Η παρούσα διπλωματική εργασία καταπιάνεται με τη μελέτη της συμπεριφοράς των φωτοβολταϊκών πλαισίων σε καταπόνηση με κρουστικές τάσεις κεραυνών. Πιο συγκεκριμένα, εφαρμόστηκαν σε ένα φωτοβολταϊκό πλαίσιο κρουστικές τάσεις, συμφωνά με τον κανονισμό IEC 61730-2,και μετρήθηκε το αν και κατά πόσο επηρεάστηκε η λειτουργία του πλαισίου. Το πρώτο κεφάλαιο παρέχει το θεωρητικό πλαίσιο της έρευνας. Αναλυτικότερα, παρέχεται η αρχή λειτουργίας του μονοκρυσταλλικού πλαισίου, και αναφέρονται τα τεχνικά χαρακτηριστικά αυτού που χρησιμοποιήσαμε στην παρούσα εργασία. Παρατίθεται η αρχή λειτουργίας της κρουστικής γεννήτριας που χρησιμοποιήθηκε στο πειραματικό σκέλος και δίνεται ο ορισμός της κρουστικής τάσης. Τέλος, δίνονται πληροφορίες ως προς τη μετρητική συσκευή που χρησιμοποιήθηκε για τη μελέτη της καλής λειτουργίας του πλαισίου. Το δεύτερο κεφάλαιο σχετίζεται με το πειραματικό κομμάτι της έρευνας. Πιο συγκεκριμένα, παρατίθενται οι κρουστικές τάσεις που έπληξαν το πλαίσιο και γίνεται εκτενής και σαφής αναφορά στον κανονισμό IEC 61730-2 που υπαγορεύει τους κανόνες διεξαγωγής του πειράματος. Τέλος, παρουσιάζονται οι ακριβείς συνθήκες διεξαγωγής της πειραματικής διαδικασίας ενώ περιέχονται φωτογραφίες που πάρθηκαν κατά τη διάρκεια υλοποίησης της έρευνας. Στο τρίτο κεφάλαιο καταγράφονται τα αποτελέσματα των μετρήσεων καλής λειτουργίας του φωτοβολταϊκού πλαισίου και παρουσιάζονται σε πίνακες και χαρακτηριστικές I-V. Αποτελέσματα που πάρθηκαν τόσο πριν όσο και μετά από κάθε καταπόνηση. Κλείνοντας, στο τέταρτο και τελευταίο κεφαλαίο, εξάγονται συμπεράσματα και γίνεται εκτενής ανάλυση των αποτελεσμάτων που καταγράφηκαν στο κεφάλαιο 3. Τα τελικά συμπεράσματα σχετίζονται με το αν επηρεάστηκε ή όχι η καλή λειτουργία του κυττάρου. Ακόμα, παρουσιάζονται κάποιες αδυναμίες της έρευνας μας καθώς και κάποια ερωτήματα-προτάσεις περεταίρω διευρένησης, που μας γεννήθηκαν κατά την ενασχόλησή μας με το θέμα. / This thesis deals with the study of the behavior of the modules when applying lightning impulse voltages. In particular, percussive tendencies were applied to a solar cell, according to the regulation IEC 61730-2, and it was measured whether and how the functioning of the framework was affected. The first chapter provides the theoretical framework of the research. More specific, it is given the operating principle of the single crystal framework and there are referred the technical features which were used in this work. It is presented the operating principle of the impulse generator used in the experimental arm and it is given the definition of “voltage impulse”. Finally, there are presented information on the measuring device used to the study of the proper functioning of the framework. The second chapter is related to the experimental part of the investigation. To be more specified, there are given the percussive tendencies that affected cell and a detailed and clear reference to IEC 61730-2 regulation that dictates the rules of our experiments. Finally, we present the precise conditions under which the experimental procedure was done and there are contained photographs which were took during the implementation of the survey. In the third chapter, they are displayed the results of the measurements proper operation of photovoltaic panel and they are presented in tables and characteristic IV. The results were obtained both before and after each exposure Finally, in the fourth and final chapter, conclusions are drawn and there is a detailed analysis of the results recorded in chapter 3. The final conclusions relating to whether or not the proper cell function was affected . In conclusion, they are presented some shortcomings in our research and some questions (further recommendations for research), there were entered to our minds during our involvement with the issue.

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.

Στη συγκεκριμένη διπλωματική εργασία μελετάται η δομή και η λειτουργία φωτοβολταϊκών πλαισίων πολυκρυσταλλικού πυριτίου. Για το σκοπό αυτό είναι απαραίτητη τόσο η θεωρητική μελέτη και περιγραφή της λειτουργίας τους, όσο και η πειραματική προσέγγιση του θέματος. Αρχικά, παρουσιάζεται η δομή των ηλιακών κυττάρων, βασικών δομικών μονάδων των φωτοβολταϊκών πλαισίων. Στην αρχή δίνεται μια περιεκτική περιγραφή της λειτουργίας της p-n επαφής ώστε στη συνέχεια να γίνει ευκολότερα κατανοητός ο τρόπος που επιδρά το φωτοβολταϊκό φαινόμενο στη δομή αυτή. Αναλύονται ορισμένα μεγέθη που χρησιμοποιούνται στην επιστήμη των φωτοβολταϊκών καθώς και οι συνθήκες στις οποίες μετρώνται παγκοσμίως τα ηλιακά κύτταρα/πλαίσια προκειμένου να υπάρχει ένα κοινό μέτρο σύγκρισης. Η μελέτη ολοκληρώνεται με την πειραματική διαδικασία. Σε αυτήν αναλύονται διεξοδικά οι παράγοντες που επηρεάζουν τη λειτουργία των φωτοβολταϊκών σε μια πραγματική εγκατάσταση. Οι παράγοντες αυτοί είναι κυρίως περιβαλλοντικοί (ηλιοφάνεια, θερμοκρασία). Υπάρχουν εξίσου σημαντικοί παράγοντες, όμως, που είναι δυνατό να μεταβληθούν από τον άνθρωπο με τρόπο ώστε να επιτευχθεί η βέλτιστη απόδοση. Πιο συγκεκριμένα, η γωνία κλίσης του πλαισίου και η περίπτωση της σκίασής του είναι απαραίτητο να ληφθούν σοβαρά υπόψη. Τα συμπεράσματα που προέκυψαν έχουν άμεση εφαρμογή στον υπολογισμό και τη μελέτη μιας πραγματικής εγκατάστασης μιας και δίνουν συγκεκριμένες αριθμητικές τιμές. Για παράδειγμα η συνολική αποδιδόμενη ετήσια ενέργεια από ένα πλαίσιο 80Wp τοποθετημένο με γωνία κλίσης ίση με τη βέλτιστη (380) στην περιοχή της Πάτρας είναι 172.038kWh. Αξιοσημείωτη είναι και η σύγκριση των πειραματικών τιμών ισχύος και συντελεστή απόδοσης με τις τιμές του κατασκευαστή και αυτές που προέκυψαν μέσω μοντελοποίησης (σε υπολογιστή με τα προγράμματα Matlab και Mathematica). Αυτές είναι: η μετρούμενη ισχύς του πλαισίου 73,15Watt και συντελεστής απόδοσης η=11,5%, ισχύς διδόμενη από τον κατασκευαστή 81,71Watt με συντελεστή απόδοσης η=12,6% και ισχύς η που προκύπτει από τη μοντελοποίηση 89,95Watt με συντελεστή απόδοσης η=14,2%. Η αιτιολόγηση αυτών των διαφορετικών τιμών ισχύος και των αντιστοίχων συντελεστών απόδοσης αποδίδεται στην αδυναμία να πετύχουμε ίδιες συνθήκες διεξαγωγής αυτών των μετρήσεων καθώς και στην σε σειρά και παράλληλη αντίσταση που δεν είναι δυνατόν να εκτιμηθούν ακριβώς για να εισαχθούν στο μοντέλο. / This thesis studies the structure and performance of polycrystalline silicon solar modules. To do this, not only a theoretical study of their operation is necessary, but also an experimental approach of the subject. In a first step, we can see the structure of polycrystalline silicon solar cells, which compose the solar panels. It was thought useful to give a compact description of the –p-n junction function. This way, the photovoltaic phenomenon’s impact on –p-n junction’s function can be easier understood. Along with the theoretical part, there is an analysis of some values that are used to the photovoltaic science along with the conditions that are used in order to have a common meter of comparison. A study, however, would not be completed if the experimental process did not exist. In this process the factors that influence the photovoltaic operation are analyzed at great length in a real installation. These factors are mainly environmental (sunlight, temperature). There are equally important factors, however, which are possible to be altered in such a way to achieve the most optimal performance. Specifically, the tilt angle and the shading case of the solar module are essential to be taken seriously into consideration. The results can be directly used for the calculation of a real installation and are very helpful as they are quite specific. For example, the total output power with a tilt angle of 380 at Patras-Greece is 172.038kWh. It is also remarkable to have a comparison between the experimental data, the data given by the constructor and the data gathered through simulation method. The values for the output power are 73,15Watt (η=11,5%), 81,71Watt (η=12,6%) and 89,95Watt (η=14,2%) respectively. The explanation of different power factor and output power comes from the inability to achieve exactly the same experimental conditions. Moreover, the shunt and series resistances cannot be calculated exactly due to lack of constructor’s data details.

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη μελέτη, προσομοίωση και κατασκευή διάταξης για τη διασύνδεση ενός φωτοβολταϊκού πλαισίου με το δίκτυο χαμηλής τάσης. Η διάταξη που επιλέχθηκε αποτελεί την πρώτη βαθμίδα, σε ένα σύστημα που χρησιμοποιεί μετατροπέα δύο βαθμίδων, αναλαμβάνοντας την ανύψωση της τάσης του φωτοβολταϊκού πλαισίου. Αρχικά μελετήσαμε τους πολλαπλασιαστές τάσης Half-Wave Cockcroft-Walton, Dickson και Half-Wave Cockcroft-Walton με Πυκνωτή Εξομάλυνσης κάνοντας μια σειρά προσομοιώσεων. Στη συνέχεια, προχωρήσαμε στην κατασκευή του Half-Wave Cockcroft-Walton και ενός αντιστροφέα συντονισμού πλήρους γέφυρας ως βοηθητικό κύκλωμα για να είναι εφικτή η διασύνδεση του Half-Wave Cockcroft-Walton με το φωτοβολταϊκό πλαίσιο. Τέλος, έγινε παράθεση και σχολιασμός των πειραματικών αποτελεσμάτων που προέκυψαν μετά την ολοκλήρωση της κατασκευής. / This diploma thesis deals with the study, simulation and construction of a grid connected converter which connects a photovoltaic panel into the electric grid. To be more specific, there are three voltage multipliers that have been analyzed and simulated, Half-Wave Cockcroft-Walton, Dickson and Half-Wave Cockcroft-Walton with Levelling Capacitor. The final step of this work deals with the construction of Half-Wave Cockcroft-Walton converter and the valuation of the experimental results

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.

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.

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η διεξαγωγή και επεξεργασία μετρήσεων με στόχο την μελέτη καταπονημένων φωτοβολταϊκων πλαισίων από υπερτάσεις, που δημιουργούνται λόγω κεραυνικών πληγμάτων, για την εξαγωγή συμπερασμάτων για την λειτουργία τους και την απόδοσή τους. Η διάρθρωση της διπλωματικής εργασίας έχει ως εξής: Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μία θεωρητική αναφορά στις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και πιο συγκεκριμένα στα φωτοβολταϊκά συστήματα. Περιγράφονται συνοπτικά τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα αυτής της τεχνολογίας, οι κατηγορίες των φωτοβολταϊκών συστημάτων και η σύγχρονη αγορά παγκοσμίως και ειδικότερα στην Ελλάδα. Στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζεται μια θεωρητική ανάλυση του φωτοβολταϊκού φαινομένου καθώς επίσης και των ηλεκτρικών χαρακτηριστικών των φωτοβολταϊκών στοιχείων. Επίσης αναφέρονται οι παράγοντες και πως αυτοί επηρεάζουν την απόδοση ενός φ/β στοιχείου. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζεται σε θεωρητικό επίπεδο ο ολοκληρωμένος τρόπος αντικεραυνικής προστασίας φωτοβολταϊκών διατάξεων, όπως ορίζουν οι σχετικοί διεθνείς κανονισμοί και γίνεται αναφορά και στις ζώνες αντικεραυνικής προστασίας. Στο τέταρτο κεφάλαιο περιγράφεται ο τρόπος με τον οποίο πραγματοποιήθηκαν οι μετρήσεις με στόχο την σύγκριση των αποδόσεων ενος καταπονημένου φωτοβολταϊκου πλαισίου κι ενός καινούριου. Στην συνέχεια παρατίθενται οι μετρήσεις που διεξήχθησαν κατά τη διάρκεια δύο μηνών (Οκτώβριος – Νοέμβριος, 2009) και επιπρόσθετα οι χαρακτηριστικές Ι – V και P – V των δοκιμαστικών φωτοβολταϊκών πλαισίων που προέκυψαν από κάθε μέτρηση. Τέλος, στο πέμπτο κεφάλαιο γίνεται η εξαγωγή συμπερασμάτων και η παράθεση προτάσεων για την περαιτέρω μελέτη των επιπτώσεων των κεραυνικών πληγμάτων, σε φωτοβολταϊκές διατάξεις. / The object of the following essay is the conduct and elaboration of measurements aiming at the study of stressed photovoltaic frames from hypertensions caused by lightning strikes, for the inference regarding their operation and their efficiency. The structure of this essay is the following: In the first chapter there is a theoretical report in the renewable sources of energy and more precisely in the photovoltaic systems. The advantages and disadvantages of this technology, the categories of photovoltaic systems and the modern market worldwide and more specifically in Greece are briefly described. The second chapter presents a theoretical analysis of the photovoltaic phenomenon as well as the electric characteristics of PV modules. Tthe factors and the influence on the efficiency of PV modules are also reported. The third chapter presents in theoretical level the completed way of lightning protection of PV arrays, as the relevant international regulations define and a briefly report in the areas of lightning protection. The fourth chapter describes the way the measurements were conducted aiming at the comparison of the efficiency between a stressed PV module and a new one. Then, the measurements carried out during two months (October - November, 2009) as well as the characteristics I - V and P - V of the tested PV modules resulted from each measurement are cited. Finally, in the fifth chapter, conclusions are exported and proposals are cited for further study of the lightning strikes consequences , in PV arrays.

Η παρούσα διπλωματική εργασία ασχολείται με τη μελέτη και την κατασκευή μιας νέας τοπολογίας για τη διασύνδεση ενός φωτοβολταϊκού πλαισίου με το δίκτυο χαμηλής τάσης. Η διάταξη που επιλέχτηκε αποτελεί το πρώτο στάδιο ενός μετατροπέα δύο βαθμίδων που χρησιμοποιείται για την αντιστροφή της τάσης του φωτοβολταϊκού πλαισίου και τη σύνδεση αυτού με το δίκτυο. Η βασική λειτουργία της διάταξης είναι η ανύψωση και σταθεροποίηση της τάσης εισόδου στα επίπεδα των 400 V. Η επιλογή της τοπολογίας στηρίχτηκε στον απλό σχεδιασμό, το υψηλό κέρδος τάσης και την ύπαρξη ενός μόνο διακοπτικού στοιχείου. Το κύκλωμα που μελετήθηκε είναι ένας μετατροπέας Boost σε συνδυασμό με ένα μετατροπέα Flyback με δυο δευτερεύοντα τυλίγματα. Πιο συγκεκριμένα, το πηνίο του μετατροπέα Boost αντικαθίσταται από το πρωτεύον τύλιγμα του Μ/Σ Flyback, ενώ τα δύο δευτερεύοντα μεταφέρουν τη μαγνητική ενέργεια στην έξοδο με σκοπό την επιπλέον ενίσχυση της τάσης εξόδου που προσφέρει ο Boost. Η κατασκευή του μετατροπέα και του κυκλώματος ελέγχου πραγματοποιήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας. Τα πειραματικά αποτελέσματα επιβεβαίωσαν τη θεωρητική ανάλυση που έγινε και την ορθή λειτουργία του κυκλώματός μας. Ο μετατροπέας επιτυγχάνει υψηλά κέρδη τάσης (μέχρι και 20 φορές), ενώ ο βαθμός απόδοσης κρίνεται αρκετά ικανοποιητικός για επίπεδα ισχύος μέχρι 150 W, αφού μετρήθηκε πάνω από 85%. Ως προέκταση της κατασκευής, θα μπορούσε να υλοποιηθεί βρόχος ανάδρασης με σκοπό τη σταθεροποίηση της τάσης εξόδου στα 400 V καθώς και M.P.P.T. έλεγχος για τη βέλτιστης λειτουργίας της Φ/Β γεννήτριας εισόδου. / --

Στην παρούσα διπλωματική εργασία ασχοληθήκαμε με την επίδραση των πραγματικών συνθηκών στις dc παραμέτρους φωτοβολταϊκών πλαισίων άμορφου πυριτίου (a-Si) και την επενέργειά τους στη διαστασιολόγιση φωτοβολταϊκού συστήματος. Συγκεκριμένα οι μετρήσεις έγιναν στο Πανεπιστήμιο Πατρών και το πλαίσιο είναι άμορφο πυρίτιο τύπου Scott Solar Gmbh ASi-F 32/12. Ειδικότερα, μετρήσαμε την τάση φωτοβολταϊκού πλαισίου αμόρφου πυριτίου, το ρεύμα, την ηλιακή ακτινοβολία, την θερμοκρασία περιβάλλοντος και τις θερμοκρασίες στην πίσω και τη μπροστινή πλευρά του, σε διαφορετικές ώρες της ημέρας, διαφορετικές κλίσεις και καιρικές συνθήκες. Από τις μετρήσεις αυτές εξάγαμε συμπεράσματα και γραφικές παραστάσεις ρεύματος-τάσης (I-V) και ισχύος-τάσης (P-V) για κάθε μέτρηση. Στην συνέχεια υπολογίσαμε το βέλτιστο συντελεστή απόδοσης του πλαισίου και οδηγηθήκαμε σε συμπεράσματα για την ηλιακή ακτινοβολία η οποία όσο μεγαλύτερη είναι έχουμε και καλύτερη απόδοση του πλαισίου μας. Επίσης, μετρήσαμε τις διαστάσεις του Πανεπιστημιακού γυμναστηρίου και βρήκαμε το βέλτιστο αριθμό πλαισίων και τη βέλτιστη κλίση ώστε να τοποθετηθούν στο χώρο αυτό για να έχουμε τη βέλτιστη απόδοση. γίνεται μελέτη εγκατάστασης φωτοβολταϊκών πλαισίων αμόρφου πυριτίου τύπου Scott Solar Gmbh ASi-F 32/12 στο Πανεπιστημιακό Γυμναστήριο Πατρών και η δυνατότητα λειτουργίας αυτού με πλήρη αυτονομία ή με σύνδεσή του στο δίκτυο της ΔΕΗ. Όσον αφορά την πλήρη αυτονομία οδηγηθήκαμε στο συμπέρασμα ότι υπάρχει μεγάλη διαφορά ανάμεσα στην επιφάνεια που έχουμε και στην επιφάνεια που χρειάζεται για να τοποθετηθούν τα Φ/Β πλαίσια έτσι ώστε να καλύπτεται πλήρως το Πανεπιστημιακό Γυμναστήριο. Στη συνέχεια έπειτα από τη μελέτη για το διασυνδεδεμένο σύστημα με το δίκτυο της ΔΕΗ υπολογίστηκε ότι η ετήσια παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια είναι 51,7 MWh/έτος ή 1115 kWh/έτος/kWp για τα συγκεκριμένα Φ/Β πλαίσια και η απαιτούμενη εγκατεστημένη ισχύς PpΣ=46,4 kWp. Με τη χρήση του προγράμματος PVsol προέκυψε ότι η ετήσια παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια είναι ίση με 46,73 kWh/έτος και ότι η εγκατάσταση θα παράγει τελικά 46,73 kWh/έτος *1450 Φ/Β πλαίσια = 67,7 MWh/έτος ή 1.460 kWh/έτος/kWp . Αξίζει να σημειώσουμε ότι οι πειραματικές μετρήσεις της συγκεκριμένης μελέτης αποτελούν ένα μέρος από τις απαιτούμενες μετρήσεις για την ολοκληρωμένη εφαρμογή με την οποία ασχοληθήκαμε στη παρούσα Διπλωματική εργασία. Τέλος, σειρά έχουν τα συμπεράσματα της διπλωματικής αυτής εργασίας και κατόπιν το παράρτημα όπου εκεί βρίσκονται οι μετρήσεις οι οποίες έγιναν για την δημιουργία των γραφικών παραστάσεων που θα χρησιμοποιηθούν παρακάτω / This diploma thesis dealt with the effect of actual conditions in the dc parameters of solar panels amorphous silicon (a-Si) and their effects on diastasiologisi solar system. Specifically, measurements were made at the University of Patras and the framework is amorphous silicon type Scott Solar Gmbh ASi-F 32/12.Specifically, we measured the voltage of amorphous silicon photovoltaic panel, electricity, solar radiation, ambient temperature and temperatures in the back and front side, at different times of day, different slopes and weather conditions.

Σκοπός αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη της απόδοσης των φωτοβολταϊκών πλαισίων σε διαφορετικές πόλεις ανά την Ελλάδα. Ως γνωστόν στην χώρα μας οι κλιματολογικές συνθήκες, κατά κύριο λόγο η ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας και η θερμοκρασία, διαφέρουν μεταξύ των περιοχών σε μεγάλο βαθμό έχοντας αυτό ασφαλώς μεγάλη επίδραση στην συμπεριφορά και απόδοση των φωτοβολταϊκών. Οι τύποι φωτοβολταϊκών πλαισίων που μελετήθηκαν είναι αυτοί του μονοκρυσταλλικού και του πολυκρυσταλλικού πυριτίου. Αρχικά, σε μια θεωρητική προσέγγιση του θέματος μας, μοντελοποιήσαμε και προσομοιώσαμε τις φωτοβολταϊκές εγκαταστάσεις με την βοήθεια του προγράμματος PV*SOL expert 4.5. Μελετήσαμε και συγκρίναμε τα αποτελέσματα της προσομοίωσης για εννέα περιοχές της Ελλάδας, προσπαθώντας να προσεγγίσουμε τους βασικούς τύπους κλίματος που επικρατούν στην περιοχή. Οι τύποι των εγκαταστάσεων που προσομοιώσαμε είναι τέσσερεις, εκ των οποίων δύο τύποι είναι εγκαταστάσεις με μονοκρυσταλλικό και πολυκρυσταλλικό πυρίτιο υπό σταθερή γωνία κλίσης ενώ οι άλλοι δύο περιλαμβάνουν την χρήση tracker δύο αξόνων. Συμπερασματικά από αυτή την ενότητα είδαμε ότι αυξάνεται η ενεργειακή απόδοση των εγκαταστάσεων όσο πιο νότια και ανατολικά είναι εγκατεστημένες. Την μεγαλύτερη ενεργειακή απόδοση είχαν της Κρήτης και των νησιών του Αιγαίου. Επίσης συγκρίνοντας τα υλικά των πλαισίων είδαμε ότι ο βαθμός απόδοσης ηm των πλαισίων από μονοκρυσταλλικό πυρίτιο είναι μεγαλύτερος από τον αντίστοιχο των πλαισίων πολυκρυσταλλικού πυριτίου κάτι που σημαίνει ότι για την ίδια ποσότητα ισχύος χρειαζόμαστε λιγότερο χώρο άρα και υλικό για εγκαταστάσεις με πλαίσια μονοκρυσταλλικού πυριτίου. Τέλος με την χρήση tracker δύο αξόνων είδαμε μεγάλη αύξηση της ενεργειακής απόδοσης των εγκαταστάσεων της τάξης του 23% περίπου και στα δύο είδη πλαισίων. Στο πειραματικό μέρος της διπλωματικής μας, πραγματοποιήσαμε μετρήσεις στον χώρο της ταράτσας του νέου κτιρίου του τμήματος των Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών, με ένα πλαίσιο από πολυκρυσταλλικό πυρίτιο ισχύος 80Wp υπό σταθερή κλίση 38ο . Οι μετρήσεις πραγματοποιηθήκαν την περίοδο Ιανουάριου έως Αυγούστου του 2011 τουλάχιστον δύο ημέρες ανά μήνα και για όλη την διάρκεια της ημέρας, με μετρήσεις περίπου ανά δέκα λεπτά. Για τις μετρήσεις αυτές, χρησιμοποιήθηκε το όργανο PVPM το οποίο ήταν συνδεμένο με τον υπολογιστή όπου έπαιρνε και αποθήκευε τις μετρήσεις. Με αυτές τις μετρήσεις μελετήσαμε την απόκριση του πλαισίου μας και πιο συγκεκριμένα τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά του (Voc, Isc, Pmpp, Vmax, Imax) σε σχέση με την ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας και την θερμοκρασία. Από αυτή μας την μελέτη επιβεβαιώσαμε αυτό που γνωρίζαμε θεωρητικά. Η αύξηση της έντασης της ακτινοβολίας προκαλεί γραμμική αύξηση της έντασης του ρεύματος του πλαισίου και πολύ μικρή αύξηση της τάσης που βέβαια μπορεί να θεωρηθεί σχεδόν αμελητέα. Αντίστοιχα λοιπόν και η ισχύς του πλαισίου αυξάνεται γραμμικά με την αύξηση της έντασης της ακτινοβολίας. Όσον αφορά την θερμοκρασία πλαισίου, επιδρά αρνητικά στη τιμή της τάσης. Όσο αυξάνεται η θερμοκρασία μειώνεται λογαριθμικά η τιμή της τάσης ενώ έχουμε μια πολύ μικρή αύξηση της έντασης του ρεύματος. Άρα στην ισχύ του πλαισίου η αύξηση της θερμοκρασίας επιδράει αρνητικά αλλά σε μικρότερο βαθμό σε σχέση με την ακτινοβολία. Στην συνέχεια υπολογίσαμε την ενεργειακή απόδοση του πλαισίου μας. Μετά την επεξεργασία των μετρήσεων του δικού μας πλαισίου, παρουσιάζουμε και επεξεργαζόμαστε δεδομένα από τις υπόλοιπές εγκαταστάσεις που έχουμε δεδομένα για διαφορετικές περιοχές ανά την Ελλάδα. Αυτές τις κατατάσσουμε στις τέσσερεις κατηγορίες που είδαμε και στην θεωρητική μοντελοποίηση και σύγκριση (εγκαταστάσεις με μονοκρυσταλλικό ή πολυκρυσταλλικό πυρίτιο υπό σταθερή κλίση ή με χρήση tracker δύο αξόνων). Για κάθε είδος εγκατάστασης έχουμε δεδομένα από πέντε έως εννιά περιοχές της Ελλάδας. Παραθέτοντας τα χαρακτηριστικά στοιχεία των πλαισίων σε κάθε εγκατάσταση και τα κλιματολογικά δεδομένα της κάθε περιοχής που αναφέρουμε, μπορούμε να κάνουμε μια πρώτη ανάλυση των αποτελεσμάτων της κάθε εγκατάστασης. Κύριος συντελεστής που εξετάζουμε για την απόδοση των πλαισίων είναι η μηνιαία αποδιδόμενη ενέργεια ανά kWp εγκατεστημένης ισχύος των συστημάτων και ο μέσος όρος του οχταμήνου. Από αυτή την διαδικασία επιβεβαιώσαμε αυτό που γνωρίζαμε για την απόδοση των πλαισίων στις διαφορετικές περιοχές της Ελλάδας. Επίσης είδαμε την αύξηση της ενεργειακής απόδοσης με την χρήση tracker δύο αξόνων που είναι της τάξης του 25%. Στα πειραματικά αποτελέσματα βέβαια είχαμε και μερικά αποτελέσματα που δεν ανταποκρινόταν στα αναμενόμενα. Αυτό μπορεί να οφείλεται στους τύπους πλαισίων που χρησιμοποιηθήκαν αφού σε κάθε εγκατάσταση έχουμε διαφορετικούς τύπους ή στην σχεδίαση της εγκατάστασης. Επίσης στις εγκαταστάσεις που παραθέσαμε είχαμε αρκετές βλάβες μέσα στο οχτάμηνο ειδικά σε αυτές με τους tracker δύο αξόνων κάτι που επηρέασε τα αποτελέσματα. Τέλος στην κάθε εγκατάσταση, η περιοχή που είναι υλοποιημένη μπορεί να έχει τοπικές ιδιαιτερότητες ως προς τα κλιματολογικά δεδομένα σε σχέση με τις μέσες τιμές της ευρύτερης περιοχής και άρα η απόδοση των πλαισίων να διαφοροποιείται σε σχέση με τα αναμενόμενα. Στο τελευταίο κεφάλαιο παραθέτουμε τα γενικά συμπεράσματα αυτής της εργασίας. / The aim of this diplomatic thesis is the study of attribution of photovoltaic modules in different cities of Greece. As we know in our country the climatic conditions, mainly the intensity of solar radiation and the temperature, differ between the regions, having certainly serious effect in the properties and output energy of the photovoltaic’s. The types of photovoltaic modules that were studied are these of the monocrystalline and polycrystalline silicon. Initially, in a theoretical approach, we modulate and simulate the photovoltaic installations using a software called PV*SOL expert 4.5. We studied and compare the results of the simulation for nine regions of Greece, trying to approach the basic types of climate that prevail in the region. The types of installations where simulated was four. Two types were installations with monocrystalline and polycrystalline silicon modules under constant tilt and the other two include the use of tracker two axes. In conclusion from this part, we observed that the energy attribution of installations is increasing as the PV installation is located from north to south and from west to east. The bigger energy output yielded in Crete and in the islands of Aegean. Also comparing the materials of the modules, we observed that the degree of performance (ηm ) of the modules from monocrystalline silicon is bigger than the equivalents of the polycrystalline silicon, therefore for the same quantity of force, we need less space therefore less material for the modules of monocrystalline silicon. Finally with the use of tracker two axes we observed big increase of output energy of the installations, about 23% , roughly in the two kinds of modules. In the experimental part of our diplomatic thesis, we collected measurements from a module of polycrystalline silicon of 80Wp force under constant tilt of 38o which was seated in the roof of the new building of department of Electrician Engineers and Technology of Computers. The measurements were realized in the period January until August 2011, at least two days per month and for all the duration of the day (we collected measurements every ten minutes). For these measurements, was used a device called PVPM which was connected with a computer where the measurements were stored. With these measurements, we studied the response of our module’s electric characteristics (Voc, Isc, Pmpp, Vmax, Imax) in combination with the intensity of solar irradiation and the temperature. From this, we confirmed the theory. The increase of the intensity of the radiation causes linear increase of intensity of current of module and very small increase of tendency that of course can be considered almost negligible. Respectively therefore, the force of frame is increased linearly with the increase of intensity of the radiation. Regarding to the temperature of the module, it effects negatively the price of tendency. As long as the temperature is increased, the value of tendency is decreased logarithmically while we have a very small increase of the intensity of current. Hence in the force of module, the increase of temperature effects negatively but less serious in combination with the radiation. Then we calculated the energy attribution of our module. Afterwards, the processing of our own module’s measurements, we present and processed data from the other installations that we have data, from different regions of Greece. They are classified in the four categories that we have also observed in the theoretical part (installations with monocrystalline or polycrystalline silicon under constant tilt or with use of tracker two axes). For each kind of installation we have data from five to nine regions of Greece. Importing the data of the characteristic facts of the modules in each installation and the climatic data of each region that we examine, we make a first analysis of the results of each installation. Main factor we examine, for the attribution of modules, is the monthly attributed energy per kWp installed force of the systems, in the period of eight month. From this process we confirmed what we knew for the attribution of modules in the different regions of Greece. We also observed the increase of energy output with the use of tracker two axes (about 25%). In this part we had results that did not correspond as expected. This can be owed in the types of modules that were used in each installation (they are different types) or in the designing of installation. Also the installations that we mention, had damages in the period of the eight month, specifically those with the tracker two axes, something that influenced the results. Finally in each installation, the region that is materialized can have local particularities in the climatic data in combination to the medium prices of the wider region and hence the attribution of modules to be differentiated in combination to the expected. After this process in the last capital we mention the conclusions.