Η παχυσαρκία είναι μια κατάσταση που λαμβάνει διαστάσεις επιδημίας τα τελευταία χρόνια σε παγκόσμια κλίμακα. Οι επιπτώσεις της στην υγεία είναι ποικίλες, συμπεριλαμβανομένου μεταξύ άλλων και την υπογονιμότητα, που μαστίζει το 12% του πληθυσμού. Ένας δείκτης υπολογισμού της παχυσαρκίας είναι ο ΒΜΙ (Body Mass Index): βάρος σε kg /m2 Ορμόνες με κεντρική και περιφερική δράση εμπλέκονται στην ενεργειακή ομοιόσταση του οργανισμού. Εκτός από την ινσουλίνη, νέες ορμόνες όπως η λεπτίνη, η αντιπονεκτίνη, η ρεζιστίνη και η γρελίνη έχουν ανακαλυφθεί ως σημαντικοί ρυθμιστές της όρεξης και της ενεργειακής ομοιόστασης. Η στενή σχέση μεταξύ ενεργειακού μεταβολισμού, θρέψης και αναπαραγωγικής φυσιολογίας, δεικνύουν βλαπτικές επιδράσεις ή τροποποιήσεις στη θρέψη (παχυσαρκία, νευρογενή ανορεξία κ.α.) και μεταβολικές διαταραχές που μπορούν να διακόψουν την αλληλεπίδραση των γοναδοτροπινών που είναι απαραίτητες για την γονιμοποίηση. Αυξανόμενο ΒΣ (βάρος σώματος) και εναπόθεση λίπους προκαλούν διακοπή της εμμήνου ρύσεως και μειωμένη υπογονιμότητα. Έχει βρεθεί πως η απώλεια βάρους σε παχύσαρκες γυναίκες μειώνει την ινσουλινοαντοχή και αυξάνει την γονιμότητα. Η λεπτίνη και η γρελίνη ειδικά θεωρούνται οι συνδετικοί κρίκοι μεταξύ ομοιόστασης και αναπαραγωγής, μια και η δράση τους είναι κεντρομόλος και επηρεάζουν την έκκριση των γοναδοτροπινών, της FSH και της LH που είναι υπεύθυνες ορμόνες για την αναπαραγωγή. Επίσης είναι σημαντικές στην εμφύτευση και ανάπτυξη του εμβρύου. Στόχος αυτής της εργασίας είναι να συνοψίσει τη δομή και τη δράση αυτών των πεπτιδίων-ρυθμιστών στον ενεργειακό μεταβολισμό και τις κεντρικές επιδράσεις τους στην φυσιολογία της αναπαραγωγής. Πολλοί μοριακοί και βιοχημικοί μηχανισμοί παραμένουν άγνωστοι, για αυτό και απαιτείται περαιτέρω έρευνα στις δράσεις τους επάνω στους διάφορους ιστούς που εκφράζονται, προκειμένου να γίνουν νέες προσεγγίσεις στην κατανόηση της υπογονιμότητας στην παχυσαρκία. / -

Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η μελέτη της επίδρασης των εισροών στην ποιότητα του εδάφους των καλλιεργειών, στο οροπέδιο της κοινότητας Ομαλών στη νήσο Κεφαλληνία, μέσω της αξιοποίησης των στοιχείων που προκύπτουν από την δομή και την περιγραφή του συγκεκριμένου αγροτικού οικοσυστήματος. Η μελέτη έγινε σε βιολογικούς και συμβατικούς ελαιώνες και αμπελώνες και διήρκησε 1 χρόνο. Κατά την διάρκεια του χρόνου αυτού, πραγματοποιήθηκαν δειγματοληψίες από τα υπό μελέτη εδάφη και προσδιορίσθηκαν χημικές και βιολογικές ιδιότητες. Συγκεκριμένα προσδιορίστηκαν το pH, η Ικανότητα Ανταλλαγής Κατιόντων, η οργανική ουσία, η Ηλεκτρική αγωγιμότητα, ο φώσφορος, τα ανταλλάξιμα κατιόντα K, Na και Mg, το ολικό άζωτο, το βόριο τα νιτρικά και η εδαφική αναπνοή. Για την αξιοποίηση των αποτελεσμάτων των εδαφολογικών αναλύσεων ήταν απαραίτητη η γνώση των καλλιεργητικών πρακτικών που εφαρμόζονται στα αγροτεμάχια καθώς και οι ποσότητες των εισροών σε αυτά. Για το σκοπό αυτό πραγματοποιήθηκαν συνεντεύξεις σε αγρότες της περιοχής με την χρήση ερωτηματολογίων ανοιχτού τύπου. Από τα ερωτηματολόγια προέκυψε ότι η υψηλότερη ενεργειακή εισροή στο εδαφικό υποσύστημα είναι η κοπριά τόσο στην περίπτωση της βιολογικής καλλιέργειας όσο και συμβατικής καλλιέργειας ελιάς και αμπέλου. Η εντατική χρήση υψηλών ποσοτήτων κοπριάς συμβάλλει στην βελτίωση των χημικών και βιολογικών ιδιοτήτων του εδάφους αλλά εγκυμονεί κινδύνους για την ποιότητα του. / In the following research the effects of agroecosystem inputs on soil quality of crops at plateau Omala of Cephalonia island via the exploitation of elements that result through the study of the structure and the description of particular agroecosystem, were studied. The research had a duration of above 1 year, in which samplings from the soil and their chemical and biological attributes were not only realized but also evaluated concretely pH,Cation Exchange Capacity, organic matter, Electrical Conductivity, the phosphor, Exchangeable Cations K, Na and Mg, total N, NO3, the boron and the microbial rate, were measured. For the exploitation of results of soil analysis it was essential to have obtain knowledge of farming practices that is applied in the farmyards as well as the quantities of inputs. This aim was realised through interviews with farmers of the region with the use of open type questionnaires. The result of these questionnaires was that the higher energy input in the soil subsystem is manure. The intensive use of high quantities of manure contributes to the improvement of the chemical and biological attributes of soil but gestates dangers for soil quality.

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.

Η εξοικονόμηση ενέργειας αποτελεί τον βασικότερο πυλώνα της ενεργειακής πολιτικής κάθε χώρας. Ο κτιριακός τόμέας καταναλώνει ένα αρκετα μεγάλο ποσοστό της συνολικής απιτούμενης ενέργειας σύμφωνα με την Ευρωπαική Ένωση γι'αυτό μελετάμε σε πρώτο στάδιο την ενεργειακή κατανάλωση ενός κτιρίου σύμφωνα με μια κοινά αποδεκτή μεθοδολογία προερχόμενη από την Ευρωπαική Επιτροπή (CEN), η οποία στηρίζεται σε επιστημονικά δεδομένα και στατιστικές μελέτες για να προσεγγίζει ένα βέλτιστο αποτέλεσμα. Επιπλέον, μελετάμε πως συμβάλλει ο τύπος κτιρίου, οι κλιματολικές συνθήκες της περιοχής όπως και τα συστήματα θέρμανσης-ψύξης, φωτισμού και ζεστού νερού χρήσης στην κατανάλωση ενέργειας του κτιρίου. Τέλος δημιουργήσαμε ένα πρόγραμμα όπου με αντικατάσταση των συστημάτων που αναφέραμε παρουσιάζεται (και σε γραφικό περιβάλλον) τόσο η ενεργειακή εξοικονόμηση όσο και η εξοικονόμηση χρημάτων. / This diploma thesis focuses on the consumption of buildings, becayse an ever icreasing persentage of total energy is required to cover domestic needs. Firstly,we calculate the energy requirements of a building according to a common methodology derived from the European Commission (CEN),with which we have an otimal result becase it is based on scientific thought and statistics.Moreover, the energy that is finally consumed depends on the type of building, the climatic conditions of the area and the heating, cooling, lighting and water-heating systems that are used.The research, on how all the above, contribute to the energy consumption, as well as the possibility of the comparison if the above systems are replaced with more economical ones, were the reasons to create a program(including grafic interface).

Οι τελευταίες εξελίξεις στα πεδία της ασύρματης μετάδοσης ενέργειας και των υλικών μπαταρίας προσφέρουν καινούριες δυνατότητες για τη διαχείριση της διαθέσιμης ενέργειας στα Ασύρματα Δίκτυα Αισθητήρων. Στο πρώτο πεδίο, έχει αποδειχθεί ότι, μέσω ισχυρά συζευγμένων μαγνητικών συντονισμών, η αποδοτικότητα μεταφοράς 60 watts ισχύος σε απόσταση δύο μέτρων φτάνει το 40% και σε απόσταση ενός μέτρου φτάνει το 75%. Επίσης, εμπορικά προϊόντα που κάνουν χρήση αυτής της τεχνολογίας, ήδη κυκλοφορούν στην αγορά. Στο δεύτερο πεδίο, πραγματοποιήθηκε πρόσφατα άκρως ταχεία φόρτιση με μπαταρίες LiFePO4, επιτρέποντας πλήρη φόρτιση σε μερικά μόνο δευτερόλεπτα. Αυτές οι τεχνολογικές εξελίξεις ανοίγουν το δρόμο προς ένα νέο παράδειγμα για τα Ασύρματα Δίκτυα Αισθητήρων, τα Ασύρματα Επαναφορτιζόμενα Δίκτυα Αισθητήρων, τα οποία αποτελούνται από κόμβους αίσθησης (στάσιμους ή κινητούς) και έναν ή περισσότερους κινητούς κόμβους με υψηλό απόθεμα ενέργειας. Οι τελευταίοι, χρησιμοποιώντας τις προαναφερθείσες τεχνολογίες, επιτυγχάνουν γρήγορη ασύρματη φόρτιση των κόμβων αίσθησης. Με αυτόν τον τρόπο, μας δίνεται η δυνατότητα διαχείρισης του πολύ περιορισμένου πόρου της ενέργειας στο δίκτυο, με περισσότερη λεπτομέρεια και αποδοτικότητα. Σημαντικό είναι το γεγονός ότι, από την προοπτική των κόμβων αίσθησης, η διαχείριση της ενέργειας μπορεί να πραγματοποιηθεί παθητικά και χωρίς την υπολογιστική και επικοινωνιακή επιβάρυνση που εισάγουν σύνθετοι αλγόριθμοι διαχείρισης ενέργειας. Επίσης, η διαδικασία φόρτισης μπορεί να πραγματοποιηθεί με πρωτόκολλα τα οποία μελετώνται και σχεδιάζονται ανεξάρτητα από το υποκείμενο πρωτόκολλο δρομολόγησης που χρησιμοποιείται για την μετάδοση των δεδομένων. Το πρόβλημα. Έστω ένα Ασύρματα Επαναφορτιζόμενο Δίκτυο Αισθητήρων στο οποίο οι κόμβοι αίσθησης μεταδίδουν δεδομένα σε ένα κέντρο ελέγχου χρησιμοποιώντας ένα πρωτόκολλο δρομολόγησης και ο κινητός κόμβος φόρτισης, με απόθεμα ενέργειας σημαντικά μεγαλύτερο από έναν κόμβο αίσθησης, είναι ικανός να αναπληρώνει ασύρματα την ενέργεια των κόμβων αίσθησης. Το πρόβλημα που εξετάζουμε είναι η εύρεση της καλύτερης διαμόρφωσης του κινητού κόμβου φόρτισης, με σκοπό τη βελτίωση της ενεργειακής αποδοτικότητας του δικτύου και της παράτασης της διάρκειας ζωής των κόμβων. Η συνεισφορά μας. Αν και έχουν γίνει ήδη σημαντικές ερευνητικές προσπάθειες για την ενεργειακά αποδοτική δρομολόγηση του κινητού κόμβου αίσθησης, οι περισσότερες προτεινόμενες λύσεις στη βιβλιογραφία μέχρι στιγμής υποθέτουν ολική γνώση επάνω στο δίκτυο. Αντιθέτως, οι λύσεις που παρέχουμε είναι πλήρως κατανεμημένες και προσαρμοστικές, και βασίζονται σε τοπική δικτυακή πληροφορία. Επίσης, τα πρωτόκολλά μας για τον κινητό κόμβο αίσθησης μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε συνδυασμό με κάθε πρωτόκολλο δρομολόγησης και προσαρμόζονται στην κατανομή των κόμβων αίσθησης στο επίπεδο. Τέλος αναγνωρίζουμε και σχεδιάζουμε σημαντικές παραμέτρους της διαδικασίας φόρτισης, όπως i) το ποσό της συνολικής αρχικής ενέργειας του δικτύου που δεσμεύει ο κινητός κόμβος φόρτισης, ii) το επίπεδο στο οποίο πρέπει να αναπληρώνεται η ενέργεια του κάθε κόμβου αίσθησης, iii) ποιες τροχιές πρέπει να ακολουθεί ο κινητός κόμβος φόρτισης ώστε να φορτίσει τους κόμβους αίσθησης. / Recent advances in the fields of wireless energy transmission and batteries material offer new possibilities for managing the available energy in WSNs. In the first field, the technology of highly efficient wireless energy transmission was proposed for efficient, non-radiative energy transmission over mid-range. It has been shown that through strongly coupled magnetic resonances, the efficiency of transferring 60 watts of power over a distance in excess of 2 meters is as high as 40%. Industry research also demonstrated that it is possible to improve transferring 60 watts of power over a distance of up to one meter with efficiency of 75%. At present, commercial products utilizing wireless energy transmission have been available on the market. In the second field, ultra-fast charging was recently realized in LiFePO4 by creating a fast ion-conducting surface phase through controlled off-stoichiometry. These technologies lead the way towards a new paradigm for wireless sensor networks; the Wireless Rechargeable Sensor Networks (WRSNs), which consist of sensor nodes that may be either stationary or mobile, as well as few mobile nodes with high energy supplies. The latter, by using wireless energy transmission technologies are capable of fast charging sensor nodes. This way, the highly constrained resource of energy can be managed in great detail and more efficiently. Another important aspect is the fact that energy management in WRSNs can be performed passively from the perspective of sensor nodes and without the computational and communicational overhead introduced by complex energy management algorithms. Finally, WRSNs allow energy management to be studied and designed independently of the underlying routing protocol used for data propagation. The Problem. Let a Wireless Rechargeable Sensor Network consisting of a set of stationary sensor nodes and a special mobile node called Mobile Charger. The sensor nodes are deployed uniformly at random over a network area and propagate data to a Sink using a routing protocol. The Mobile Charger has finite energy supplies, that are significantly greater than those of a single sensor node, and is capable of charging the sensors. The problem we study is identifying best possible configuration of the Mobile Charger in order to improve energy efficiency and to prolong the lifetime of the network. Our Contribution. While considerable research efforts have been invested into energy efficient scheduling of the Mobile Charger, proposed solutions in the literature so far require a global knowledge of the state of the network. On the contrary, the solutions proposed in this work are fully distributed and adaptive, and rely solely on local information. Furthermore, our proposed algorithm for the Mobile Charger can be used in combination with any underlying routing protocol and adapts on the distribution of sensors in the network area. We identify and investigate the following trade-offs: i) how the total available energy of the network should be split between sensor nodes and the Mobile Charger ii) given that the energy the charger may deliver to the nodes is finite, whether each sensor will be fully or partially charged and iii) what is the trajectory the Mobile Charger should follow in order to charge the sensor nodes.

Σκοπός αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι να εμβαθύνουμε στη λειτουργία των φωτοβολταϊκών πλαισίων λεπτού φίλμ (και συγκεκριμένα των πλαισίων άμορφου πυριτίου - a-Si - και CIS) και μέσα από τα αριθμητικά δεδομένα, να αποφανθούμε πώς η λειτουργία σε πραγματικές συνθήκες μπορεί να επηρεάσει την παραγόμενη ισχύ τους. Στα πλαίσια αυτά, πραγματοποιήθηκαν πειραματικές μετρήσεις, στο χώρο της ταράτσας του κτιρίου του τμήματος των Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών, με φωτοβολταϊκά πλαίσια άμορφου πυριτίου και CIS ισχύος αιχμής 32 και 75 W αντίστοιχα. Οι μετρήσεις πραγματοποιούνταν μια φορά την εβδομάδα κατά τη διάρκεια ενός ημερολογιακού έτους (Μάιος 2009-Απρίλιος 2010) υπό διάφορες συνθήκες ακτινοβολίας και θερμοκρασίας και για αρκετές γωνίες κλίσης, με σκοπό να αποκτήσουμε μια ολοκληρωμένη εικόνα της ενεργειακής τους συμπεριφοράς. Οι μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν με τη βοήθεια του μηχανήματος PVPM 2540C το οποίο αποτυπώνει τη χαρακτηριστική ρεύματος-τάσης του προς μέτρηση πλαισίου για μια χρονική στιγμή (σε χρόνο δυο δευτερολέπτων περίπου), ενώ επιπλέον σημειώναμε την ακτινοβολία, τη θερμοκρασία του περιβάλλοντος, καθώς και την κλίση τοποθέτησής τους. Επίσης μελετούσαμε πώς επηρεάζει τη χαρακτηριστική καμπύλη I-V, και κατά συνέπεια την απόδοση, τυχόν σκίαση από παρακείμενο αντικείμενο. Ο προσανατολισμός των πλαισίων ήταν πάντα προς το Νότο, ώστε να έχουμε περισσότερες ώρες ηλιοφάνειας, διότι η Ελλάδα είναι χώρα του βόρειου ημισφαιρίου. Κατά την επεξεργασία των μετρήσεων καταλήξαμε στην βέλτιστη κλίση τοποθέτησης των πλαισίων ανά εποχή καθώς και σε μία βέλτιστη κλίση τοποθέτησης για όλο τo χρόνο για την περιοχή της Πάτρας. Επιπλέον, υπολογίσαμε με τη μέγιστη δυνατή ακρίβεια την ετήσια ενεργειακή απόδοση του κάθε πλαισίου για όλο το έτος και συγκρίναμε τα παραγόμενα αποτελέσματα. Τέλος, με τη βοήθεια του προγράμματος PV*Sol, κάναμε μια μοντελοποίηση του χρησιμοποιούμενου συστήματος για να συγκρίνουμε μ’ αυτή τα πειραματικά μας αποτελέσματα. / The aim of this diploma thesis is to understand deeply the operation of thin-film (specifically amorphous silicon and CIS ) modules and through the numerical data of measurements and calculations, to make a conclusion considering how the operation in real conditions can influence their produced power. Measurements of current and voltage have been realized on the roof of the building of the department of Electrical and Computer Engineering using an amorphous silicon and a CIS photovoltaic module of 32 and 75 W peak power respectively. The measurements took place once a week during one a year (May 2009-April 2010) and our goal was to obtain measurements under various conditions of radiation and temperature and for some tilt angles so that we acquire enough knowledge on their energy behaviour. The measurements were taken by the “pve PVPM 2540C“ device, which plots the characteristic curve of current and voltage of a module (in space of two seconds) and we also noted down the radiation, the ambient temperature, as well as the tilt angle of the modules. Moreover, we have tested how a possible natural shading from an adjacent object influences the characteristic I-V curve, and as a result the efficiency of the module. The orientation of the module was always South, in order to gain more hours of sunlight, as Greece is a country of the northern hemisphere. While processing the measurements, we found the optimal tilt angle of the modules per season as well as per year for Patras area. Moreover, we tried to calculate with the maximum possible accuracy, the annual energy yield by the two different types of modules and compare the results. Finally, by using the computer modelling system “PV*sol”, we tried to simulate our photovoltaic system, in order to compare the measured results to the experimental.

The objective of the current study is the development of an optimization methodology for the energy efficiency of the cold roll forming process. Towards that target, a hybrid modeling approach, utilizing analytical and computational models, is proposed and developed. The energy efficiency indicator for the cold roll forming process is defined, as taking into account the cold roll forming process as a system with energy inputs and outputs. An analytical model was proposed and analyzed for the calculation of such energy efficiency indicator. Internal deformation work for longitudinal and bending strains and pulling frictional work were taking into account. Validation of the analytical model with experimental data and a sensitivity analysis for cold roll forming process variables are then presented. Furthermore a computational model for the cold roll forming process was proposed and analyzed. Simulation methods and modeling approach are analyzed for both forming and springback analysis. The computational model sections and variables are analyzed and results for longitudinal strains are validated with experimental data. The aforementioned modeling approaches were integrated within an optimization methodology, which consist of a robust design algorithm and a closed loop checking for quality constraints. A robust design algorithm implementation was proposed utilizing the analytical model, as taking into account the uncertainty of noise factors within computer experiments. Closed loop checking of quality constraints is implemented using computational model and specified process guidelines. The main outcome of this work is the complete method that was proposed and realized through analytical and computational models. The evaluation of the case study revealed the efficiency and practicality of the suggested approach towards energy efficiency optimization of the cold roll forming process. / Το αντικείμενο αυτής της διατριβής είναι η ανάπτυξη μιας μεθοδολογίας βελτιστοποίησης της ενεργειακής αποδοτικότητας της διεργασίας διαμόρφωσης με περιστρεφόμενους κυλίνδρους. Προς αυτόν τον στόχο, μια υβριδική προσέγγιση μοντελοποίησης, χρησιμοποιώντας αναλυτικό και υπολογιστικό μοντέλο, προτείνεται και αναπτύσσεται. Ο δείκτης ενεργειακής αποδοτικότητας για την διεργασία διαμόρφωσης με περιστρεφόμενους κυλίνδρους ορίζεται, λαμβάνοντας υπόψη τη διεργασία ως ένα σύστημα με ενεργειακές εισροές και εκροές. Ένα αναλυτικό μοντέλο προτείνεται και αναλύεται για τον υπολογισμό του δείκτη ενεργειακής αποδοτικότητας. Υπολογίζονται το εσωτερικό έργο παραμόρφωσης για διαμήκεις και κάμψης παραμορφώσεις, και έργο τριβής μέσω έλξης του υλικού. Το αναλυτικό μοντέλο επαληθεύεται με πειραματικές παρατηρήσεις και στην συνέχεια πραγματοποιείται μία ανάλυση ευαισθησίας για της μεταβλητές της διεργασίας διαμόρφωσης με περιστρεφόμενους κυλίνδρους. Επιπροσθέτως, ένα υπολογιστικό μοντέλο για την διεργασία διαμόρφωσης με περιστρεφόμενους κυλίνδρους προτείνεται και αναλύεται. Οι μέθοδοι προσομοίωσης και η προσέγγιση μοντελοποίησης αναλύονται για τις αναλύσεις διαμόρφωσης και επαναφοράς. Τα τμήματα του υπολογιστικού μοντέλου και οι μεταβλητές του αναλύονται καθώς και τα αποτελέσματα για τις διαμήκεις παραμορφώσεις επαληθεύονται με πειραματικά δεδομένα. Οι εν λόγω προσεγγίσεις μοντελοποίησης ενσωματώνονται σε μία μεθοδολογία βελτιστοποίησης, η οποία αποτελείται από έναν αλγόριθμο εύρωστου σχεδιασμού και έναν κλειστό βρόγχο για τον έλεγχο των ποιοτικών περιορισμών. Η υλοποίηση του αλγόριθμου εύρωστου σχεδιασμού προτείνεται με χρήση του αναλυτικού μοντέλου, παίρνοντας υπόψη την αβεβαιότητα των μεταβλητών θορύβου σε πειράματα με Η/Υ. Ο κλειστός βρόγχος για τον έλεγχο των ποιοτικών περιορισμών χρησιμοποιεί το υπολογιστικό μοντέλο και συγκεκριμένες οδηγίες διεργασίας. Το κύριο αποτέλεσμα αυτής της εργασίας είναι η πλήρης μεθοδολογία που προτείνεται και πραγματοποιείται μέσω αναλυτικού και υπολογιστικού μοντέλων. Η αξιολόγηση της εφαρμογής της μεθοδολογίας σε βιομηχανικό προϊόν αποκάλυψε την αποτελεσματικότητα και την πρακτικότητα της προτεινόμενης προσέγγισης για την βελτιστοποίηση της ενεργειακής αποδοτικότητας της διεργασίας διαμόρφωσης με περιστρεφόμενους κυλίνδρους.

Objective of the present work is the deep study of the manufacturing systems in terms of energy efficiency. Manufacturing enterprises have to reduce energy consumption for both cost saving and environmental friendliness, finding new ways to produce more with less. As a first step, clear definitions for the energy efficiency are provided, in order to successfully include this significant key performance indicator into the manufacturing decision-making attributes. These definitions are used in order to develop a generalized and holistic approach towards manufacturing energy efficiency. The basic element of the approach is the division of energy efficiency definition and study into four manufacturing levels, namely process, machine, production line, and factory. Process-level definitions are provided for the majority of manufacturing processes. A machine-level study indicates and solves difficulties, generated by the workpiece geometry, and points out the interaction with the process level through factors, such as the process time. Moreover, machine tool peripherals are responsible for a significant portion of the consumed energy. Classification of the machine peripherals, based on the dependence of their consumption on process variables, is required. Studies made on the production line and factory levels show that energy efficiency, at these levels, is heavily dependent on production planning and scheduling and can be improved through the appropriate utilization of machines, with the inclusion of shutdown and eco-modes. All the methods developed for each of the manufacturing levels are verified with appropriate case studies. Moreover, a holistic case study is presented, showing that many of the difficulties towards the optimization of energy efficiency can be dealt with successfully, using the proposed generalized approach. The implementation of the method in a software platform is presented. The tool is industrially evaluated using three case studies from three different industrial sectors (i.e. aeronautics, automotive and household). The evaluation of the presented case studies clearly reveals the usefulness and efficiency of the suggested approach validating its applicability to real industrial environments. This prototype information technology decision support tool can assist the manufacturing sector towards energy and eco-efficiency, within the context of a multi-objective optimization procedure, incorporating traditional metrics (i.e. time, cost, flexibility and quality), interacting with the machine monitoring systems. / Αντικείμενο της παρούσας διατριβής είναι η μελέτη της ενεργειακής αποδοτικότητας των συστημάτων παραγωγής. Η αύξηση της ενεργειακής αποδοτικότητας, προσφέρει μείωση του κόστους παραγωγής και των βλαβερών επιπτώσεων στο περιβάλλον. Αρχικά, παρέχονται ορισμοί για την ενεργειακή αποδοτικότητα, προκειμένου να συμπεριληφθεί και αυτός o σημαντικός δείκτης στα συνήθη κριτήρια λήψης αποφάσεων (δηλαδή το χρόνο, το κόστος, την ευελιξία και την ποιότητα). Οι ορισμοί αυτοί χρησιμοποιούνται για την ανάπτυξη μιας γενικευμένης και ολιστικής μεθοδολογίας ως προς την αύξηση της ενεργειακής αποδοτικότητας στα συστήματα παραγωγής. Το βασικό στοιχείο της μεθόδου είναι ο διαχωρισμός του ορισμού της ενεργειακής απόδοσης και της μελέτης του σε τέσσερα ιεραρχικά επίπεδα, ξεκινώντας από την διεργασία, τη εργαλειομηχανή, τη γραμμή παραγωγής και την μονάδα παραγωγής. Ορισμοί στο επίπεδο της διεργασίας, παρέχονται για την πλειονότητα των κατηγοριών των μηχανουργικών διεργασιών. Στο επίπεδο της εργαλειομηχανής μελετώνται οι διαφορές που προκύπτουν από την γεωμετρία του προϊόντος, και επισημαίνονται οι αλληλεπιδράσεις με το επίπεδο της διεργασίας μέσω παραγόντων, όπως ο χρόνος διεργασίας. Επιπλέον, αποδεικνύεται ότι τα περιφερειακά των εργαλειομηχανών είναι υπεύθυνα για ένα σημαντικό μέρος της καταναλισκόμενης ενέργειας. H ενεργειακή κατάταξη των περιφερειακών των εργαλειομηχανών, με βάση την εξάρτηση της κατανάλωσης τους από παραμέτρους της διεργασίας, είναι απαραίτητη. Μελέτες στα επίπεδο της γραμμής παραγωγής και της μονάδας παραγωγής, δείχνουν ότι η ενεργειακή αποδοτικότητα εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τον χρονοπρογραμματισμό της παραγωγής και μπορεί να βελτιωθεί με την κατάλληλη αξιοποίηση των εργαλειομηχανών, συμπεριλαβαίνοντας τον τερματισμό της λειτουργιάς αυτών ή τη χρήση οικολογικών λειτουργιών (eco-modes). Όλες οι μέθοδοι που αναπτύχθηκαν για τα επίπεδα παραγωγής επαληθεύονται με μελέτες εφαρμογής. Για την υλοποίηση της μεθόδου αναπτύχθηκε λογισμικό το οποίο αξιολογήθηκε σε τρεις διαφορετικούς βιομηχανικούς τομείς με σημαντικά αποτελέσματα. Αυτό το πρωτότυπο εργαλείο υποστήριξης αποφάσεων μπορεί να βοηθήσει στην μείωση της ενεργειακής κατανάλωσης χρησιμοποιώντας πολύ-παραγοντική βελτιστοποίηση, λαμβάνοντας υπόψιν την ενεργειακή αποδοτικότητα μαζί με τα συνήθη κριτήρια λήψης αποφάσεων αλληλοεπιδρώντας με τα συστήματα παρακολούθησης των εργαλειομηχανών.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή πραγματεύεται την ανάλυση, το σχεδιασμό και την κατασκευή ηλεκτρικού κινητήριου συστήματος με σύγχρονο κινητήρα μόνιμων μαγνητών, το οποίο αποτελεί βάση ανάπτυξης ηλεκτροκίνητου οχήματος κυψελών καυσίμου. Ειδικότερα, επικεντρώνεται στα ηλεκτρικά συστήματα πρόωσης και τροφοδοσίας του οχήματος και εστιάζει στην οδήγηση σύγχρονων κινητήρων μόνιμων μαγνητών τραπεζοειδούς κυματομορφής τάσης εξ επαγωγής παρακάμπτοντας τη χρήση αισθητήρων θέσης. Στη κατεύθυνση αυτή, επισημαίνονται τα προβλήματα της χρήσης των αισθητήρων τύπου Hall και ερευνάται η επίδραση της εσφαλμένης τοποθέτησης ή μετατόπισης των αισθητήρων στα λειτουργικά χαρακτηριστικά αυτού του τύπου του κινητήρα. Ειδικότερα, προτείνεται μέθοδος εντοπισμού και ποσοτικοποίησης της γωνίας απόκλισης από την ορθή θέση, που βασίζεται στην εμφανιζόμενη τάση εξ επαγωγής και εφαρμόζεται σε πραγματικό χρόνο. Επίσης, αξιολογούνται οι μέθοδοι οδήγησης σύγχρονων κινητήρων μόνιμων μαγνητών χωρίς τη χρήση αισθητήρων θέσης, οι οποίες έχουν προταθεί στο πλαίσιο ερευνητικών εργασιών στο διεθνή χώρο, βάση τη δυνατότητα εφαρμογής τους σε διαφόρους τύπους σύγχρονων κινητήρων μόνιμων μαγνητών, το εύρος λειτουργίας του κινητήρα, τον αξιόπιστο εντοπισμό των σημείων μετάβασης και τον υπολογιστικό φόρτο υλοποίησής τους. Προτείνεται νέα μέθοδος οδήγησης σύγχρονου κινητήρα μόνιμων μαγνητών τραπεζοειδούς κυματομορφής τάσης εξ επαγωγής, παρακάμπτοντας τη χρήση των αισθητήρων θέσης. Η μέθοδος αυτή επιτυγχάνει διευρυμένο εύρος λειτουργίας του κινητήρα με αξιόπιστο εντοπισμό των σημείων μετάβασης (μέγιστη ακρίβεια εντοπισμού το σημείου μηδενικού δυναμικού του πληροφοριακού σήματος). Το δε κόστος και ο υπολογιστικός φόρτος για την υλοποίηση της μεθόδου είναι χαμηλά. Τέλος, προτείνεται μέθοδος ενεργειακής διαχείρισης ηλεκτροκινητήριου συστήματος με υβριδικό σύστημα τροφοδοσίας ως βάση ανάπτυξης αμιγούς ηλεκτρικού οχήματος. Η αποτελεσματικότητα της προτεινόμενης μεθόδου αξιολογείται στο υπό μελέτη σύστημα για έναν τυπικό κύκλο οδήγησης εντός πόλης. Αναλυτικότερα, στο κεφάλαιο 1 επισημαίνεται η αναγκαιότητα της αντικατάστασης των μηχανών εσωτερικής καύσης από ηλεκτρικούς κινητήρες στον τομέα της αυτοκίνησης. Επίσης, αναφέρονται οι στόχοι που τέθηκαν για την εκπλήρωση της διατριβής και η γενική δομή αυτής. Στο κεφάλαιο 2 περιγράφεται η τεχνολογία των Σύγχρονων Μηχανών Μόνιμων Μαγνητών. Συγκεκριμένα, εξετάζονται τα κατασκευαστικά στοιχεία αυτού του τύπου μηχανών, υπό το πρίσμα της επιρροής αυτών στα λειτουργικά χαρακτηριστικά. Επίσης παρατίθεται μια συγκριτική μελέτη της λειτουργίας των δύο (2) κατηγοριών Σύγχρονων Μηχανών Μόνιμων Μαγνητών, όπως αυτά καθορίζονται από την μορφή της Τάσης εξ Επαγωγής. Στο κεφάλαιο 3 περιγράφεται αναλυτικά η λειτουργική συμπεριφορά του Σύγχρονου Κινητήρα Μόνιμων Μαγνητών Τραπεζοειδούς Κυματομορφής Τάσης εξ Επαγωγής. Επίσης τίθεται το ζήτημα οδήγησης αυτού του είδους Σύγχρονων Κινητήρων καθώς απαιτείται γνώση για τη θέση του δρομέα και ως εκ τούτου είναι απαραίτητη η ενσωμάτωση αντίστοιχων αισθητήρων. Στο κεφάλαιο αυτό, επίσης παρουσιάζεται μία μελέτη αναφορικά με τα σφάλματα που εισάγουν στη λειτουργία του κινητήρα οι ασύμμετρα τοποθετημένοι αισθητήρες θέσης τύπου Hall. Ως κατακλείδα αυτής της μελέτης προτείνεται μία μεθοδολογία ανίχνευσης της εσφαλμένης τοποθέτησης των αισθητήρων θέσης και προσδιορισμού της γωνίας απόκλισης αυτών. Στο κεφάλαιο 4 γίνεται μια εκτενής μελέτη των τεχνικών οδήγησης Σύγχρονων Κινητήρων Μόνιμων Μαγνητών Τραπεζοειδούς Κυματομορφής Τάσης εξ Επαγωγής, παρακάμπτοντας τη χρήση αισθητήρων θέσης. Οι παρουσιαζόμενες μέθοδοι συγκρίνονται ως προς τα μεγέθη που χρησιμοποιούν για να εξάγουν την πληροφορία αναφορικά με τη θέση του δρομέα, τον τρόπο μέτρησης και τις μεθόδους επεξεργασίας αυτών. Στο κεφάλαιο 5 αναλύεται διεξοδικά η μέθοδος που προτάθηκε από τον συγγραφέα της παρούσας Διδακτορικής Διατριβής αναφορικά με την οδήγηση των υπό μελέτη κινητήρων. Η αποτελεσματικότητα της προτεινόμενης τεχνικής οδήγησης επιβεβαιώνεται μέσω προσομοιωτικών αποτελεσμάτων. Επίσης παρατίθενται και πειραματικά δεδομένα από τα ενδιάμεσα στάδια επεξεργασίας που συνιστούν την προτεινόμενη τεχνική οδήγησης. Στο κεφάλαιο 6 περιγράφεται η πειραματική διάταξη και παρουσιάζονται αποτελέσματα πειραματικής διερεύνησης του ηλεκτρικού κινητήριου συστήματος Σύγχρονου Κινητήρα Μόνιμων Μαγνητών, στο οποίο εφαρμόζεται η προτεινόμενη τεχνική οδήγησης. Η μέθοδος αυτός αξιολογείται σε διάφορα σημεία λειτουργίας του υπό μελέτη κινητήρα. Στο κεφάλαιο 7 παρουσιάζεται μια εφαρμογή του υπό μελέτη κινητήριου συστήματος στα ηλεκτροκίνητα οχήματα. Σε αυτό το πλαίσιο γίνεται μία συγκριτική μελέτη των ηλεκτρικών οχημάτων σε επίπεδο κινητήρων και ενεργειακών πηγών. Στο κεφάλαιο 8 παρουσιάζεται η τεχνολογία των κυψελών καυσίμου με έμφαση στον τύπο μεμβράνης ανταλλαγής πρωτονίων. Αναλύονται εκτενώς τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά των κυψελών καυσίμου μεμβράνης ανταλλαγής πρωτονίων και πραγματοποιείται πειραματική διερεύνηση της λειτουργικής συμπεριφοράς μιας εμπορικής συστοιχίας κυψελών καυσίμου. Τα αποτελέσματα αυτά αποτελούν τη βάση για την ανάπτυξη ενός μοντέλου για τη δεδομένη συστοιχία κυψελών καυσίμου στο περιβάλλον Matlab. Στο κεφάλαιο 9 παρουσιάζονται οι αρχιτεκτονικές διασύνδεσης του συστήματος τροφοδοσίας με το ηλεκτροκινητήριο σύστημα και συγκριτική μελέτη των μεθόδων συντονισμού των επιμέρους υποσυστημάτων με βάση τη διεθνή βιβλιογραφία. Επίσης, προτείνεται μέθοδος ενεργειακής διαχείρισης για ηλεκτροκινητήριο σύστημα με υβριδικό σύστημα τροφοδοσίας ως βάση ανάπτυξης αμιγούς ηλεκτρικού οχήματος. Η αποτελεσματικότητα της προτεινόμενης μεθόδου αξιολογείται στο υπό μελέτη σύστημα μέσω προσομοίωσης στο περιβάλλον Matlab για ένα τυπικό κύκλο οδήγησης εντός πόλης. Τέλος, στο κεφάλαιο 10 επισημαίνεται η συμβολή της παρούσας Διδακτορικής Διατριβής στην έρευνα σχετικά με τα ηλεκτρικά κινητήρια συστήματα Σύγχρονων Κινητήρων Μόνιμων Μαγνητών τροφοδοτούμενα από ηλεκτροχημικές πηγές ενέργειας, ανακεφαλαιώνονται τα αποτελέσματα αυτής και αναφέρονται σημεία που μπορούν να αποτελέσουν αντικείμενο επιστημονικής έρευνας στο μέλλον. / This thesis deals with the analysis, design and deployment of an electric drive system with a brushless DC (BLDC) motor, which is the basis for the development of a Fuel Cell Electric Vehicle (FCEV). Particularly, this thesis focuses on the electrical systems (propulsion and sources) of a lightweight vehicle and gives emphasis on position sensorless commutation techniques of a BLDC motor drive system. From that perspective, the issues concerning the embedded Hall effect sensors are highlighted and the effects of incorrect positioning or displacement of sensors in the operational characteristics of this type of motor are investigated. Additionally, a method for identifying and quantifying the angle of deviation from the correct position of Hall effect sensors is proposed, based on back Electromagnetic Force (EMF) zero crossing points. It should be noticed that the proposed method is implemented for real time fault detection and identification. Moreover, the already published position sensorless commutation methods for BLDC motor drive systems have been assessed based on their applicability to various types of permanent magnet synchronous motors, the operating range of the motor, the reliable identification of the correct commutation instant and the computational cost for their implementation. A novel method for position sensorless commutation of a BLDC motor drive system with trapezoidal back EMF has been proposed exploiting the Zero Sequence Voltage (ZSV). The incorporation of the proposed method in the BLDC motor drive system enables extended operational speed range of the motor without load torque limitations while the accurate commutation instants are defined reliably within that range (accurate zero crossing point detection of the information signal). It should be noticed that the overall cost for implementing this method is kept low. Finally, in this thesis, an energy management strategy for a BLDC motor drive system power by multiple electrical sources is proposed, as the basis for a FCEV constitution. The effectiveness of the proposed strategy is verified through a simulation scenario for typical urban driving cycle. Specifically, in Chapter 1 the need for replacement of internal combustion engines by electric machines in the automotive sector is highlighted. Also, a brief description of the aims and the structure of this thesis are provided. In Chapter 2 an introduction of permanent magnet synchronous machines technology is provided. The design features of machine components and their influence on the electrical characteristics of these electrical machines are provided. Also, a comparative study for permanent magnet synchronous motors (PMSM) and BLDC motor is presented. In Chapter 3 the operational behavior of a BLDC motor with trapezoidal back EMF driven by a three phase inverter that utilizes Hall effect sensors is investigated. The issues raised by the utilization of Hall effect sensors for the commutation techniques are highlighted. This chapter also presents a study of the side effects of Hall sensors misplacement on BLDC motor operation. Concluding this study, a method for detecting the incorrect placement of Hall sensors and for determining the exact angular misplacement is proposed. In Chapter 4 a comprehensive study of already known position sensorless commutation techniques for BLDC motor drive systems is presented. These methods are classified with respect to the electrical characteristics that utilize for extracting information regarding the rotor position and the required measurement and processing units. In Chapter 5 a novel position sensorless commutation method for a BLDC motor drive system is proposed by the author of this thesis. The effectiveness of the proposed technique is verified via simulation results of the investigated drive system. Also some experimental results from the intermediate processing steps of the proposed technique are provided. In Chapter 6 the constructed in our Laboratory experimental setup is presented. Experimental results of the investigated BLDC motor drive system which incorporates the proposed position sensorless commutation method are presented. The proposed method and the experimental results are assessed for steady state and during transient in comparison to those coming from embedded Hall sensor. In Chapter 7 an application of the investigated BLDC motor drive system as a propulsion system in electric vehicles is provided. In this context, a comparative study of the existing electric vehicle architectures is provided. In Chapter 8 the technology of Fuel Cells (FCs) with emphasis on Proton Exchange Membrane Fuel Cells (PEMFC) are provided. The electrical characteristics of a PEMFC stack are extensively analyzed and experimental investigation has been carried out for the operational behavior of a commercial PEMFC stack to be clarified. These results provide the basis for developing a mathematical model for the given stack in the Matlab/Simulink environment. In Chapter 9 the architectural interconnection of the supply system with the propulsion system is described. Also, a literature review of the already known energy management methods for pure electric vehicles with hybrid power supply system is provided. In this chapter an energy management strategy is proposed for dual BLDC motor drive system powered by two different electrochemical energy sources. The effectiveness of the proposed method is evaluated in the investigated system via simulation in Matlab/Simulink environment for a typical urban driving cycle. Finally, in Chapter 10 the original contribution of this thesis to the research domain of BLDC motor drive systems power by electrochemical energy sources is highlighted, its additional results are noted and subjects of possible future work are presented.

Στη διατριβή αυτή έχει αναπτυχθεί ένας νέος συνδυασμός της Ανάλυσης Κύκλου Ζωής (ΑΚΖ) και της Ανάλυσης Οικολογικής Απόδοσης, που εφαρμόζεται για την αξιολόγηση της περιβαλλοντικής και ενεργειακής απόδοσης και της απόδοσης κόστους ενός πρότυπου ηλεκτροχρωμικού παραθύρου, η οποία έχει σκοπό να χρησιμοποιηθεί ως διάταξη εξοικονόμησης ενέργειας σε κτήρια. Ο κύριος στόχος είναι να επισημάνουμε πώς η συγκεκριμένη μέθοδος συμπληρώνει τις δύο μεθόδους, ενσωματώνοντας τα ιδιαίτερα πλεονεκτήματά τους σε ένα πληρέστερο και πιο ισχυρό διαγνωστικό εργαλείο. Η αποδοτικότητα της μεθόδου αποδεικνύεται με εφαρμογή σε έναν ηλεκτροχρωμικό υαλοπίνακα (K-Glass/WO3/πολυμερής ηλεκτρολύτης/V2O5/K-Glass), διαστάσεων 40cmx40cm. Αξιολογείται ολόκληρος ο κύκλος ζωής του εφαρμόζοντας τη μέθοδο της ΑΚΖ (ISO 14040). Για να μετρηθεί και να καταγραφεί η οικολογική απόδοση, χρησιμοποιούνται δείκτες περιβαλλοντικής απόδοσης, οι οποίοι βασίζονται σε ισοζύγια υλικών και ενέργειας και ορίστηκαν λαμβάνοντας υπόψη διάφορες παραμέτρους, (σενάριο ελέγχου, προσδοκώμενος χρόνος ζωής, κλιματικές συνθήκες, κόστος αγοράς). Ο συνδυασμός των αποτελεσμάτων οδηγεί σε σημαντικά συμπεράσματα για τον συνδυασμό ιδιοτήτων και τις πιθανές βελτιώσεις, που μπορεί να χρησιμοποιηθούν στη λήψη αποφάσεων για το σχεδιασμό και την ανάπτυξη του προϊόντος και για την επιλογή της βέλτιστης περίπτωσης μεταξύ διαφόρων υαλοπινάκων για ειδικές κλιματικές συνθήκες. Τέλος, μια τέτοια μεθοδολογία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την καθιέρωση ενεργειακής σήμανσης, ή ενεργειακής ταξινόμησης των παραθύρων, ενώ επιπλέον είναι σύμφωνη με την Ευρωπαϊκή Οδηγία (2002/91/EC) για την ενεργειακή απόδοση των κτηρίων, που απαιτεί πιστοποιητικά ενεργειακής απόδοσης για υφιστάμενα και νέα κτήρια. / In this study, a novel combination of the Life Cycle Assessment (LCA) and the Eco-efficiency analysis has been developed and implemented to evaluate the environmental, energy and cost efficiency potential of an electrochromic (EC) window prototype that aims to be used as an energy saving component in the building. The main objective is to mark out how the proposed method complements the traditional techniques, namely LCA and Eco-efficiency integrating their individual advantages into a more complete and a further more powerful diagnostic tool. The efficiency of the method is demonstrated with implementation to a 40cm x 40cm EC glazing (K-Glass/WO3/polymer electrolyte/V2O5/K-Glass). The whole life cycle of the EC glazing is evaluated by implementing the method of LCA (ISO 14040). In order to measure and report the ecological efficiency, environmental performance indicators were used, based on material and energy balances. The indicators were suitably defined taking into consideration various parameters (control scenario, expected lifetime, climatic type, purchase cost). Significant conclusions can be drawn for the development and the potential applications of the device compared to other commercial fenestration products. The combination of the results leads to significant conclusions for the balance of its properties and possible improvements that can be utilized in decision making for the product design and development and for the selection of an optimum case among various fenestration products for specific areas/climates. Finally, such a methodology can be utilized to establish a system for energy labeling or energy rating of windows and it is in accordance with the European Directive (2002/91/EC) on the energy performance of buildings, which calls for energy performance certificates to be available for new and existing buildings.