Στην παρούσα διπλωματική εργασία πραγματοποιείται μία τεχνικο-οικονομική μελέτη ενός διασυνδεδεμένου με το δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας της Δ.Ε.Η. φωτοβολταϊκού σταθμού παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, με ονομαστική εγκατεστημένη ισχύ αιχμής 100kWp. Ο συγκεκριμένος φ/β σταθμός μελετήθηκε για το γεωγραφικό πλάτος της Πάτρας. Στις μέρες μας, η ανάπτυξη φ/β πάρκων παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας γνωρίζει μεγάλη άνθηση και το μέλλον σε αυτόν τον τομέα αναμένεται ακόμη πιο ευοίωνο, ειδικά για μία χώρα με τόσο πλούσιο ηλιακό δυναμικό όπως η Ελλάδα. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μία σύντομη αναφορά στην παγκόσμια, ευρωπαϊκή και ελληνική πραγματικότητα στον τομέα της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται μία λεπτομερής ανάλυση του φωτοβολταϊκού φαινομένου και γενικότερα της φωτοβολταϊκής τεχνολογίας. Επίσης, αναλύονται τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά των φ/β στοιχείων και οι σημαντικότεροι παράγοντες που τα επηρεάζουν. Στο τρίτο κεφάλαιο γίνεται η περιγραφή και ανάλυση των επιμέρους στοιχείων που συνθέτουν ένα φωτοβολταϊκό σύστημα. Στο τέταρτο κεφάλαιο εξηγούνται βασικές οικονομικές έννοιες και παρουσιάζονται τρόποι αξιολόγησης μίας επένδυσης. Στο πέμπτο κεφάλαιο πραγματοποιείται μία λεπτομερής τεχνική μελέτη του φ/β σταθμού παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Η μελέτη αυτή αφορά το σύνολο του ηλεκτρομηχανολογικού εξοπλισμού που θα χρησιμοποιηθεί (φ/β πλαίσια, αντιστροφείς, καλωδιώσεις, συστήματα προστασίας, βάσεις στήριξης, γειώσεις, σύστημα αντικεραυνικής προστασίας, τοπογραφική διάταξη κλπ). Επίσης, υπολογίζεται η τελική απόδοση του φ/β πάρκου. Στο έκτο κεφάλαιο πραγματοποιείται η οικονομική μελέτη του συστήματος και ερευνάται η οικονομική βιωσιμότητα ενός τέτοιου έργου. Εξετάζονται τρεις διαφορετικές περιπτώσεις χρηματοδότησης και επιλέγεται η πιο συμφέρουσα οικονομικά. Στο έβδομο κεφάλαιο πραγματοποιείται μία μελέτη-προσομοίωση του φ/β συστήματος στον υπολογιστή, με τη βοήθεια του προγράμματος PSCAD. Αρχικά μελετάμε κάθε επιμέρους στοιχείο ενός φ/β συστήματος ξεχωριστά και στη συνέχεια τα συνθέτουμε όλα μαζί και μελετάμε το συνολικό σύστημα. Παρουσιάζεται η απόκριση του συστήματος σε κανονικές συνθήκες λειτουργίας, η επίδραση που έχουν οι μεταβολές της ακτινοβολίας και της θερμοκρασίας, μελετώνται οι αρμονικές και τέλος εξετάζεται η απόκριση του συστήματος σε απότομες μεταβολές της ακτινοβολίας (π.χ. σε παροδική συννεφιά). / The aim of the present thesis is the analysis of a grid connected photovoltaic system, which generates all its produced electrical power to the grid and has a nominal power of 100 kWp. In nowadays there is a significant rise in photovoltaic investments and the immediate future is expected to be more auspicious. In the first chapter, there is a brief presentation of the global, European and Greek situation in the section of electricity generation. In the second chapter, a detailed analysis of the photovoltaic technology is presented. There is a description of the materials and technologies used to manufacture solar cells. Moreover, the electrical properties of cells and modules are explained in detail and also the factors affecting their efficiency. In the third chapter, the main parts of a photovoltaic system are presented in detail. In the fourth chapter, there is a theoretical economic analysis. Specifically, basic economic terms are explained and tools for investment assessment are given. In the fifth chapter, there is a detailed technical study of a grid connected photovoltaic system. All the electrical and mechanical equipment is concerned (pv modules, inverters, wiring, groundings, electrical protection equipment etc). Moreover, the annually produced electrical energy is being estimated. In the sixth chapter, an economic study is presented and the economic sustainability of the investment is investigated. In the seventh chapter, we use the program PSCAD in order to simulate and analyse the photovoltaic system in the computer. Firstly we analyse each part of the photovoltaic system separately and afterwards we compose all these parts together and we analyse the whole system. The system’s response in normal operating conditions, the impact of changes in solar radiation and in cells’ temperature, the harmonics and lastly the system’s response in rapid change of solar irradiance, are all studied in this chapter.

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής είναι να μελετήσουμε την επίδραση της θερμοκρασίας στα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά διαφορετικών τύπων φωτοβολταϊκών πλαισίων σε συνθήκες πραγματικής λειτουργίας μέσα από τα αριθμητικά αποτελέσματα των μετρήσεων. Αρχικά αναφέρονται οι πηγές ενέργειας και γίνεται μία ιστορική αναδρομή του φωτοβολταίκού φαινομένου. Στη συνέχεια αναλύεται η συμπεριφορά των ημιαγωγών, τα είδη και οι τεχνολογίες των φωτοβολταϊκών κυττάρων συμπεριλαμβανομένων εκείνων που μελετάμε. Τα φωτοβολταϊκά πλαίσια που χρησιμοποιήθηκαν σε αυτή την εργασία είναι το πλαίσιο δισεληνοϊνδιούχου χαλκού(CIS) SHELL ECLIPSE 75-C, το πλαίσιο μονοκρυσταλλικού πυριτίου Conergy Q 80 MI και το πλαίσιο πολυκρυσταλλικού πυριτίου Sharp NE-80E2E. Πραγματοποιήσαμε μετρήσεις των ηλεκτρικών μεγεθών σε ποικίλες καιρικές συνθήκες. Οι μετρήσεις έγιναν στην ταράτσα του κτιρίου των Ηλεκτρολόγων μηχανικών και τα πλαίσια ήταν προσανατολισμένα προς το Νότο καθώς η Ελλάδα βρίσκεται στο Βόρειο ημισφαίριο της γης. Επίσης η κλίση των πλαισίων ήταν σταθερή στις 38ο που είναι ίση με το γεωγραφικό πλάτος του τόπου. Οι μετρήσεις, οι οποίες λήφθηκαν με τη βοήθεια συσκευής χάραξης καμπύλων I-V, έγιναν για 9 μήνες (από τον Μάρτιο έως το Νοέμβριο του 2011) και είχαν διάρκεια όλη την ημέρα. Μετρήσεις έγιναν και σε ηλιόλουστες και σε συννεφιασμένες μέρες. Τα δεδομένα που λάβαμε μας οδήγησαν σε συμπεράσματα σχετικά με το πώς η θερμοκρασία πλαισίων επιδρά στα ηλεκτρικά μεγέθη που επηρεάζουν την απόκριση των πλαισίων. Στη συνέχεια υπολογίζεται η μηνιαία αποδιδόμενη ενέργεια των πλαισίων με τη βοήθεια των πειραματικών δεδομένων μας αλλά και με τη βοήθεια του προγράμματος PV SOL μέσω του οποίου μοντελοποιήσαμε το σύστημά μας για να συγκρίνουμε τα αποτελέσματα. / The aim of this diploma thesis is to study the effect of temperature on the electrical characteristics in different types of photovoltaic modules. First, energy sources and the history of the photovoltaic phenomenon are analyzed. Secondly, the behavior of the semiconductors, the types and the technologies of the photovoltaic cells are analyzed, including the cells that we are studying. In this work we used one module of copper indium diselenide (CIS) SHELL ECLIPSE 75-C, one module of Monocrystalline Silicon Conergy Q 80 MI and one module of Polycrystalline Silicon Sharp NE-80E2E. These measurements of the electrical characteristics of the above solar modules were carried out under several weather conditions. The measurements have been realized on the roof of the building of the department of Electrical and Computer Engineering at the University of Patras and the orientation of the modules was always South. The modules were placed at tilt angle of 38o, which is equal to the latitude. These measurements have been realized during nine months (March - November 2011), using a device that enables the measurement of the Ι – V curve. Conclusions were extracted about the effect of temperature on the electrical characteristics that have influence on the electrical response of the modules. Moreover, we estimated the energy produced by the solar modules during the measurements. In the final part of this thesis, we tried to simulate our photovoltaic system in order to compare the measured results to the experimental, by using the computer modeling system PV SOL.

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

Στην παρούσα εργασία, γίνεται μια παραμετρική διερεύνηση για το σχεδιασμό αυτόνομων φωτοβολταϊκών συστημάτων για περιοχές της νοτίου Ελλάδος. Ο όρος «αυτόνομα», αναφέρεται στα φωτοβολταϊκά συστήματα τα οποία λαμβάνουν την ηλιακή ενέργεια, την μετατρέπουν σε ηλεκτρική ενέργεια και εν συνεχεία μέσα από διάφορες ηλεκτρικές διατάξεις (μετατροπείς DC/DC, DC/AC κ.ά.) τροφοδοτούν είτε απευθείας είτε μέσω συσσωρευτών, το απαιτούμενο φορτίο. Μερικές κύριοι παράμετροι που μελετώνται είναι η κλίση της φωτοβολταϊκής συστοιχίας, η επιφάνεια της, το μέγεθος συσσωρευτών κ.ά.. Η μελέτη αυτή λαμβάνει χώρα για εφτά πόλεις τις νοτίου Ελλάδας, με δεδομένα την ηλιακή ενέργεια που φθάνει σε κάθε πόλη για κάθε μήνα του χρόνου. Πιο συγκεκριμένα, στο κεφάλαιο 1, γίνεται μια εισαγωγή στην ηλεκτρική ενέργεια και στις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Στο κεφάλαιο 2, μελετάται το φωτοβολταϊκό φαινόμενο και γενικότερα τα φωτοβολταϊκά κύτταρα. Στο κεφάλαιο 3, μελετάται η σύνδεση πολλών φωτοβολταϊκών κυττάρων για το σχηματισμό ενός πλαισίου, ενός πάνελ ή μιας συστοιχίας. Στο κεφάλαιο 4, γίνεται αναφορά στα διάφορα είδη συσσωρευτών που υπάρχουν στα φωτοβολταϊκά συστήματα. Στο επόμενο 5ο κεφάλαιο, μελετάται η ηλιακή ακτινοβολία και πως μεταβάλλεται αυτή ανάλογα με τη κλίση της επιφάνειας πρόσπτωσης, και επίσης ποια είναι η βέλτιστη κλίση της συστοιχίας. Τέλος, στα κεφάλαια 6 και 7, γίνεται η παραμετρική διερεύνηση για το σχεδιασμό αυτόνομων Φ/Β συστημάτων. Πιο συγκεκριμένα, στο 6ο μελετάται η επίδραση των διαφόρων παραμέτρων για ετήσια λειτουργία του συστήματος, ενώ στο 7ο, για θερινή λειτουργία. / The present work presents a research on the parameters of autonomous photovoltaic systems for regions of south Greece. The term "autonomous" is referred to photovoltaic systems which receive solar power, they convert it into electric power and after that, through various electrical devices (converters DC/DC, DC/AC etc.) they feed either directly, or through batteries, the required load. Some main parameters that are studied are the tilt angle and surface of the photovoltaic array, the size of the batteries, etc. This research is carried out for seven cities of south Greece, with incoming data the solar radiation that arrives in every city for every month of the year. 5 More specifically, in chapter 1, there is an introduction about electric power and renewable energy sources. In chapter 2, it is studied what the photovoltaic effect is and generally the photovoltaic cells. In chapter 3, there is a research about connecting many photovoltaic cells, which are more commonly known as panels or arrays. Chapter 4 is dealt with to the various types of batteries that are used in the photovoltaic systems. In chapter 5, the solar radiation is studied and how it changes depending on the tilt angle of the surface of incidence and also which is the optimal inclination of the array. Finally, in chapters 6 and 7, there is a parametric research on the design of autonomous PV systems. More precisely, in chapter 6 is studied the effect of various parameters on the design of the system when the system is operating during the whole year, while in chapter 7, when the system is operating only during the summer period.

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται την μελέτη, προσομοίωση και κατασκευή διάταξης διασύνδεσης φωτοβολταϊκών συστημάτων δύο βαθμίδων με το δίκτυο της χαμηλής τάσης. Αντικείμενο της εργασίας ήταν η πρώτη βαθμίδα που αναλαμβάνει την ανύψωσης της τάσης, που δίνει στην έξοδο ένα φωτοβολταϊκό πλαίσιο, με σκοπό να συνδεθεί στην επόμενη βαθμίδα, όπου γίνεται η αντιστροφή της τάσης. Το κύκλωμα που μελετήθηκε είναι ένας μετατροπέας ανύψωσης και σταθεροποίησης της τάσης εξόδου και επιλέχθηκε από τη σειρά των μετατροπέων Luo. Συγκεκριμένα έπειτα από μελέτη των τοπολογιών και με βάση τις προδιαγραφές που είχαμε στη παρούσα εργασία έγινε η επιλογή δύο διατάξεων ως οι πιο κατάλληλες για την εφαρμογή. Η διάταξη Re-lift ανύψωσης τάσης και το στοιχειώδες κύκλωμα Υπέρ-Ανύψωσης Τάσης μελετήθηκαν θεωρητικά και έγινε προσομοίωση της λειτουργίας τους με πραγματικά στοιχεία. Με βάση τα αποτελέσματα που λήφθηκαν έγινε σύγκριση των δύο μετατροπέων και επιλέχθηκε η μία εκ των δύο για κατασκευή. Τελικά στο εργαστήριο κατασκευάστηκε το στοιχειώδες κύκλωμα Υπέρ-Ανύψωσης Τάσης και ο έλεγχος της διάταξης έγινε με τη χρήση μικροελεγκτή (dsPIC30F4011). Τα πειραματικά αποτελέσματα επιβεβαίωσαν την θεωρητική ανάλυση που έγινε και την ορθή λειτουργία του κυκλώματος. Ο βαθμός απόδοσης που προέκυψε στις πειραματικές μετρήσεις θεωρείται μάλλον χαμηλός της τάξης του 80% για την εφαρμογή αυτή, καθώς αποτελεί την πρώτη βαθμίδα σε σύστημα δύο βαθμίδων. Η συμπεριφορά όμως και το κέρδος τάσης είναι ικανοποιητικά για εφαρμογές χαμηλής ισχύος. / The present diplomatic work deals with the study, simulation and manufacture of a device for the connection of photovoltaic systems of two stages with the network of low voltage. Object of the work was the first stage that undertakes the elevation of voltage; we receive at the output of a photovoltaic panel, so as to connect it with the next stage, where the voltage is inverted. The circuit that was studied is a converter of elevation and stabilisation of the output voltage was selected from the Luo converters. In particular, after studying the topologies and taking into account the specifications that we had in the present work, two topologies were chosen as the most suitable for the application. The Re-lift converter and the elementary circuit of the superlift converters were studied theoretically and their operation was simulated with real elements. Based on the results that were taken, the two converters were compared and was selected which one of the two to manufacture. Finally the superlift elementary circuit was manufactured in the laboratory and the control of the circuit was done with the use of a microcontroller (dsPIC30F4011). The experimental results confirmed the theoretical analysis and the correct operation of the circuit. The degree of efficiency that resulted in the experimental measurements is considered rather low in the order of 80% for this application, while it constitutes the first stage in a system of two stages. The behaviour however and the voltage transfer gain are satisfactorily for applications of low power

Στην περιγραφόμενη διπλωματική εργασία μελετώνται τα αυτόνομα φωτοβολταϊκά συστήματα και γίνεται η μελέτη για την τροφοδότηση μιας αγροικίας στην περιοχή της Πάτρας. Τέτοια συστήματα αποτελούνται από φωτοβολταϊκά πλαίσια, συσσωρευτές και ηλεκτρονικές διατάξεις. Τα πλαίσια είναι αυτά που συλλέγουν την ηλιακή ακτινοβολία και μέσω ενός μηχανισμού, που λέγεται φωτοβολταϊκό φαινόμενο, την μετατρέπουν σε ηλεκτρική ενέργεια. Οι συσσωρευτές αποθηκεύουν ηλεκτρική ενέργεια, την οποία εκμεταλλευόμαστε όταν η ζήτηση είναι μεγαλύτερη από την παραγωγή. Οι ηλεκτρονικές διατάξεις, δηλαδή ο μετατροπέας τάσης και ο ελεγκτής φόρτισης, ευθύνονται για την μετατροπή της συνεχούς ισχύος σε εναλλασσόμενη καθώς, επίσης, και για την ομαλή λειτουργία του συστήματος. Αφού γίνει παρουσίαση όλης της θεωρίας και των μαθηματικών τύπων που απαιτούνται, γίνεται εφαρμογή τους μέσω του σχεδιασμού του κατάλληλου φωτοβολταϊκού συστήματος για την τροφοδότηση της αγροικίας. / The subject of this diploma thesis is the study of stand-alone photovoltaic systems. Such systems include photovoltaic modules, batteries, inverters and charge controllers as well. The photovoltaic modules collect solar energy and transform it into electrical energy via a mechanism that is called photovoltaic effect. Batteries storage electrical energy and are used when the electrical demand is greater than the energy generated by the modules. Inverters are used to convert DC power into AC power and charge controllers connect or disconnect the batteries from the system, as needed. After presenting the theory data required, a stand-alone photovoltaic system is designed so as to supply a country house.

Τα οργανικά φωτοβολταϊκά (OPV) είναι συσκευές που παρουσιάζουν μια ελκυστική λύση για εφαρμογές ηλιακής ενέργειας λόγω του χαμηλού κόστους παραγωγής τους, της μηχανικής ευκαμψίας και τη δυνατότητα παραγωγής συσκευών μεγάλης έκτασης και μικρού βάρους. Οι πιο αποδοτικοί δέκτες ηλεκτρονίων μέχρι σήμερα στα OPVs βασίζονται σε τροποποιημένα φουλερένια. Ωστόσο, χρειάζονται περαιτέρω βελτιώσεις προκειμένου να επιτευχθεί πιο αποτελεσματική μεταφορά των διαχωρισμένων φορέων στα αντίστοιχα ηλεκτρόδια. Προσπάθειες προς αυτή την κατεύθυνση έχουν γίνει, είτε επηρεάζοντας την αναμειξιμότητα μεταξύ του δότη και δέκτη είτε με την ανάπτυξη πιο αποτελεσματικών δοτών ή δεκτών ηλεκτρονίων. Νέα υβριδικά υλικά με βάση το φουλλερένιο έχουν χρησιμοποιηθεί για να επηρεάσουν τις ημιαγώγιμες ιδιότητες των πολυμερών. Δεδομένου ότι οι πολυκινολίνες αποτελούν μια από τις πλέον υποσχόμενες κατηγορίες πολυμερών μεταφοράς φορτίου (οπής ή ηλεκτρονίου) για εφαρμογή σε διάφορες οπτοηλεκτρονικές εφαρμογές, ο συνδυασμός τους με C60 αναμένεται να παράσχει μια λύση για την ενίσχυση των οπτικών, μορφολογικών και ηλεκτρονικών τους ιδιοτήτων. Πρόσφατη έρευνα έχει δείξει ότι η τροποποίηση των πολυκινολινών ώστε να έχουν χαμηλότρες τιμές LUMO θα ενισχύσει τις ιδιότητες τους ως δέκτες ηλεκτρονίων. Στην εργασία αυτή μελετήθηκαν οι ηλεκτρονικές ιδιότητες διαφόρων υλικών που αντιστοιχούν στα διαδοχικά στάδια σύνθεση ενός νέου υβριδικού συμπολυμερικού δέκτη μέσω των φασματοσκοπιών φωτοηλεκτρονίων από ακτίνες-Χ και ακτινοβολία UV (XPS/UPS). Το τελικό υβριδικό πολυμερές που μελετήθηκε είναι η πολυ-πενταφθόροφενυλοκινολίνη η οποία υβριδίστηκε με C60 (P5FQ-C60). Το μονομερές πενταφθόροφενυλοκινολίνη (Ph5FQ), το καθαρό C60 και το υβριδικό μονομερές Ph5FQ-C60 έχουν επίσης μελετηθεί. Επίσης μελετήθηκαν τα υβριδικά συμπολυμερή P3OT-co-P5FQ και P3OT-co-(P5FQ-Ν-C60) με αναλογία 1:10 για χρήση ως δέκτες ηλεκτρονίων με καλύτερη αναμειξιμότητα με τον δότη. Για την φασματοσκοπική έρευνα τα δείγματα αποτέθηκαν σε υποστρώματα Si με χρήση spin coating από διαλύματα τολουολίου, THF ή χλωροφορμίου. Οι μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν σε θάλαμο ανάλυσης υπερυψηλού κενού (βασική πίεση 5x10-9 mbar). Από τις μετρήσεις XPS η κορυφή F1s των μη υβριδικών μορίων εμφανίστηκε σε ενέργεια σύνδεσης (BE) 688.3 eV, μια τιμή που αντιστοιχεί σε άτομα φθορίου με δεσμούς C-F. Η ίδια κορυφή μετατοπίζεται σε χαμηλότερες ενέργειες σύνδεσης σε όλα τα υβριδικά υλικά, υποδεικνύοντας την επίδραση των μορίων C60 στο ηλεκτρονιακό νέφος των φθορίων της κινολίνης. Από τα φάσματα UPS μετρήθηκε το υψηλότερο κατειλημμένο μοριακό τροχιακό (HOMO) σε σχέση με το επίπεδο Fermi καθώς και το κατώφλι υψηλών ενεργειών σύνδεσης (HBE) για κάθε υλικό. Από αυτά, υπολογίστηκε το έργο εξόδου τους, ενώ από το άθροισμα του έργου εξόδου και της ενέργειας σύνδεσης του ΗΟΜΟ υπολογίστηκαν οι Ενέργειες Ιονισμού (ΙΡ). Αυτή είναι μια χρήσιμη παράμετρος για τον χαρακτηρισμό των ημιαγώγιμων πολυμερών επειδή αντιστοιχεί στην απόσταση μεταξύ του ΗΟΜΟ και του επιπέδου κενού και σε συνδυασμό με το ενεργειακό χάσμα (Eg) μπορεί να υπολογιστεί η χαμηλότερο μη κατειλημμένο μοριακό τροχιακό (LUMO). Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι οι ιδιότητες των ημιαγώγιμων πολυμερών ή μονομερών μπορούν αποτελεσματικά να επηρεαστούν με υβριδοποίηση με χρήση νανοδομών του άνθρακα, που σε αυτή την περίπτωση είναι το C60. / Organic photovoltaic (OPV) devices present an attractive solution for solar energy applications due to their inherently low material costs, mechanical flexibility, and the potential of scalability to large area, light weight, devices. The most efficient electron accepting materials used so far in OPVs are based on modified fullerenes. However, further improvement is needed in order to achieve more efficient transport of the separated charges to the respective electrodes. Attempts to this direction have been made either by influencing the miscibility between the donor and acceptor phases or by the development of more efficient electron donor or electron acceptor materials. New hybrid materials comprising of fullerene can been used to tune the semiconducting properties of polymers. Since polyquinolines are one of the most promising classes of electron-transporting and electron-accepting polymers for use in various optoelectronic applications their combination with C60 is expected to provide a route for the modulation of their optical, morphological as well as their electronic properties. Previous work has shown that the modification of polyquinolines towards lower LUMO values will increase their electron accepting properties. In this work the electronic properties of various materials that correspond to the sequential synthesis steps of a novel hybrid copolymeric acceptor are investigated by x-ray and UV photoelectron spectroscopies (XPS/UPS). The hybrid material under investigation is the newly synthesised poly-perfluorophenylquinoline(P5FQ-C60) hybridised with C60. The perfluorophenylquinoline monomer (P5FQ, Fig1a), C60 on its own and the hybrid P5FQ-C60 are also studied. The hybrid copolymers P3OT-co-P5FQ and P3OT-co- (P5FQ-N-C60) with a ratio of 1:10 are also studied for use as electron acceptors to confer better miscibility with the donor. For the spectroscopic investigation the samples were deposited on Si substrates by spin coating from toluene,THF or chloroform solutions. The measurements were carried out in an ultrahigh vacuum analysis chamber (base pressure 5x10-9 mbar) equipped with a hemispherical electron energy analyzer, a twin anode X-ray source for XPS and a discharge UV lamp for UPS. The XPS F1s photo-peak from the non hybrid samples appeared at binding energy (BE) 688.3 eV, a value that corresponds to fluorine atoms in C-F bonds. The same peak was shifted to lower binding energy in the case of all hybrid materials. Despite the fact that the F1s peak has a measurable signal, the C1s component corresponding to C-F bonds (BE=289.4 eV) appeared to be at noise level for all the materials under investigation. This is attributed to the fact that the photoionization cross section of C1s is about four times lower than that for F1s. From the UP spectra the Highest Occupied Molecular Orbital (HOMO) with respect to the Fermi Level and the high binding energy (HBE) cut off can be measured. From the latter the work function of the material is calculated, while the sum of the work function and the binding energy of HOMO correspond to the Ionization Potential (IP). This is a useful parameter for the characterization of semiconducting polymers because it corresponds to the distance between the HOMO and the vacuum level and in combination with band gap (Eg) values can be used for the calculation of the Electron Affinity or in other words the Lowest Unoccupied Molecular Orbital (LUMO) position. The results demonstrate that the semiconducting properties of polymeric or monomeric materials can be effectively tuned by hybridization with carbon based nanostructures, in this case C60.

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

Στη παρούσα διπλωματική εργασία γίνεται ανάλυση και μοντελοποίηση ενός μικροδικτύου, που αποτελείται από μία φωτοβολταϊκή και μία αιολική μονάδα που τροφοδοτούν ένα ωμικο-επαγωγικό φορτίο και είναι συνδεδεμένες στο δίκτυο σε κοινό κόμβο εναλλασσόμενης τάσης. Το φωτοβολταϊκό σύστημα περιλαμβάνει έναν αντιστροφέα και έναν μετατροπέα συνεχούς τάσης σε συνεχή που ανυψώνει την τάση και παράλληλα είναι ανιχνευτής του σημείου μέγιστης ισχύος, ώστε να είναι μέγιστη η παραγόμενη ισχύς του συστήματος. Το αιολικό σύστημα μεταβλητών στροφών χρησιμοποιεί μια σύγχρονη μηχανή μόνιμου μαγνήτη (PMSG) και ένα σύστημα δύο μετατροπέων, πλήρους κλίμακας, πλάτη με πλάτη. Στις εξόδους των μετατροπέων χρησιμοποιήθηκαν κατάλληλα φίλτρα RL με στόχο την μείωση του αρμονικού περιεχομένου των τάσεων και των ρευμάτων εξόδου. Έγινε προσπάθεια να εφαρμοστεί μια στρατηγική ελέγχου, ώστε να ελεγχθούν κατάλληλα τα συστήματα με σκοπό την επίτευξη μέγιστης παραγωγής ισχύος. Τέλος, υλοποιήθηκε το παραπάνω σύστημα σε περιβάλλον Matlab/Simulink και έγινε προσομοίωση για διάφορες μεταβολές στην ακτινοβολία, την ταχύτητα του ανέμου και το φορτίο. Σκοπός ήταν η μελέτη της συμπεριφοράς της δεδομένης στρατηγικής ελέγχου που εφαρμόστηκε και η εξαγωγή συμπερασμάτων. Στο πρώτο κεφάλαιο ορίζεται η κατανεμημένη παραγωγή μέσω της διαφοροποίησής της από την κεντρικοποιημένη και παρουσιάζονται οι λόγοι της πρόσφατης επανεμφάνισής της. Επίσης, αναλύονται τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα αυτών και τέλος εισάγεται η έννοια του μικροδικτύου και τα βασικά χαρακτηριστικά του. Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται αναφορά στις μονάδες παραγωγής ενός μικροδικτύου και τις διαθέσιμες τεχνολογίες. Δίνεται έμφαση στις ανεμογενήτριες, τα φωτοβολταϊκά και συστήματα συμπαραγωγής αναλύοντας τα τεχνικά χαρακτηριστικά και την αρχή λειτουργίας τους. Στο τρίτο κεφάλαιο ορίζονται οι μονάδες μετατροπής ενέργειας, δηλαδή οι ηλεκτρονικοί μετατροπείς ισχύος. Εξετάζονται οι διάφορες κατηγοριοποιήσεις αυτών και αναφέρονται τα διάφορα είδη των ημιαγωγών ισχύος από τα οποία αποτελούνται. Τέλος, αναλύονται οι τύποι των ηλεκτρονικών μετατροπέων ισχύος που χρησιμοποιήθηκαν στο υπό μελέτη σύστημα. Στο τέταρτο κεφάλαιο γίνεται η εξαγωγή των μαθηματικών εξισώσεων που περιγράφουν το σύστημα καθώς και αναλυτική περιγραφή των τεχνικών και μεθοδων που χρησιμοποιήθηκαν για τον έλεγχο. Τέλος, στο πέμπτο κεφάλαιο δίνονται τα αποτελέσματα της προσομοίωσης υπό τη μορφή διαγραμμάτων καθώς και τα συμπεράσματα της μελέτης. / In the current thesis an analysis and modeling of a microgrid is conducted. The microgrid consists of one photovoltaic and one wind unit which are feeding an R-L load and are connected in a common node to the grid. The photovoltaic system includes an inverter and a Dc to Dc converter that elevates the voltage and at the same time is a maximum power point tracker. The variable speed wind turbin uses a permanent magnet synchronous generator (PMSG) and a system of two full scale, back to back converters. Proper RL filters were used in the outputs of the converters in order to reduce the harmonic content of the voltage and current output. An attempt was made to implement a control strategy in order to control the system appropriately with the aim of achieving production of maximum power. Finally, this particular system was implemented in a Matlab/Simulink environment and simulated for various changes in radiation, wind speed and load. The aim was to study the behavior of the given control strategy applied and to come to a conclusion. In the first chapter the distributed generation is defined through its diversification from the centralized one and the reasons for its recent revival are presented. In addition, the advantages and disadvantages of these are analyzed, and finally the concept of microgrid is introduced along with its main characteristics. In the second chapter a reference of the production units of a microgrid and the available technologies is made. Emphasis is placed on wind turbines, photovoltaic and cogeneration systems by analyzing their technical features and their principal of operation. In the third chapter there is the specification of the energy conversion units, namely the electronic power converters. Their various classifications are examined and the different types of power semiconductors of which they consist are mentioned. Finally, there is an analysis of the types of converters used in the system being tested. In the fourth chapter the extraction of the mathematical equations that describe the system is made, along with a detailed description of the techniques and methods used for its control. Finally, in the fifth chapter the results of the simulation are provided in the form of diagrams along with the conclusions of the study.

Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετώνται οι υπερτάσεις ενός φωτοβολταϊκού πάρκου που βρίσκεται στην Πάτρα οι οποίες προκαλούνται από πλήγματα κεραυνών. Στην εργασία χρησιμοποιείται το λογισμικό EMTP-ATP όπου στην εξομοίωση συμπεριλαμβάνεται το πλέγμα γείωσης αλλά και οι βάσεις στήριξης μαζί με το συλλεκτήριο σύστημα. Ειδικότερα, η εργασία μπορεί να συνοψιστεί ως εξής: Στο 1ο κεφάλαιο περιγράφεται η τεχνολογία των φωτοβολταϊκών. Παρουσιάζονται τα χαρακτηριστικά τους. Αρχικά περιγράφεται η Φ/Β κυψέλη και οι τύποι βιομηχανικής κατασκευής τους. Ακολούθως αναφέρεται η αρχή λειτουργίας του Φ/Β φαινομένου και τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά των Φ/Β κυψελίδων. Επίσης αναφέρονται οι κατηγορίες των Φ/Β συστημάτων και η δομή τους. Στο 2ο κεφάλαιο γίνεται λόγος στο φαινόμενο του κεραυνού. Αρχικά αναφέρονται τρία φαινόμενα που προκαλούν τα ηλεκτρικά φορτία στα νέφη και έπειτα τα είδη κεραυνικών εκκενώσεων. Παραθέτονται κάποια είδη κρουστικών υπερτάσεων από ατμοσφαιρικές υπερτάσεις κεραυνών και τα κύρια ηλεκτρικά χαρακτηριστικά τους. Τέλος, περιγράφεται ο κεραυνός σύμφωνα με τον κανονισμό IEC και επισυνάπτονται οι επιπτώσεις του που αφορούν υπερθερμάνσεις, μηχανικές καταπονήσεις και ηλεκτρομαγνητικά φαινόμενα. Στο 3ο κεφάλαιο παρουσιάζονται η μελέτη και ο σχεδιασμός συστημάτων αντικεραυνικής προστασίας. Η μελέτη περιέχει τις στάθμες προστασίας και τις μεταβλητές τις οποίες την καθορίζουν. Μετέπειτα υποδεικνύεται ο τρόπος επιλογής της στάθμης. Στον σχεδιασμό αναφέρονται οι ζώνες αντικεραυνικής προστασίας και τέλος περιγράφεται η εξωτερική και η εσωτερική εγκατάσταση αντικεραυνικής προστασίας. Στο 4ο κεφάλαιο γίνεται εγκατάσταση αντικεραυνικής προστασίας σε Φ/Β πάρκο στην Πάτρα. Περιγράφονται τα χαρακτηριστικά του επικείμενου Φ/Β πάρκου, η μελέτη και ο σχεδιασμός της αντικεραυνικής προστασίας του. Στο 5ο και τελευταίο κεφάλαιο, γίνεται η επιλογή του μοντέλου βάσεων στήριξης, πλέγματος γείωσης και κατακόρυφων ραβδών όπου και υπολογίζονται οι παράμετροι τους. Ακολούθως, γίνεται η εισαγωγή τους στο πρόγραμμα εξομοίωσης EMTP-ATP όπου εξετάζονται τρία διαφορετικά κυκλώματα. Το 1ο περιέχει μόνο το πλέγμα γείωσης συνδεδεμένο με τη βάση στήριξης αλλά και τους αγωγούς του συλλεκτηρίου συστήματος. Το 2ο περιέχει επιπρόσθετα από το πρώτο και ράβδους γείωσης των 2m (μία σε κάθε κόμβο του πλέγματος γείωσης όπου συνδέεται το συλλεκτήριο σύστημα) και το 3ο επιπρόσθετα από το δεύτερο ακόμα μία ράβδο γείωσης σε κάθε κόμβο του πλέγματος που συνδέεται το συλλεκτήριο σύστημα. Παρουσιάζονται οι γραφικές παραστάσεις και τα αποτελέσματα και των τριών κυκλωμάτων. Τέλος, εξάγονται τα συμπεράσματα, όσον αφορά τις τάσεις που αναπτύσσονται στους προς μελέτη κόμβους. / The present thesis studies the overvoltages of a solar park located in Patra caused by lightning strikes. In this work the EMTP-ATP software is used where the emulation includes the grounding grid and the support bases with the collector system. In particular, the paper can be summarized as follows: The 1st chapter describes the technology of photovoltaics and their characteristics are presented. Initially the PV cell and its industrial types are described. Then the principle of operation of PV phenomenon follows as well as the electrical characteristics of PV cells. The categories of PV systems and their structure are also listed. The 2nd chapter refers to the phenomenon of lightning. Originally referred to the three phenomenons that cause the electrical loads in the clouds and then sorts of lightning evacuations. Some types of impulse overvoltages from lightning atmospheric overvoltages and their main electrical characteristics are listed. Finally, the lightning in accordance with regulation IEC is described and the effects related to overheating, mechanical stresses and electromagnetic phenomenons are attached. The 3rd chapter presents the study and design of lightning protection systems. The study contains protection levels and variables which determine it. Later on, the way of choice of the level is indicated. In designing the lightning protection zones are refferred and finally the external and internal lightning protection installation are described. In the 4th chapter the lightning protection in a PV park in Patra is installed. It describes the features of the forthcoming PV park the study and design of lightning protection. In the 5th and last chapter, the choice of the model of support bases, grounding grid and vertical bars is been made where their parameters are calculated. Subsequently, by using the EMTP-ATP simulation programme three different circuits are examined. The first only contains the grounding grid connected to the base support but also, it contains the pipelines of the collector system. The 2nd contains in addition to the first grounding rods of 2 m (one on each node of the grounding grid where the collector system is connected) and the 3rd in addition to the first two grounding rods once on each node in the grid where the collector system is connected. The graphs and the results of all three circuits are presented. Finally, the conclusions are drawn, regarding the trends developed in to study nodes.