστανται εμφανή υποβάθμιση των ιδιοτήτων τους, σε μικρό τουλάχιστον χρονικό διάστημα. / The purpose of this thesis, undertaken within the Wireless Communications Laboratory, University of Patras, is to examine the phenomenon of silicon photovoltaic module’s degradation. The experimentation field was held in the roof of the building of Electrical and Computer Engineering department. A polycrystalline and a monocrystalline solar module were used for this study. During the experiments, we tried to make daily measurements on sunny days, so we can collect as much data as possible for appropriate elaboration. Testing for possible degradation was based on a simple comparison of experimental results over three years. In addition, an evaluation of experimental results was held based on two specific researchers’ models. In particular, three years comparing control performed for similar values of incident radiation and temperature of the modules. The comparisons of models based on researchers performed according to the standards of each method. In order to apply the model Kahoul we compared our experimental data at STC conditions with the manufacturer's data. Then we examined the application of the model of MartinezMoreno, by extending it on a single module that works in well defined conditions of radiation and temperature. However, the limitations in our specialized materials technology and the weakness finding more old measurements suitable for comparison did not allow us to apply other methods of control. The conclusions drawn advocate the view, that has been expressed by several researchers, that such modules when operating under these conditions do not appear degradation of their properties, at least in short time.

Σκοπός της παρούσας πτυχιακής εργασίας ήταν η μελέτη της περιβαλλοντικής γήρανσης ινωδών συνθέτων υλικών με κυανεστερική μήτρα σε ακραίες θερμοοξειδωτικές ή/και υγροθερμικές συνθήκες. Επίσης, ο θερμομηχανικός χαρακτηρισμός και η αρχική μελέτη των μηχανισμών υποβάθμισης. Για το σκοπό αυτό παρασκευάστηκαν πέντε τύποι πολύστρωτων πλακών οι τρείς εκ των οποίων έφεραν ως ενίσχυση οχτώ στρώσεις προεμποτισμένου πανιού ινών γυαλιού (GFRPs) τριών διαφορετικών κυανεστερικών μητρών (PN901-G201-45{GRT},HTM143,MTM110) και πλέξης 2*2 twill. Η παρασκευή των τριών αυτών πλακών έγινε με τη μέθοδο του κενού σακούλας (Hand Lay Up Vacuum Bag).Όσον αφορά στις δυο άλλες πλάκες οι οποίες προέκυψαν μέσω της διαδικασίας χύτευσης με μεταφορά ρητίνης RTM σε γνωστό ερευνητικό ινστιτούτο της Ισπανίας (Tecnalia), δύο διαφορετικοί τύποι κυανεστέρα (DT-4000,PT-30) χρησιμοποιήθηκαν ως μήτρα για τον εμποτισμό πανιού άνθρακα (CFRPs) τύπου πλέξης 5H Satin. Από την παραπάνω διαδικασία προέκυψαν πλάκες πέντε στρώσεων. Οι πλάκες ελέγχθηκαν ποιοτικά αρχικά, με τη μέθοδο υπερήχων C-Scan όπου διαπιστώθηκε η ομοιογένεια τους και έπειτα με χρήση της μεθόδου Διαφορικής Θερμιδομετρίας Σάρωσης DSC μέσω της οποίας ελέγχθηκε και επιβεβαιώθηκε το ποσοστό πολυμερισμού τους. Στην παρούσα εργασία ορίστηκαν τρεις διαδικασίες γήρανσης:(α) τοποθέτηση των δοκιμίων σε λουτρό απιονισμένου νερού στους 200C έως το σημείο ισορροπίας (AP2),(β) τοποθέτηση των δοκιμίων σε φούρνο στους 2300C για 30 μέρες (AP3) και (γ) τοποθέτηση των δοκιμίων σε φούρνο στους 2300C για 16h και σε λουτρό απιονισμένου νερού στους 200C για 16h με διάρκεια δέκα κύκλων. Αρχικά, και προ της γήρανσης τους, τα υλικά χαρακτηρίστηκαν ως προς την διαστρωματική τους αντοχή σε διάτμηση μέσω της διεξαγωγής πειραμάτων κάμψης τριών σημείων SBS (Short Beam Strength) με βάση το στάνταρντ ASTM D2344(M) και ως προς τη θερμομηχανική τους απόκριση με χρήση της πειραματικής διάταξης Δυναμικής-Μηχανικής Ανάλυσης DMA (Dynamic Mechanical Analysis). Στη συνέχεια, ακολούθησε ο χαρακτηρισμός των δοκιμίων που υποβλήθηκαν στις παραπάνω διαδικασίες γήρανσης ως προς την διαστρωματική αντοχή τους σε διάτμηση και τις θερμομηχανικές τους ιδιότητες. Επίσης, πραγματοποιήθηκε μικροσκοπικός χαρακτηρισμός των δοκιμίων μέσω της ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης SEM (Scanning Electron Microscopy). Συγκρίνοντας τη συμπεριφορά, μεταξύ των δοκιμίων αναφοράς και των δοκιμίων που είχαν υποβληθεί σε κάποια από τις διαδικασίες γήρανσης, στην περίπτωση του θερμοοξειδωτικού και του συνδυασμένου περιβάλλοντος γήρανσης παρατηρήθηκε υποβάθμιση των ιδιοτήτων και μεγάλη αλλαγή/απώλεια στη μάζα των υλικών. Στην περίπτωση του υγροθερμικού περιβάλλοντος παρατηρήθηκε υψηλή απορρόφηση υγρασίας σε όλα τα δοκίμια ενώ όσον αφορά τις ιδιότητές τους άλλα τις διατήρησαν και άλλα υπέστησαν πολύ μικρές μεταβολές σε σύγκριση με τις αρχικές τους. Από την παραπάνω διαδικασία προέκυψε συζήτηση και αρχικά συμπεράσματα για τους μηχανισμούς που πιθανώς έδρασαν σε κάθε διαδικασία γήρανσης. / The aim of the current investigation was to study the environmental aging of fiber reinforced polymer composites with cyanate ester resin at extreme thermooxidative, hydrothermal and combined environmental conditions. During the ageing mechanical, thermo-mechanical as well as optical characterization was performed aiming at an initial study of the active degradation mechanisms under the defined environmental conditions. For this purpose five laminated plates were developed three of which bore a reinforcement of eight layers of glass fiber preimpregnated 2 * 2 twill woven cloth (GFRPs) with three different cyanate ester matrices (PN901-G201-45 {GRT}, HTM143, MTM110). The aforementioned three plates were manufactured by the Hand Lay Up Vacuum Bag method. Regarding the two other plates which arose by following the resin transfer molding RTM technique in a known institute of research located in Spain (Tecnalia), two different types of cyanate ester resin (DT-4000, PT-30) were used as matrices for impregnation of a 5H Satin woven carbon cloth (CFRPs). The above procedure leaded to two plates of five layers. The plates were initially tested qualitatively through the ultrasonic C-Scan method from which the homogeneity of the plates was confirmed. Moreover the curing percentage was checked by using the Differential Scanning Calorimetry DSC method. For the environmental ageing of the aforementioned plates three aging processes were specified as following: (a) control of hydrothermal degradation by immersing the samples in a bath of deionized water at 200C until the equilibrium point (AP2), (b) control of thermo-oxidative degradation by placing the samples in an oven at 2300C for 30 days (AP3), and finally (c) control of materials degradation in cycled environmental conditions that combine both thermo-oxidative and hydrothermal atmosphere by keeping the samples at 2300C for 16h that is followed by their immersion in deionized water bath at 200C for 16h with duration ten cycles. Initially, and prior to aging, the materials were characterized towards their unaged response by conducting three point bending SBS (Short Beam Strength) experiments under the standard ASTM D2344 (M) as well as thermomechanical measurements by performing Dynamic Mechanical Analysis DMA (Dynamic Mechanical Analysis) measurements. This was followed by the characterization of the samples after the aforementioned aging processes towards the interlaminar shear strength and thermo-mechanical properties. In parallel with the above microscopic characterization of samples by scanning electron microscopy SEM (Scanning Electron Microscopy) was take place, too. Comparing the behavior between reference specimens and the aged specimens subjected to environmental ageing under thermooxidative atmosphere the oxidation seemed to be the main degradation mechanism in all material systems without excluding the synergistic effect of rest of the possible active degradation mechanism (e.g. further crosslinking, chain scission etch.). As for the hydrothermal environment the analysis of the results allowed to say that the plasticization is mainly activated under the specific conditions. Finally as far as the response of the materials under the cycled and combined environmental conditions is concerned, no certain conclusion for the main degradation mechanisms could be derived as the phonomemenon is too complicated.

Κατά την διάρκεια των αμέσως προηγούμενων δεκαετιών, η οικοδομική βιομηχανία ενσωμάτωσε τα πολυμερή και τα σύνθετα υλικά πολυμερικής μήτρας στο φάσμα των μεθόδων και υλικών που χρησιμοποιεί για ένα μεγάλο αριθμό εφαρμογών. Τα υλικά πολυμερικής μήτρας μπορούν είτε να εφαρμοστούν σε υφιστάμενα στοιχεία των κατασκευών (π.χ. ελάσματα άνθρακα σε στοιχεία από οπλισμένο σκυρόδεμα) ή μπορεί να χρησιμοποιηθούν για την αντικατάσταση συμβατικών δομικών υλικών (π.χ. αντικατάσταση ράβδων χάλυβα με ράβδους υάλου ή άνθρακα). Εφόσον το σκυρόδεμα είναι ένα από τα πιο σημαντικά σύγχρονα οικοδομικά υλικά, έχει διεξαχθεί εκτεταμένη έρευνα στον τομέα της χρήσης πολυμερών για την βελτίωση των φυσικών και μηχανικών ιδιοτήτων του. Δύο κύριες στρατηγικές έχουν ακολουθηθεί: Η πρώτη στρατηγική δεν αλλοιώνει την τσιμεντοειδή μήτρα του υλικού. Δυο κατηγορίες έχουν προκύψει από την εφαρμογή αυτής της στρατηγικής : το εμποτισμένο με πολυμερή σκυρόδεμα (Polymer Impregnated Concrete (PIC) και το τροποποιημένο με πολυμερή σκυρόδεμα (Polymer Modified Concrete (PMC). Το PIC είναι σκυρόδεμα που μετά την σκλήρυνση του έχει εμποτιστεί με ένα πολυμερές χαμηλού ιξώδους ενώ το PMC είναι ένα σκυρόδεμα στην μάζα του οποίου, ενώ βρίσκεται ακόμα στην ρευστή φάση, έχουν προστεθεί πολυμερή. Η δεύτερη στρατηγική η τσιμεντοειδής μήτρα του σκυροδέματος αντικαθίσταται εντελώς από μια πολυμερική μήτρα. Το παράγωγο αυτής της διαδικασίας ονομάζεται πολυμερικό σκυρόδεμα {Polymer Concrete (PC)}. Αυτή η εργασία είναι μια πειραματική διερεύνηση των μηχανικών ιδιοτήτων πολυμερικού σκυροδέματος που αποτελείται από εποξειδική ρητίνη και μαρμαρόσκονη, που από κοινού θα αποτελούν την υβριδική μήτρα του υλικού, και διάφορους τύπους ενίσχυσης όπως ίνες υάλου, σφαιρίδια υάλου και ίνες χάλυβα. Οι μηχανικές ιδιότητες (μέτρο ελαστικότητας και αντοχή) των υλικών διερευνήθηκαν υπό συνθήκες κάμψης τριών σημείων (TPB) ενώ αναπτύχθηκε και εφαρμόστηκε ένα εμπειρικό μοντέλο σε μια προσπάθεια να υπολογιστεί η μεταβολή του μέτρου ελαστικότητας συναρτήσει της περιεκτικότητας σε ενίσχυση. Επιπρόσθετα, η δομή των υλικών που κατασκευάστηκαν διερευνήθηκε με την μέθοδο της ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης (Scan Electron Microscopy - SEM). Τα πολυμερή είναι γνωστό ότι υφίστανται έντονη υποβάθμιση των μηχανικών τους ιδιοτήτων υπό την επίδραση υψηλών θερμοκρασιών. Για τον λόγο αυτό ακολουθήθηκε μια πειραματική διαδικασία ώστε να διερευνηθεί ποσοτικά η έκταση αυτής της υποβάθμισης όταν το υλικό υποβληθεί σε μια ανοικτή φλόγα αερίου (βουτανίου/προπανίου). Επιπροσθέτως, διερευνήθηκε η επίδραση της περιεκτικότητας σε ενίσχυση στον περιορισμό της έκτασης της υποβάθμισης, ενώ έγινε προσπάθεια για την ανάπτυξη και εφαρμογή μοντέλων για την πρόβλεψη της υποβάθμισης που προκαλείται υπό διαφορετική χρονική διάρκεια έκθεσης στην φλόγα.Τέλος, και εξαιτίας του γεγονότος ότι τα πολυμερή χαρακτηρίζονται από έντονη βισκοελαστική συμπεριφορά, διεξήχθη μια πειραματική διαδικασία (χαλάρωση υπό συνθήκες κάμψης τριών σημείων) με σκοπό να μελετηθούν οι βισκοελαστικές ιδιότητες των υλικών που κατασκευάστηκαν. Παράλληλα, αναπτύχθηκαν και εφαρμόστηκαν μοντέλα που μπορούν να αναπαράγουν την βισκοελαστική συμπεριφορά τους. / During last decades, building industry has incorporated polymers and polymer matrix composites in the spectrum of the available methods and materials for a number of applications. Polymers matrix composites can either be applied on existing structure members (e.g. carbon fiber plates on concrete beams) or they can be used to substitute traditional building materials (e.g. glass or carbon fibers rebars substituting concrete reinforcement steel rebars). Since concrete is one of the most important modern building materials, quite extensive research has been made in the field of enhancing its properties by the use of polymers. Two main strategies have been followed. First strategy does not alter the cementious composition of the material. Two main categories are derived from this approach: Polymer Impregnated Concrete (PIC) and Polymer Modified Concrete (PMC). PIC is hardened concrete which is impregnated by a low-viscosity polymer, while PMC is a cementious concrete which, when still in liquid phase, polymers are added in its mass. In the second strategy, cementious matrix is totally replaced by a polymer. The product of these procedure is called Polymer Concrete (PC). This work is an experimental investigation of a polymer concrete material consisting of a polymer epoxy matrix and marble sand, serving as a hybrid matrix, and various types of reinforcements, namely short E-glass fibers, E-glass beads and short stainless steel fibers. The mechanical properties (stiffness and flexural strength) of the materials are investigated by means of three-point bending tests (TPB) and a empirical model is developed and applied in order to reproduce the stiffness variation due to variation of the reinforcement content. Additionally, scan electron microscopy (SEM) was used in order to investigate the structure of the materials that were manufactured. Since polymers are known to exhibit high degradation of their mechanical properties under elevated temperatures, an experimental scheme was conducted to investigate, in a quantitative manner, the extend of degradation that an open gas flame causes to the materials manufactured. The role of reinforcement content in limiting mechanical degradation was studied. Additionally, an effort was made to develop and apply models capable of predicting degradation at different exposure to flame time periods. Finally, and due to the fact that polymers are characterized by strong viscoelastic behavior, an experimental procedure was conducted in order to investigate relaxation behavior of the materials manufactured and tested. Relaxation experiments were conducted on material specimens and the results were used to apply and validate a number of models used to reproduce their viscoelastic behavior.