Το πρόβλημα με τις μυκοτοξίνες είναι σημαντικό και δικαιολογημένα προκαλεί ανησυχίες. Αναφέρεται ως παγκόσμιος κίνδυνος και θεωρείται ως μία από τις πλέον σοβαρές προκλήσεις για την ασφάλεια των τροφίμων, την υγεία των ανθρώπων, των ζώων, και για τη σύγχρονη τοξικολογία. Με τον «όρο» μυκοτοξίνες εννοούμε τοξίνες οι οποίες παράγονται από μύκητες. Συγκεκριμένα πρόκειται για προϊόντα δευτερογενούς μεταβολισμού των μυκήτων (Aspergillus spp Fusarium spp, Penicillium spp, κ.α). Υπάρχει μία πληθώρα από διάφορες μυκοτοξίνες οι οποίες απαντώνται σε πολλές τροφές, όπως στο γάλα, στα δημητριακά, στους ξηρούς καρπούς, στα αποξηραμένα φρούτα, στο αλεύρι κ.α. που καταναλώνουν καθημερινά οι άνθρωποι, αλλά και σε ζωικές τροφές. ωστόσο μόνο για κάποιες από αυτές υπάρχουν τεκμηριωμένες μελέτες ενώ ακόμα λιγότερες είναι αυτές, για τις οποίες έχουν προσδιοριστεί τα νόμιμα επιτρεπτά όρια συγκέντρωσης στις τροφές, που καταναλώνονται καθημερινά. Οι μυκοτοξίνες θεωρούνται γενικά επικίνδυνες ενώσεις που παράγονται από ορισμένα είδη μυκήτων, οι οποίοι αναπτύσσονται σε προϊόντα αγροτικών καλλιεργειών είτε πριν τη συγκομιδή, είτε κατά την αποθήκευσή τους σε γεωργικές εγκαταστάσεις και παραμένουν δραστικές για μεγάλο χρονικό διάστημα και μετά την καταστροφή των μυκήτων από τους οποίους προήλθαν. Η εμφάνισή τους στα τρόφιμα και στα ποτά έχει αναγνωριστεί ως απειλή για την υγεία τόσο του ανθρώπου όσο και των ζώων, είτε αυτή προέρχεται από την άμεση μόλυνση των φυτικών ιστών, είτε από προϊόντα που έχουν παραχθεί από αυτά, είτε από την μεταφορά των μυκοτοξινών και των μεταβολιτών τους στους ζωικούς ιστούς, και κατά συνέπεια στο γάλα, στα αυγά και αλλού. Μερικές από αυτές τις μυκοτοξίνες, όπως για παράδειγμα οι αφλατοξίνες, παρουσιάζουν εξαιρετικά υψηλή τοξικότητα, γεγονός που τις καθιστά ενώσεις που χρήζουν ιδιαίτερη προσοχή. ως εκ τούτου κρίνεται απαραίτητο όλα τα αγροτικά προϊόντα που προορίζονται για τον άνθρωπο ή για ζωοτροφές να υποβάλλονται σε συνεχή και σχολαστικό έλεγχο. Αντικείμενο μελέτης της παρούσας εργασίας είναι να μελετήσει τις παραμέτρους (θερμοκρασία και υγρασία) οι οποίοι επηρεάζουν την ανάπτυξη της μυκοτοξίνης ζεαραλενόνης χρησιμοποιώντας ως υπόστρωμα αλεύρι από αποθηκευμένο αραβόσιτο. Στόχος ήταν ο έλεγχος των συνθηκών καλλιέργειας, αποθήκευσης και συντήρησης των πρωτογενών γεωργικών προϊόντων έτσι ώστε να ελαττώνεται η ανάπτυξη μυκοτοξινών στα γεωργικά προϊόντα και στα τρόφιμα. Η δραστηριότητα βοήθησε στη διερεύνηση του μηχανισμού δράσης των συνθηκών που οδηγούν στην ανάπτυξη μυκοτοξινών τόσο κατά την αποθήκευση της πρώτης ύλης, όσο και κατά τα στάδια επεξεργασίας, παραγωγής και τυποποίησης του τελικού προϊόντος. / The problem with mycotoxins is a significant and legitimate concern. Referred to as global risk and is considered one of the most serious challenges to food security, human health, animals, and modern toxicology. With the "average" mean toxins mycotoxins produced by fungi. It is a secondary metabolic products of fungi (Aspergillus spp Fusarium spp, Penicillium spp, etc.). There is a plethora of different mycotoxins found in many foods such as milk, cereals, nuts, dried fruits, flour, etc. consumed daily by people, but also in animal feeds. But only some of them are documented studies and even fewer are those, which have been identified, legally permissible concentration limits in foods consumed daily. The mycotoxins are generally considered harmful compounds produced by certain species of fungi which grow on agricultural products or crops before harvest or during storage in agricultural systems and remain active for a long time after the destruction of fungi of which came. Their occurrence in foods and beverages has been recognized as a health threat to both human and animal, whether it comes from direct infection of plant tissues or products derived there from, or the transfer of mycotoxins and their metabolites in animal tissues, and hence in milk, eggs and elsewhere. Some of these mycotoxins such as aflatoxins, are extremely high toxicity, which makes compounds that deserve particular attention. Therefore it is essential that all agricultural products intended for human or animal feed can be subjected to constant and meticulous. The subject of this paper is to study the parameters (temperature and humidity) that influence the development of the mycotoxin zearalenone using as substrate flour stored maize. The aim was to check the growing conditions, storage and maintenance of primary agricultural products and thus reduce the development of mycotoxins in agricultural products and foodstuffs. The activity helped to investigate the mechanism of action of the conditions that lead to the development of both mycotoxins during storage of raw materials and in processing, production and packaging of finished product.

Σε αυτήν την έρευνα, κατασκευάσαμε την διορθωμένη για κίνδυνο κατάταξη αποδόσεων για την περίπτωση των ελληνικών μετοχικών αμοιβαίων κεφαλαίων. Η διορθωμένη για κίνδυνο απόδοση μετρά τη ποσότητα του κινδύνου και εκφράζεται γενικά ως αριθμός ή κατάταξη. Οι διορθωμένες για κίνδυνο αποδόσεις εφαρμόζονται σε μεμονωμένα αξιόγραφα, επενδυτικά κεφάλαια και σε χαρτοφυλάκια. Η εμμονή ορίζεται ως ένα φαινόμενο όπου η σχετική (κατάταξη) απόδοση τείνει να επαναλαμβάνεται σε διαδοχικά χρονικά διαστήματα. Εφαρμόσαμε διάφορα τεστ προκειμένου να αξιολογηθεί η παρουσία ή όχι της εμμονής. Τα εμπειρικά αποτελέσματα μας έδειξαν ότι η εμμονή γίνεται πιο αδύναμη σε μακροπρόθεσμο χρονικό ορίζοντα. / In this research we constructed the ranking of the risk adjusted returns in the case of the Greek equity mutual funds market. Risk adjusted returns is a concept that refines an investment's return by measuring how much risk is involved in producing that return, which is generally expressed as a number or rating. Risk-adjusted returns are applied to individual securities and investment funds and portfolios. Persistence is defined as a phenomenon where relative (ranked) performance tends to repeat across successive time intervals. We apply various tests in order to assess the presence or not of persistence. Our analysis documents that persistence becomes weaker as the investment horizon is increased.

Με την αλληλούχιση του ανθρώπινου γονιδιώματος αλλά και άλλων οργανισμών, μια νέα εποχή άρχισε για την επιστήμη της βιολογίας, γνωστή ως "μεταγονιδιωματική εποχή". Ο όρος σε καμιά περίπτωση δεν σηματοδοτεί το τέλος της αλληλούχισης ή της ανάλυσης των ήδη αλληλουχημένων γονιδιωμάτων, απλά δηλώνει πως οι τεχνικοί περιορισμοί για την ανίχνευση γονιδιωματικής πληροφορίας έχουν σε μεγάλο βαθμό αντιμετωπισθεί . Η επόμενη μεγάλη πρόκληση είναι η κατανόηση του πρωτεόματος, δηλαδή του συνόλου των πρωτεϊνών που εκφράζονται σε ένα κύτταρο. Εξαιρετικά σημαντικό βήμα προς την κατεύθυνση αυτή αποτελεί η μελέτη του δικτύου των πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων. Οι πρωτεϊνικές αλληλεπιδράσεις αποτελούν ένα ιδιαίτερα σημαντικό πεδίο έρευνας καθώς ρυθμίζουν ένα τεράστιο αριθμό διεργασιών οι οποίες είναι βασικές για τη δομή και τη λειτουργία του. Εκτιμάται πως το δίκτυο των πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων στον άνθρωπο αφορά περίπου 130,000 ζεύγη αλληλεπιδράσεων, ενώ ο αριθμός των αλληλεπιδράσεων που έχουν ταυτοποιηθεί αλλά παραμένει ως ζητούμενο η επιβεβαίωση των αντίστοιχων πειραματικών αποτελεσμάτων, αποτελεί μόνο το 8%, περίπου, του πραγματικού δικτύου. Ο κύριος όγκος πληροφορίας στο πεδίο αυτό δίνεται μέσα από βάσεις δεδομένων και έρχεται από μεγάλης κλίμακας πειράματα υψηλής απόδοσης τα οποία όμως, έχει βρεθεί πως δίνουν σε μεγάλο ποσοστό ανακριβή αποτελέσματα εξ αιτίας μιας σειράς εγγενών προβλημάτων των μεθόδων και της φύσεως των πρωτεϊνών. Η εκτίμηση του πραγματικού μεγέθους του δικτύου των πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων υποδεικνύει και τον όγκο των δεδομένων που θα παραχθεί στο εγγύς μέλλον αλλά και την ανάγκη για βελτίωση της αξιοπιστίας της πληροφορίας που διατίθεται στις σχετικές βάσεις δεδομένων. Σκοπός αυτής της εργασίας είναι η ανάπτυξη μιας αναλυτικής βάσης δεδομένων γνώσης για την ταυτοποίηση δικτύων πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων αντλώντας πληροφορία από επιλεγμένες μετά από αξιολόγηση, δημόσιες βάσεις πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων. Η συλλογή αυτή της πληροφορίας θα οδηγήσει μεσοπρόθεσμα στη δημιουργία μιας βάσης δεδομένων για τη διαχείριση της συλλογής, της οργάνωσης και της ανάκτησης δεδομένων πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων όπου κατάλληλα υπολογιστικά εργαλεία θα αναπτυχθούν ώστε να αξιολογηθεί ο βαθμός αξιοπιστίας της καταχωρημένης σχετικής πληροφορίας σε μια μεγάλη ομάδα δημόσιων γονιδιωματικών βάσεων δεδομένων. Επίσης θα υπάρξει η δυνατότητα χρήσης εργαλείων για την ανάλυση των αξιολογημένων δεδομένων πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων, την μελέτη πρωτεϊνών με άγνωστη λειτουργία αλλά και τον προσδιορισμό μη καταγεγραμμένων έως τώρα πρωτεϊνικών συμπλεγμάτων. / The elucidation of protein-protein interaction (PPI) networks (protein interactomes) is a major objective of systems biology. This task is crucial for furthering our understanding of the cellular machinery dynamics, in light of the fundamental role of proteins in cellular function. The development of high-throughput methods for PPI identification, including the widely used yeast two hybrid and the mass spectrometry of co-immunoprecipitated complexes, drastically increased the PPI data in model organisms and the human. However, these methods suffer from intrinsic detection biases and >70% of false positives. Moreover, independent public databases (dbs) of experimentally derived PPIs exhibit a remarkably limited overlap, mainly due to uncoordinated data validation and curation criteria. These limitations scale up in highly complex systems like the human for which only 8-10% of the estimated PPIs have been determined. Furthermore, new PPI prediction is affected by the current data quality and quantity along with predictive algorithm limitations to incorporate the available protein information. Thus, there is initially a need for a systematic curation of multiple datasets into one common db. We have integrated high- and low- throughput experimental data, ortholog protein interactions, protein domain interactions, and protein structure/function and expression data from twelve highly informative and updated dbs into one local db using the Microsoft_SQL_Server. The db selection was based on their unique gene content, PPIs recorded, annotation depth, curation methodology and relational scheme. This data will be enriched with PPI information mined from the literature. The final dataset will be appropriately scored to rank and validate the PPIs with increased confidence, forming the basis for a human interactome knowledge base.

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι μέσα από την πειραματική διαδικασία και την επεξεργασία των αποτελεσμάτων να μελετηθούν τα φωτοβολταϊκά πλαίσια τεχνολογίας λεπτών φιλμ (Thin Films Photovoltaics-TFPV) που υπάρχουν διαθέσιμα στο εργαστήριο Ασύρματης Τηλεπικοινωνίας του Πανεπιστημίου Πατρών στο Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών και να εξαχθούν συμπεράσματα που θα οδηγήσουν στην κατανόηση της λειτουργίας τους. Η ανάλυσή τους θα διευκρινίσει την λειτουργία τους και σε πραγματικές εφαρμογές. Επιπλέον θα γίνει προσπάθεια πειραματικής εξομοίωσης συνθηκών δοκιμής στους 25οC υπό ηλιακή ακτινοβολία 1000 W/m2 τονίζοντας ότι οι κατασκευαστικές πληροφορίες σε αυτές τις συνθήκες είναι ενδεικτικές και δεν εκφράζουν την συμπεριφορά των πλαισίων σε πραγματικές συνθήκες λειτουργίας. Επίσης θα παρουσιαστεί η επίδραση της τοπικής σκίασης και της αύξησης της προσπίπτουσας ακτινοβολίας σε μέρος ή και σε ολόκληρο το πλαίσιο που προκαλείται από ανάκλαση με τη βοήθεια κατόπτρου. Ειδικότερα παρουσιάζεται η κατάσταση της ενεργειακής πραγματικότητας σήμερα, οι προβληματισμοί για το περιβάλλον, η στροφή στις Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας και η σημαντικότητα της ενσωμάτωσης φωτοβολταϊκών στα κτήρια. Επίσης παρουσιάζεται η θεωρία της ηλιακής ενέργειας και των φωτοβολταϊκών συστημάτων με τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματά τους. Στην συνέχεια γίνεται αναφορά στη συνδεσιμότητα των φωτοβολταϊκών με την ΔΕΗ και στις ενεργειακές ανάγκες που μπορούν να καλύψουν σε μια κτηριακή εγκατάσταση. Αναλύονται τεχνικές λεπτομέρειες και χαρακτηριστικά μεγέθη των φωτοβολταϊκών στοιχείων καθώς και η εξέλιξη της φωτοβολταϊκής τεχνολογίας ξεκινώντας από το πυρίτιο και καταλήγοντας στα Λεπτά Φιλμ και σε ακόμα νεότερες τεχνολογίες. Στη συνέχεια γίνεται ανάλυση της τεχνολογίας των λεπτών φιλμ προσανατολισμένη στην ενσωμάτωση τους σαν δομικά υλικά σε κατασκευές (BIPV-Building Integrated Photovoltaics).Στην πειραματική διαδικασία επεξηγείται η λογική που ακολουθήθηκε, η πειραματική διάταξη και τα όργανα που χρησιμοποιήθηκαν. Μελετώνται επίσης οι φωτοβολταϊκές παράμετροι και αναλύονται τα πειραματικά δεδομένα. Η ανάλυση γίνεται ως προς την ακτινοβολία, την θερμοκρασία και την εποχή του έτους. Τέλος, τα αποτελέσματα της ανάλυσης, (μέσο ένος προγράμματος στην γλώσσα προγραμματισμού C++), δημιουργούν μια βάση δεδομένων προσπελάσιμη από τον χρήστη για την πρόβλεψη και εξομοίωση των πειραματικών αποτελεσμάτων σε οποιοδήποτε συνδυασμό θερμοκρασίας και ακτινοβολίας. / The purpose of this diploma thesis is to study thin film photovoltaic panels that are available in the wireless communication laboratory in the University of Patras in the department of Electrical and Computer Engineering. Through the experimental process and processing its results our goal was to extract the conclusions that would lead us to a better understanding of their function. Their analysis will determine their usability in real outdoor PV systems. A simulation of the standard test conditions that are set in 250C temperature and 1000 W/m2 radiation is made, pointing out that this information is unable to indicate the actual function of the panels in outdoor conditions. The effects of partial shadowing and increased radiation with mirror system are also presented. More specifically, the energy reality, thoughts about the environment, the global turn towards the renewable energy sources and the significance of photovoltaic integration in buildings (BIPV- Building Integrated Photovoltaics) are mentioned. The theory of solar energy and photovoltaic technology including its advantages and disadvantages is analyzed. Grid-connected PV systems, their contribution in energy production in buildings and the potential of wide application of BIPV is presented. The advantages of thin film as BIPV materials are also mentioned. The experimental parameters, the logics followed in the set up process and the instruments used are part of the complete analysis of thin film parameters in relation to radiation, temperature and time of the year that the measurements occurred. Finally with a C++, a simulation program was created to predict the behavior of the thin film panels in outdoor conditions.

Η βλέννα του σαλιγκαριού έχει χρησιμοποιηθεί στην ιατρική από την αρχαιότητα από την εποχή του Ιπποκράτη, ο οποίος είχε προτείνει τη χρήση της βλέννας για την καταπολέμηση του πόνου, εγκαυμάτων και άλλων τραυμάτων. Πρόσφατη επιστημονική μελέτες του εκκρίματος του σαλιγκαριού Helix aspersa επιβεβαίωσαν ότι η βλέννα περιέχει ένα ασυνήθιστο συνδυασμό φυσικών προϊόντων με ευεργετικές και θεραπευτικές ιδιότητες στο ανθρώπινο δέρμα. Η βλέννα του σαλιγκαριού παρουσιάζει σημαντικό οικονομικό - εμπορικό ενδιαφέρον, ως προς την αξιοποίηση των χημικών συστατικών της όπως η αλλαντοΐνη και το γλυκολικό οξύ που χρησιμοποιούνται ευρύτατα ως δραστικά συστατικά κατά την παρασκευή φαρμακευτικών και καλλυντικών προϊόντων. Η αλλαντοΐνη είναι μία ετεροκυκλική οργανική ένωση που παράγεται από την κατάλυση των πουρινών από το ένζυμο καταλάση. Παρουσιάζει μια μακρά ιστορία όσον αφορά στη χρήση της σε μια ποικιλία από τοπικά φάρμακα και καλλυντικά προϊόντα για την περιποίηση του δέρματος. Το γλυκολικό οξύ είναι το μικρότερο α-υδροξύ - οξύ (AHA). Χάρη στην εξαιρετική ικανότητά του να διαπερνάει το δέρμα, βρίσκει εφαρμογές σε διάφορα προϊόντα φροντίδας του δέρματος, για τη βελτίωση της εμφάνισης και της υφής του δέρματος μειώνοντας ρυτίδες, ουλές ακμής, υπέρχρωση και άλλα και σε άλλες δερματικές παθήσεις. Στην παρούσα εργασία έγινε προσπάθεια ανάπτυξης μεθοδολογιών για τον ποιοτικό και ποσοτικό προσδιορισμό της αλλαντοΐνης και του γλυκολικού οξέος. Με χρωματογραφία υψηλής απόδοσης (HPLC-DAD) σε στήλη Synergi RP (Phenomenex ®) επετεύχθη πολύ καλός διαχωρισμός εντός 6 min. Οι τελικές συνθήκες διαχωρισμού (ισοκρατική έκλουση με εκλούτη ρυθμιστικό διάλυμα 10 mM KH2PO4 pH 2.7 και η ροή ρυθμίστηκε στο 0.7 mL/min και στους 30 C) και προκατεργασίας δείγματος (αραίωση της βλέννας στο ρυθμιστικό διάλυμα, θέρμανση στους 60 C για 20 λεπτά και εκχύλιση με εξάνιο) επιλέχθηκαν μετά από μελέτη διαφόρων παραμέτρων που αφορούν στη σύσταση του εκχυλιστικού μέσου και της κινητής φάσης. Η μέθοδος επικυρώθηκε ως προς τα αναλυτικά της χαρακτηριστικά (γραμμικότητα, επαναληψιμότητα, ακρίβεια και σταθερότητα). Ανάλυση της βλέννας του σαλιγκαριού Helix aspersa έδειξε ότι περιέχει 48.610 ± 0.002, 47.590 ± 0.001, 52.820 ± 0.001 mg/L αλλαντοΐνης και 3753.01 ± 0.01, 3170.51 ± 0.02, 1979.23 ± 0.02 mg/L γλυκολικού οξέος για τις τρεις παρτίδες που αναλύσαμε, αντίστοιχα. Η προτεινόμενη μεθοδολογία χρησιμοποιήθηκε για την ποσοτική ανάλυση τριών καλλυντικών κρεμών (Elicina της εταιρίας Cosméticos Elicina Ltda, Santiago, Χιλή, Labcconte της εταιρίας Cosméticos Concepción Ltda, Χιλή και μια κρέμα από την εταιρία Helix ir στην Κρήτη) στις οποίες η βλέννα του σαλιγκαριού αναγράφεται να περιέχεται σε υψηλό ποσοστό (85%). Τα αποτελέσματα μας δείχνουν ότι τα καλλυντικά σκευάσματα περιέχουν 0.110 ± 0.003, 0.260 ± 0.010 , 0.370 ± 0.001 mg/L αλλαντοΐνης και 4.520 ± 0.010, 5.350 ± 0.010, 5.690 ± 0.001 mg/L γλυκολικού οξέος, αντίστοιχα. / The snail mucus has been used in medicine since the time of Hippocrates, who proposed the use of mucus to combat pain, burns and other wounds. Recent scientific studies of the snail secretion Helix Aspersa confirmed that the snail contains an unusual combination of natural products which are beneficial for human skin. The last time the mucus of the snail has important economic - commercial interest in the use of chemical components such as allantoin and glycolic acid are widely used as active ingredients in the manufacture of pharmaceutical and cosmetic products. Allantoin is a heterocyclic organic compound produced by the breakdown of purines by the enzyme catalase. It has a long history in the use of a variety of topical medications and cosmetics for skin care. The glycolic acid is the smallest alpha-hydroxy acid (AHA). Thanks to its excellent ability to penetrate the skin, it finds applications in various skin care products, for improving the appearance and texture of skin by reducing wrinkles, acne scars, hyperpigmentation and also can improve many other skin disorders. In this study we developed analytical methodology for qualitative and quantitative determination of allantoin and glycolic acid. Application of highperformance chromatography (HPLC-DAD) on a Synergi RP (Phenomenex ®) column has provided a very good separation within 6 min. The final separation (isocratic elution with buffer 10 mM KH2PO4 pH 2.7 as eluent and flow rate 0.7 mL/min at 30 °C) and sample pretreatment (by dilution the mucus in the buffer, heated at 60 °C for 20 min and extracted with hexane) were selected after a study of various parameters relating to the extraction medium and the mobile phase. The method was validated in terms of analytical characteristics (linearity, repeatability, accuracy and stability). Analysis of the snail secretions Helix aspersa showed that it contains 48.610 ± 0.002, 47.590 ± 0.001, 52.820 ± 0.001 mg/L allantoin and 3753.01 ± 0.01, 3170.51 ± 0.02, 1979.23 ± 0.02 mg/L glycolic acid for three batches that we analyzed, respectively. The methodology was used for quantitative analysis of three cosmetic creams (Elicina from the company: Cosméticos Elicina Ltda, Santiago, Chile, Labcconte from the comany: Cosméticos Concepción Ltda, Chile and a cream from the company: Helix ir in Crete) where the snail mucus is deemed to be about 85%. Our results show that cosmetic products contain 0.110 ± 0.003, 0.260 ± 0.010 , 0.370 ± 0.001 mg/L allantoin and 4.520 ± 0.010, 5.350 ± 0.010, 5.690 ± 0.001 mg/L glycolic acid, respectively.

Οι απαιτήσεις των δικτύων διασύνδεσης, στα υπολογιστικά συστήματα υψηλής απόδοσης, αυξάνονται με αλματώδη ρυθμό τόσο σε χωρητικότητα, όσο και σε ρυθμούς σηματοδοσίας που πρέπει να εξυπηρετηθούν. Αυτή η αύξηση των ρυθμών σηματοδοσίας επιβάλλει την αντικατάσταση των ηλεκτρικών διακοπτών που χρησιμοποιούνται μέχρι τώρα, από τους οπτικούς. Η τεχνολογία των οπτικών ινών παρουσιάζει σημαντικά πλεονεκτήματα για τέτοιες εφαρμογές διότι επιτρέπει τη μετάδοση σε μεγαλύτερες αποστάσεις, παρέχει ευρυζωνικότητα, είναι πιο ανθεκτική στην ηλεκτρομαγνητική παρεμβολή, και μπορεί να είναι πιο συμφέρουσα ενεργειακά, κάτι που εξαρτάται από το ρυθμό σηματοδοσίας και το μήκος της ζεύξης. Σε αυτή την κατεύθυνση, αυτή η διδακτορική διατριβή αποσκοπεί στο σχεδιασμό και την επίδειξη οικονομικά συμφέροντων, υψηλής διεκπαιρεωτικής ικανότητας, οπτικών δικτύων διασύνδεσης ικρυωμάτων για τα exascale (10^18 Flops) υπολογιστικά συστήματα υψηλής απόδοσης και τα κέντρα δεδομένων. Ειδικότερα, μελετάται μία πρωτότυπη, οικονομικά βελτιστοποιημένη, αρχιτεκτονική ενός αμιγώς οπτικού δικτύου διασύνδεσης η οποία χρησιμοποιεί οπτικούς ημιαγωγικούς ενισχυτές για να επιτελέσει τη μεταγωγή. Αυτή η προτεινόμενη, οικονομικότερη εκδοχή του υπο μελέτη N×N αμιγώς οπτικού, ραβδεπαφικού διακόπτη, χρησιμοποιεί ένα μειωμένο αριθμό απαιτούμενων πυλών ON/OFF. Στην παρούσα διατριβή η προτεινόμενη αρχιτεκτονική συγκρίνεται με την αρχικά προταθείσα και αποδεικνύεται η εξίσου καλή λειτουργία της με την πρώτη, τόσο θεωρητικά όσο και πειραματικά. Επιπλέον, για την αύξηση της χωρητικότητας και παράλληλα για την καταπολέμηση των φαινομένων μετάδοσης στο δίκτυο διασύνδεσης (ιδιαίτερα της αυτοδιαμόρφωσης και ετεροδιαμόρφωσης της απολαβής (SGM και XGM), της αυτοδιαμόρφωσης και ετεροδιαμόρφωσης της φάσης (SPM και XPM), και της εξάρτησης της απολαβής από την πόλωση (PDG)), μελετώνται, εκτός από την τεχνική διαμόρφωσης πλάτους με άμεσης φώραση (IM/DD), διάφορες προηγμένες τεχνικές διαμόρφωσης όπως η διαφορική διαμόρφωση φάσης (DPSK) με άμεση φώραση, η διαμόρφωση με ορθογώνια πολυπλεξία συχνότητας (OFDM) με άμεση φώραση, καθώς και μελλοντικά υποψήφιες τεχνικές διαμόρφωσης, για τέτοια είδους δίκτυα, όπως η τετραδική διαμόρφωση φάσης με πολυπλεξία της πόλωσης (PDM-QPSK), και η δεκαεξαδική διαμόρφωση φάσης και πλάτους (16QAM) χωρίς (SP) και με (PDM) πολυπλεξία της πόλωσης, με σύμφωνη φώραση. Τέλος, ως δεύτερη ερευνητική δραστηριότητα, μελετώνται ζεύξεις σημείου-προς-σημείο, που βασίζονται στη χρήση πομπών κάθετης κοιλότητας επιφανειακής εκπομπής (VCSELs) και πολύτροπες (MMF) ή μονότροπες (SMF) ίνες, σε συνδυασμό με συμβατικές τεχνικές διαμόρφωσης, όπως η ΙΜ/DD, και προηγμένες, όπως η διαμόρφωση πλάτους τεσσάρων επιπέδων (4-PAM), και η OFDM διαμόρφωση. Η χρήση των παραπάνω τεχνολογιών επιτρέπει την αύξηση της χωρητικότητας και τη μείωση του κόστους στα τρέχοντα συστήματα οπτικής διασύνδεσης. / Data rates are continuing to increase for box-to-box, rack-to-rack, board-to-board, and chip-to-chip interconnects for terabit switches and routers, multiprocessor computers and high-end servers. The increase in individual line rates and bandwidth drives the need to replace copper interconnects with optical interconnects. Fiber optics are advantageous for these applications because they allow for longer link lengths, increased bandwidth, smaller cables and connectors, less susceptibility to electromagnetic interference, and potentially lower power dissipation, depending on the data rate and link length. Towards this direction, this thesis aims to design and demonstrate low-cost, low-latency, high throughput, rack-to-rack optical interconnect architectures for exascale (i.e., performing 10^18 floating point operations per second) high-performance computing (HPC) systems and data centers. In particular, a novel, cost-effective, optical interconnect architecture for ultrafast optical switching, based on semiconductor optical amplifiers (SOAs), is studied. The proposed design of a fast N×N all-optical, wavelength-space crossbar switch for optical interconnects uses a minimum number of ON/OFF gates. This thesis compares and proves the superiority of the proposed architecture with respect to its originally-proposed counterpart, both theoretically and experimentally. Additionally, in order to increase the capacity and to minimize the impact of transmission effects (especially self-gain modulation (SGM), cross-gain modulation (XGM), self-phase modulation (SPM), cross-phase modulation (XPM), and polarization dependent gain (PDG)), we investigate the performance of conventional binary intensity modulation (IM), in conjunction with direct detection, as well as of advanced, more resilient, spectrally-efficient modulation formats (e.g., Differential Phase Shift Keying (DPSK), Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM), Polarization Division Multiplexed Quadrature Phase Shift Keying (PDM-QPSK), Single (SP)- and PDM- 16-ary Quadrature Amplitude Modulation (16QAM) in conjunction with coherent detection). Finally, as a seperate research activity, we study the performance of point-to-point links based on vertical-cavity surface-emitting lasers (VCSELs) and single- or multi- mode fibers, in conjuction with IM/DD, four-level Pulse Amplitude Modulation (4-PAM), and OFDM, to enable state-of-the-art, high-capacity, low-cost optical interconnects.

Στην μετα-γονιδιωματική εποχή, την εποχή της συστημικής βιολογίας, η κατανόηση της πολυπλοκότητας της κυτταρικής φυσιολογίας απαιτεί την ανάλυση της δυναμικής των δικτύων βιομοριακών αλληλεπιδράσεων σε όλα τα μοριακά επίπεδα κυτταρικής λειτουργίας. Με τη σειρά της, η λειτουργική γονιδιωματική, ένας θεμελιώδης λίθος της συστημικής βιολογίας, στοχεύει στον πολυδιάστατο χαρακτηρισμό ενός γονιδίου, συνδυάζοντας δεδομένα από τις τεχνολογίες υψηλής απόδοσης. Είναι αυτή ακριβώς η ενοποίηση όλων των μοριακών προτύπων για ένα διαταραγμένο βιολογικό σύστημα που μπορεί να δώσει πληροφορίες αναφορικά με την λειτουργία ενός αγνώστου γονιδίου. Στο πλαίσιο αυτό, η παρούσα Διπλωματική Εργασία αποτελεί μέρος της ολιστικής λειτουργικής ανάλυσης δύο αλληλεπιδρώντων, αγνώστου βιολογικού ρόλου, πρωτεϊνών, της DGCR14 και της FRA10AC1, οι οποίες έχουν απομονωθεί ως συστατικά του σωματιδίου συναρμογής και έχουν συσχετιστεί με νευρολογικές ασθένειες. Η παρούσα εργασία επικεντρώνεται στην μεταβολομική μελέτη των μοριακών επιπτώσεων της υπερέκφρασης της DGCR14 σε ένα ανθρώπινο κυτταρικό μοντέλο, τα κύτταρα HeLa, με την χρήση της αέριας χρωματογραφίας - φασματομετρία μάζας. Ωστόσο, για να επιτευχθεί αυτό, θέματα σχετικά με τις δυνατότητες ποσοτικοποίησης των πολυβηματικών ομικών αναλύσεων έπρεπε να επιλυθούν. Μια σημαντική παράμετρος αφορά στην γρήγορη αδρανοποίηση των ενζυματικών διεργασιών έτσι ώστε οι αποκτηθέντες μετρήσεις να αντικατοπτρίζουν την πραγματική κυτταρική φυσιολογία. Για τον σκοπό αυτό, ο πειραματικός σχεδιασμός πρέπει να τροποποιείται κατάλληλα έτσι ώστε οποιεσδήποτε απαιτούμενες προ-αναλυτικές διαδικασίες χειρισμού των κυττάρων να έχουν ελάχιστη επίδραση στην φυσιολογία τους. Μελετήσαμε συνεπώς την επίδραση τεσσάρων πρωτοκόλλων συλλογής προσκολλημένων κυττάρων και δύο διαφορετικών διαλυμάτων έκπλυσης στο μεταβολικό πρότυπο κυττάρων HeLa. Τα μεταβολομικά δεδομένα αξιολογήθηκαν στο πλαίσιο της καρκινικής μεταβολικής φυσιολογίας και το πρωτόκολλο με την ελάχιστη δυνατή επίδραση στην κυτταρική φυσιολογία καθορίστηκε. Μεταξύ των αποτελεσμάτων αυτής της μελέτης, πολύτιμες πληροφορίες σχετικά με την μεταβολική φυσιολογία των αθανατοποιημένων κυτταρικών σειρών προέκυψαν, οι οποίες ενίσχυσαν σημαντικά την υπάρχουσα γνώση γύρω από τον καρκινικό μεταβολισμό, σε σταθερές ή μεταβαλλόμενες περιβαλλοντικές συνθήκες. Επακόλουθα, η βελτιστοποίηση της διαδικασίας συλλογής είχε ως αποτέλεσμα την δημιουργία ενός αντιπροσωπευτικού μεταβολικού προτύπου κυττάρων HeLa πάνω στο οποίο πραγματοποιήθηκε η αξιολόγηση της υπερέκφρασης της πρωτεΐνης DGCR14 χωρίς να επισκιάζεται από πειραματικές αποκλίσεις εισαγόμενες από την διαδικασία χειρισμού των κυττάρων. Αναφορικά με τα κύτταρα που υπερεκφράζουν την DGCR14, η μεταβολομική ανάλυση εντόπισε μια αλλαγή φυσιολογίας συνδεόμενη με συγκεκριμένα μεταβολικά μονοπάτια τα οποία υποδηλώνουν έντονο μεταβολικό στρες. Για να διερευνήσουμε την συσχέτιση της υπερέκφρασης της DGCR14 με τον παραπάνω μεταβολικό φαινότυπο, χρησιμοποιήσαμε το ανακατασκευασμένο δίκτυο πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων του σωματιδίου συναρμογής στον άνθρωπο και το δίκτυο πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων στον άνθρωπο από την μετα-βάση δεδομένων PICKLE, προκειμένου να αντλήσουμε επιπλέον πληροφορίες για τον ρόλο της DGCR14 βάσει της θέσης της σε σχέση με άλλους κόμβους και υπερ-κόμβους. Μια πιθανή λειτουργική συσχέτιση της DGCR14 με αυτοφαγικούς και λυσοσωμικούς μηχανισμούς βρέθηκε, η οποία θα αξιολογηθεί και μελλοντικά μέσω της ανάλυσης, ξεχωριστά και συνδυαστικά, των μοριακών συνεπειών της υπερ- και υπο-έκφρασης σε όλα τα μοριακά επίπεδα κυτταρικής λειτουργίας. / In the post-genomic, systems biology era, developing a systems level understanding of a physiological process requires the analysis of biomolecular network dynamics at all molecular levels of cellular function. Likewise, functional genomics, an essential foundation of systems biology research, aims to define and analyze gene function at a global level by integrating data obtained from multiple high-throughput technologies. It is the integration of all the molecular profiles for a systematically perturbed system that can provide insight about the function of unknown genes. Along these lines, the present study is part of the systematic functional analysis of two interacting, but yet of unknown biological role, spliceosomal proteins, DGCR14 and FRA10AC1, that have both been implicated in neurological diseases. The present work focuses on studying the molecular consequences of DGCR14 overexpression in a human cell model, HeLa cells, at the metabolic level using Gas Chromatography-(ion trap) Mass Spectrometry. However, to succeed in this, issues regarding the quantification capabilities of the multistep omic analysis procedures needed to be resolved. A major concern refers to the fast quenching of any enzymatic processes, so that the acquired measurements indeed reflect the cellular physiology in vivo. To this end, the experimental design should be appropriately adjusted so that any required sample handling actions before quenching have a minimal effect on cellular physiology. Thus, we investigated the effect of four cell collection protocols and two different washing solutions on the intracellular metabolic profile measurements of a HeLa cell culture. The measurements were interpreted in the context of the known cancer cell metabolic physiology and the protocol with the minimum possible effect on cellular physiology was specified. Among the results of this study, valuable information about the metabolic physiology of the immortal cell line arise, which improved our knowledge about cancer metabolism under steady or varying environmental conditions. Subsequently, the optimization of the collection procedure enabled us to establish a representative metabolic profile of HeLa cells against which the overexpression of DGCR14 was evaluated without being obscured by the effect of the sample handling. Regarding the overexpressing cells, the metabolomic analysis detected a trend of physiological change connected to specific metabolic pathways indicating strong metabolic stress. To understand how DGCR14 overexpression generates this particular metabolic phenotype, we used the human spliceosomal complex protein-protein interaction (PPI) network and the integrated human PPI meta-database PICKLE to extract additional information about DGCR14 role based on its location with respect to other nodes and hubs. A possible functional correlation of DGCR14 to autophagic and lysosomal mechanisms was established, that will be further evaluated in the future through the analysis, separately and in combination, of the consequences of DGCR14 over- and under-expression at all molecular levels of cellular function.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή αναφέρεται σε οικιακά Φ/Β συστήματα συνδεδεμένα στο δίκτυο χαμηλής τάσης, τα οποία αξιοποιούν την τεχνολογία των Φ/Β Πλαισίων Εναλλασσομένου Ρεύματος (Φ/Β Πλαίσια Ε.Ρ. – AC-PV Modules). Πρόκειται για Φ/Β διατάξεις μικρής ισχύος (έως 300W), οι οποίες δημιουργούνται από την ενσωμάτωση ενός μόνο Φ/Β πλαισίου και ενός μετατροπέα (ενός η πολλών σταδίων) συνεχούς τάσης σε μονοφασική εναλλασσόμενη τάση, σε μια αυτοτελή ηλεκτρονική διάταξη. Για το λόγο αυτό ονομάζονται και Φ/Β πλαίσια με ενσωματωμένο μετατροπέα (Module Integrated Converters, MIC). Στα συστήματα αυτά οι απαιτήσεις για επίτευξη υψηλού βαθμού απόδοσης, για την καλύτερη εκμετάλλευση της παρεχόμενης ηλιακής ενέργειας, καθώς και ρεύματος ημιτονοειδούς μορφής στην έξοδο είναι αδιαμφισβήτητες. Βασικός σκοπός της παρούσας διατριβής είναι η συμβολή της στον τομέα των Φ/Β μονάδων διεσπαρμένης παραγωγής και επικεντρώνεται στην ενδελεχή ανάλυση, στη βελτιστοποίηση της λειτουργικής συμπεριφοράς, στον υπολογισμό των απωλειών στα στοιχεία του μετατροπέα, στην παραμετροποίηση και τελικά στο βέλτιστο σχεδιασμό ενός αντιστροφέα ρεύματος τύπου Flybcak (Flyback Current Source Inverter – Flyback CSI). Οι κύριοι στόχοι που έπρεπε να εκπληρωθούν για την ολοκλήρωση της παρούσας διατριβής ήταν:  Η ενδελεχής ανάλυση της λειτουργίας του αντιστροφέα για δύο διαφορετικές στρατηγικές ελέγχου που εφαρμόζονται σε αυτόν.  Ο κατά το δυνατόν ακριβέστερος υπολογισμός των απωλειών στα στοιχεία του Flyback CSI, καθώς και η παραμετροποίηση των σχέσεων αυτών.  Ο βέλτιστος σχεδιασμός του Flyback CSI, ο οποίος βασίζεται στη διατύπωση της μεγιστοποίησης του σταθμισμένου βαθμού απόδοσης ως πρόβλημα βελτιστοποίησης.  Η υλοποίηση του ελέγχου της λειτουργίας του μετατροπέα μέσω ψηφιακού μικροελεγκτή, καταργώντας τον ήδη υφιστάμενο αναλογικό έλεγχο. Αρχικά η μελέτη επικεντρώνεται σε μία πρώτη τεχνική ελέγχου, η οποία ωθεί τον μετατροπέα να λειτουργεί στην περιοχή της ασυνεχούς αγωγής (Discontinuous Conduction Mode, DCM). Στη συνέχεια προτείνεται μία δεύτερη τεχνική ελέγχου η οποία, αφ' ενός μεν αναγκάζει το μετατροπέα να λειτουργεί στο όριο συνεχούς και ασυνεχούς αγωγής (Boundary between Continuous and Discontinuous Conduction Mode, BCM), αφ' ετέρου δε παρέχει καθαρά ημιτονοειδές ρεύμα στην έξοδο. Με την προτεινόμενη νέα τεχνική ελέγχου, που ονομάσθηκε i-BCM (improved BCM) και αποτελεί βελτίωση της υπάρχουσας στη βιβλιογραφία τεχνικής ελέγχου BCM, βελτιώνεται σημαντικά ο συντελεστής ισχύος στην έξοδο του αντιστροφέα, παρέχοντας στο δίκτυο καθαρά ημιτονοειδές ρεύμα. Οι δύο διαφορετικές στρατηγικές ελέγχου διαμορφώνουν διαφορετικές κυκλωματικές συνθήκες. Για τις δύο περιπτώσεις αναπτύσσονται αναλυτικές εκφράσεις τόσο για τη μέση, όσο και για την ενεργό τιμή των ρευμάτων που διαρρέουν όλα τα στοιχεία του μετατροπέα (ημιαγωγικά στοιχεία, Μ/Σ κλπ). Επιπρόσθετα, εξάγονται κριτήρια για τα ασφαλή όρια λειτουργίας του μετατροπέα με γνώμονα την καταπόνηση των ημιαγωγικών στοιχείων ισχύος από υψηλές τιμές τάσης και ρεύματος. Ιδιαίτερο βάρος δίνεται στον υπολογισμό της διακύμανσης της τάσης του πυκνωτή του φίλτρου εξόδου, η οποία αναπτύσσεται και πάνω στα ημιαγωγικά στοιχεία του μετατροπέα, επηρεάζοντας την επιλογή τους. Στην συνέχεια, προσδιορίζονται μέσω αναλυτικών μαθηματικών σχέσεων οι απώλειες αγωγής και οι διακοπτικές απώλειες των ημιαγωγικών στοιχείων και προσεγγίζονται, με ιδιαίτερη λεπτομέρεια, οι απώλειες του μετασχηματιστή (τυλιγμάτων και πυρήνα) και για τις δύο προαναφερθείσες στρατηγικές ελέγχου, δεδομένου ότι η διακοπτική συχνότητα λειτουργίας του μετατροπέα είναι υψηλή. Για το λόγο αυτό απαιτείται εις βάθος μελέτη της υπάρχουσας βιβλιογραφίας, επιλογή ή επινόηση των κατάλληλων μοντέλων απωλειών σε ένα Μ/Σ (πυρήνα και χαλκού) και προσήκουσα προσαρμογή αυτών στις κυκλωματικές συνθήκες του αντιστροφέα Flyback. Παράλληλα με την ανάλυση των απωλειών πραγματοποιείται και η παραμετροποίηση του συστήματος. Η διαδικασία αυτή στηρίζεται στη διαχείριση των εξισώσεων κατά τέτοιο τρόπο ώστε να προσδιορίζονται όλες οι μεταβλητές και οι σταθερές του μετατροπέα, καθώς και οι παράμετροι από τις οποίες εξαρτώνται οι απώλειες, με τον απλούστερο δυνατό τρόπο. Συνεπώς, έχει δοθεί ιδιαίτερη έμφαση στην διαχείριση των αναλυτικών σχέσεων ώστε οι απώλειες, χωρίς έκπτωση στην ακρίβεια, να εξαρτώνται από τον ελάχιστο δυνατό αριθμό παραμέτρων. Με αυτό τον τρόπο η μελέτη είναι πλήρης αλλά περιορίζεται η πολυπλοκότητα, με αποτέλεσμα να προκύπτουν μόνο τέσσερις ανεξάρτητες σχεδιαστικές μεταβλητές. Στο επόμενο στάδιο, πραγματοποιείται ο βέλτιστος σχεδιασμός του Flyback CSI, ο οποίος βασίζεται στη διατύπωση της μεγιστοποίησης του σταθμισμένου βαθμού απόδοσης ως πρόβλημα βελτιστοποίησης. Αυτό, πρακτικά, σημαίνει τον προσδιορισμό της αντικειμενικής συνάρτησης (objective ή cost function), των σχεδιαστικών μεταβλητών και σταθερών, των περιοριστικών συνθηκών και τον ορισμό του πεδίου τιμών αυτών. Ο σταθμισμένος βαθμός απόδοσης αποτελεί την αντικειμενική συνάρτηση, ενώ οι προδιαγραφές εισόδου και εξόδου του μετατροπέα αποτελούν τις σχεδιαστικές σταθερές.. Με τη χρήση μίας στοχαστικής μεθόδου βελτιστοποίησης, η οποία αναδείχτηκε ως η πιο κατάλληλη έπειτα από εκτεταμένη βιβλιογραφική αναζήτηση, προσδιορίζονται οι τιμές των τεσσάρων σχεδιαστικών μεταβλητών και επιτυγχάνεται ο μέγιστος δυνατός σταθμισμένος βαθμός απόδοσης. Η επίτευξη του στόχου ολοκληρώνεται με την ανάπτυξη ενός νέου επαναληπτικού αλγορίθμου, με τον οποίο, βάσει των εξισώσεων των απωλειών, επιτυγχάνεται ο βέλτιστος σχεδιασμός του Flyback CSI και για τις δύο διαφορετικές τεχνικές ελέγχου. Επιπροσθέτως, υλοποιείται ο έλεγχος της λειτουργίας του μετατροπέα μέσω ψηφιακού μικροελεγκτή, καταργώντας τον ήδη υφιστάμενο αναλογικό έλεγχο. Η αλλαγή της φιλοσοφίας υλοποίησης του ελέγχου προσφέρει μεγαλύτερη ευελιξία και ανεξάντλητες δυνατότητες στην κατάστρωση και υιοθέτηση διαφορετικών στρατηγικών ελέγχου. Ιδιαίτερα, κατά τη λειτουργία στο όριο μεταξύ συνεχούς και ασυνεχούς αγωγής (i-BCM), με κατάλληλο προγραμματισμό του μικροελεγκτή εξαλείφεται η ανάγκη για μέτρηση των ρευμάτων στα τυλίγματα του μετασχηματιστή. Ο μικροελεγκτής που χρησιμοποιείται είναι ο dspic30F4011 της εταιρείας Microchip ο οποίος διαθέτει μεγάλη υπολογιστική ικανότητα και μία πληθώρα περιφερειακών που επιτρέπουν αυτοματοποίηση κάποιων λειτουργιών, όπως η διαδικασία σύνδεσης και αποσύνδεσης με το δίκτυο και η δυνατότητα ενσωμάτωσης της μονάδας ανίχνευσης του μέγιστου σημείου ισχύος (M.P.P.T) της Φ/Β γεννήτριας στην ίδια ψηφιακή μονάδα. Τέλος, υλοποιήθηκαν εργαστηριακά πρωτότυπα με βάση τις βέλτιστες παραμέτρους που υπολογίσθηκαν σε κάθε περίπτωση σύμφωνα την προτεινόμενη μέθοδο βελτιστοποίησης και ακολούθησε πειραματική επιβεβαίωση με χρήση ενός αναλυτή ισχύος υψηλής ακρίβειας, για την επιβεβαίωση των θεωρητικών προσεγγίσεων. Επιπλέον, μελετήθηκε η ευεργετική επίδραση της συνδυαστικής χρήσης των δύο τεχνικών ελέγχου στην πυκνότητα ισχύος / This thesis pertains to domestic on-grid PV systems that utilize the AC-PV Modules technology. These low power PV topologies (up to 300W) are implemented by integrating one PV Module and a single phase inverter (one or multi stage), in one independent electronic apparatus. For this reason they are called Module Integrated Converters (MIC). The most important requirements for these systems are the higher possible efficiency - in order to take advantage of the supplied solar energy – and the pure sinusoidal output current. The main purpose of this thesis is to contribute to the field of the dispersed PV power generation. Thus, it focuses on the thorough analysis, the behaviour optimization, the components losses estimation, the parameterization and finally the optimal design of Flyback current source inverter (Flyback CSI). The main objectives fulfilled in this thesis are: • The detailed analysis of the inverter behaviour for two different semiconductor control strategies. • The precise losses calculation of all the components of the Flyback CSI. • The optimal design of the Flyback CSI, which is based on maximizing the weighted efficiency. • The implementation of the semiconductor control via a digital microcontroller, eliminating the existing analogue control. Initially, the study focuses on a first control technique that forces the inverter to function in Discontinuous Conduction Mode (DCM). On the other hand, a second control technique that forces the inverter to function on the Boundary between Continuous and Discontinuous Mode (BCM) is proposed. This new control technique is named i-BCM (improved BCM) and it is an improved version of the BCM control technique found in the literature. This new control scheme significantly improves the power factor of the inverter output. The inverter injects pure sinusoidal current to the grid. The two different control strategies form different circuit conditions. Analytical expressions for the average and the rms value of the current, flowing through the components (semiconductors, transformers e.t.c), for both cases are developed. In addition, new operating boundaries of the semiconductors for the safe operation of the inverter based on the analysis of the voltage and current that stresses the semiconductors, are proposed. Special attention is given on the calculation of the voltage deviation on the output filter capacitor. This voltage deviation is caused by the switching operation of the inverter and affects the selection of the semiconductors and the voltage level that can handle. Furthermore, the conduction losses and the switching losses of the semiconductors are determined through analytical, mathematical equations. Because of the inverter high switching frequency, the transformer losses (copper and core), are calculated with special attention to detail. For this reason, an in depth examination of the existing literature takes place that leads to the selection of the appropriate core and copper loss models. The models are adequately adjusted to the circuit conditions of the Flyback inverter topology. The system is parameterized along with the losses analysis. All the equations are manipulated in such a way that simplifies the determination of all the variables and all the constants of the inverter and the loss dependent parameters. Consequently, special emphasis is given to the manipulation of the analytical equations, without affecting the accuracy, in order to express the losses using the minimum number of independent variables. Therefore, the study is complete but the complexity is eliminated and the independent design variables are only four. The optimization problem is the maximization of the weighted efficiency. The optimal design of the Flyback CSI is implemented based on this formulation. As a next step, the objective (or cost) function, the design variables and constants, the constraints and their range need to be defined. The weighted efficiency is the objective function whereas the input and the output specifications of the inverter are the design constants. After an extensive literature research, a stochastic optimization method is chosen as the most appropriate to determine the values of the four design variables in order to achieve the highest weighted efficiency. A new iterative algorithm, which uses the losses equations, is developed to achieve the optimal design of the Flyback CSI for both control strategies. Moreover, the control of the inverter is implemented via a digital microcontroller, eliminating the existing analogue control. This changes the way of controlling the inverter and offers flexibility and limitless possibilities in implementing and adopting various control strategies. Specifically, under the i-BCM control scheme, the need for measuring the current of the transformer windings is eliminated by using an appropriate algorithm. The microcontroller used in this research is dspic30F4011 developed by Microchip. Its good computational capacity and the variety of peripherals enable the automation of some functions such as connection and disconnection from the grid and the integration of the maximum power point tracking (M.P.P.T.) on the same digital unit. Finally, laboratory prototypes are implemented, based on the optimal parameters calculated for every case, using the proposed optimization method. The experimental procedure confirmed the theoretical approximations. A high precision power analyser was used. Furthermore, the beneficial effect of the combined use of the two control power techniques on the power density is also studied.

Στις χώρες της Ευρωπαϊκής Ένωσης ο κτιριακός τομέας απορροφά περίπου το 40% της συνολικής ενεργειακής κατανάλωσης, γεγονός που καθιστά απαραίτητο το λειτουργικό και φιλικό προς το περιβάλλον σχεδιασμό των κτιρίων, παράλληλα με τον περιορισμό των συνολικών ενεργειακών αναγκών τους για την εξοικονόμηση ενέργειας. Όσον αφορά τα ήδη υπάρχοντα κτίρια, μπορούν να γίνουν διάφορες παρεμβάσεις ώστε να επιτευχθεί η μέγιστη δυνατή εξοικονόμηση ενέργειας. Από την άλλη, η Ε.Ε.,στα πλαίσια της βιώσιμης ανάπτυξης και της προστασίας του περιβάλλοντος, έχει θέσει ως στόχο για το 2020 τα καινούρια κτίρια να είναι μηδενικών εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα. Για την υλοποίηση του στόχου αυτού, είναι αναγκαίος ο σχεδιασμός των κτιρίων σύμφωνα με τις αρχές της βιοκλιματικής αρχιτεκτονικής, για την ελαχιστοποίηση των ενεργειακών τους αναγκών αλλά και η εφαρμογή συστημάτων Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας για την παραγωγή θερμικής και ηλεκτρικής ενέργειας και την ελαχιστοποίηση έτσι των εκπομπών CO2 στην ατμόσφαιρα από τα ορυκτά καύσιμα. Στην παρούσα διπλωματική εργασία, αναπτύσσονται στρατηγικές που αποσκοπούν στην αρμονική ένταξη των κτιρίων στο φυσικό περιβάλλον, παρουσιάζονται τα θέματα εξοικονόμησης ενέργειας στα κτίρια, διατυπώνονται οι βασικές παράμετροι για την επίτευξη ολιστικής ενεργειακής κάλυψης των κτιρίων και την προετοιμασία του επόμενου βήματος σχετικά με την ενέργεια στα κτίρια για το έτος 2020 και δίνονται νέες τεχνολογικές λύσεις που αναπτύχθηκαν στο εργαστήριο ηλιακής ενέργειας, με σκοπό την βέλτιστη αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας και των άλλων ΑΠΕ στα κτίρια. Στα πλαίσια της πλήρους κάλυψης των κτιριακών ενεργειακών αναγκών από ΑΠΕ και της προώθησης των κτιρίων σχεδόν μηδενικής κατανάλωσης από συμβατικές ενεργειακές πηγές, μελετάται πειραματικά η συμβολή των φωτοβολταϊκών σε δυσμενή κλίση και προσανατολισμό. Εξετάζεται η συνεισφορά διάχυτων ανακλαστήρων στην ενεργειακή τους απόδοση, η επίδραση του υλικού της θερμομόνωσης και του περιορισμού των θερμικών απωλειών. Τέλος, εξετάζεται η αξιοποίηση κάθε τμήματος του κτιρίου που μπορεί να έχει θετική συμβολή στο ενεργειακό θέμα. Έτσι προτείνονται τρόποι τοποθέτησης φωτοβολταϊκών σε οριζόντιες και επικλινείς στέγες και στις προσόψεις των κτιρίων, με προσθήκη ανακλαστήρα όπου είναι δυνατό, που μπορούν να συνεισφέρουν στην επίτευξη μηδενικού ενεργειακού ισοζυγίου στα κτίρια. / In the countries of the European Union the building sector accounts for about 40% of the total energy consumption, so it is necessary that the buildings should be designed in a functional and environmentally-friendly way, in addition to the minimization of of the total energy needs to achieve energy savings. As for the existing buildings, they should be renovated so that maximum energy savings is achieved. On the other hand, the EU’s target for 2020 is that new buildings must be of zero carbon dioxide emissions. For the implementation of this goal, buildings should be designed according to the principles of bioclimatic architecture to minimize energy needs, but also systems of Renewable Energy Sources should be applied to produce thermal energy and electricity, in order to minimize carbon dioxide emissions from fossil fuels. In the present thesis, strategies aiming to harmonic integration of buildings in the natural environment are developed, holistic energy saving aspects for buildings are presented, aspects regarding the next step to the target for 2020 are given, and some new designs of building integrated RES, investigated at the Solar Energy Laboratory, are suggested. Approaching the holistic contribution of the renewable energy sources (RES) to buildings for total cover of their energy demand, and the achievement of nearly zero energy buildings, the contribution of photovoltaics in disadvantageous inclination and azimuth angle is experimentally studied. The contribution of diffuse reflectors to pV’s energy efficiency, the impact of thermal insulation materials and the impact of limitating the thermal losses to PV’s operation, are studied as well. Furthermore, the use of every single part of the building in order to contribute to its energy supply, is considered. Designs for photovoltaic integration on horizontal and inclined roofs and facades are suggested, combined with booster reflector if possible, aiming to achieve zero energy balance of buildings.

Τα τελευταία χρόνια οι εφαρμογές συνεχούς μετάδοσης ροών πληροφορίας στο διαδίκτυο έχουν γίνει ιδιαίτερα δημοφιλείς. Με τον συνεχώς αυξανόμενο ρυθμό εισόδου νέων αντικειμένων πληροφορίας, γίνεται ολοένα και πιο επιτακτική η ανάγκη για την ανάπτυξη πληροφορικών συστημάτων που να μπορούν να προσφέρουν στους χρήστες τους μόνο εκείνες τις πληροφορίες που τους ενδιαφέρουν, φιλτράροντας τεράστιους όγκους από άσχετες για τον κάθε χρήστη, πληροφορίες. Ένα μοντέλο διάδοσης πληροφορίας ικανό να ενσωματώσει τέτοιου είδους ιδιότητες, είναι το μοντέλο δημοσιεύσεων/συνδρομών βασισμένο στο περιεχόμενο ( content-based publish/subscribe) Βασική συνεισφορά μας στο χώρο είναι η εφαρμογή του μοντέλου δημοσιεύσεων/συνδρομών βασισμένου στο περιεχόμενο (content-based publish/subscribe) πάνω στα δίκτυα ομοτίμων ώστε να μπορέσουμε να προσφέρουμε στους χρήστες υψηλή εκφραστικότητα κατά την δήλωση των ενδιαφερόντων τους, λειτουργώντας σε ένα πλήρως κατανεμημένο και κλιμακώσιμο περιβάλλον. Ο κορμός των προτεινόμενων λύσεων σε αυτή τη διατριβή είναι: (α) η ανάπτυξη αλγορίθμων για την αποθήκευση των κλειδιών των δημοσιεύσεων σε κατάλληλους κόμβους του δικτύου με βάση τις συνθήκες στο περιεχόμενο που έχουν δηλωθεί και (β) αλγορίθμων δρομολόγησης δημοσιεύσεων στο διαδίκτυο έτσι ώστε να ((συναντούν)) αυτούς τους κόμβους οι οποίοι περιέχουν συνδρομές που ικανοποιούνται από την πληροφορία της δημοσίευσης. Οι προτεινόμενοι αλγόριθμοι υλοποιήθηκαν και εξετάσθηκαν ενδελεχώς με προσομοίωση μελετώντας την απόδοσή τους με βάση μετρικές όπως: η δίκαιη κατανομή του φόρτου στους κόμβους του δικτύου από τη διακίνηση μηνυμάτων κατά την επεξεργασία των συνδρομών/δημοσιεύσεων, ο συνολικός αριθμός μηνυμάτων που διακινούνται, ο συνολικός όγκος επιπλέον πληροφορίας που απαιτούν οι αλγόριθμοι να εισέλθει στο δίκτυο (network bandwidth), και ο χρόνος που απαιτείται για την ανεύρεση των συνδρομών που συζευγνύουν με κάθε δημοσίευση. / In the past few years the continuous data streams applications have become particularly popular. With the continuously increasing rate of entry of new information, it becomes imperative the need for developing appropriate infrastructures that will offer only the information that users are interested for, filtering out large volumes of irrelevant for each user, information. The content-based publish/subscribe model, is capable of handling large volumes of data traffic in a distributed, fully decentralized manner. Our basic contribution in this research area is the coupling of the content-based publish/subscribe model with the structured (DHT-based) peer-to-peer networks, offering high expressiveness to users on stating their interests. The proposed infrastructure operated in a distributed and scalable environment. The proposed solutions in this thesis are related to the development and testing: (a) of a number of algorithms for subscription processing in the network and (b) of a number of algorithms for processing the publication events. The proposed algorithms were developed and thoroughly tested with a detailed simulation-based experimentation. The performance metrics are: the fair distribution of load in the nodes of network from the distribution of messages while processing subscriptions and publication events, the total number of messages that are generated, the total volume of additional information that is required from the algorithms to operate, and the time that is required for matching publication events to subscriptions.