Το μεγαλύτερο μέρος της απορροφούμενης ηλιακής ακτινοβολίας από τα φωτοβολταϊκά (φβ) κύτταρα δεν μετατρέπεται σε ηλεκτρισμό αλλά σε θερμότητα, η οποία συντελεί στην αύξηση της θερμοκρασίας τους με συνέπεια την μείωση της ηλεκτρικής τους απόδοσης. Η απαγωγή της θερμότητας από τα φβ πλαίσια βοηθά όχι μόνο στη μείωση της θερμοκρασίας λειτουργίας τους αλλά μπορεί και να αξιοποιηθεί αυξάνοντας τη συνολική ενεργειακή τους απόδοση. Τα ηλιακά συστήματα που έχουν τη δυνατότητα να παρέχουν τόσο ηλεκτρική όσο και θερμική ενέργεια είναι τα υβριδικά φωτοβολταϊκά / θερμικά (φβ/θ ή PV/T) συστήματα, τα οποία αναπτύσσονται τελευταία και έχουν αρχίσει να χρησιμοποιούνται σε επιδεικτικές εφαρμογές.Στην εργασία αυτή παρουσιάζονται πειραματικά αποτελέσματα από μία σχεδίαση ηλιακού υβριδικού φωτοβολταϊκού/θερμικού (φβ/θ ή PV/T) συστήματος, το οποίο αποτελείται από διάταξη απαγωγής της θερμότητας, με κυκλοφορία νερού. / Photovoltaic thermal hybrid solar collectors, sometimes known as hybrid PV/T systems or PVT, are systems that convert solar radiation into thermal and electrical energy. These systems combine a photovoltaic cell, which converts electromagnetic radiation (photons) into electricity, with a solar thermal collector, which captures the remaining energy and removes waste heat from the PV module. The capture of both electricity and heat allow these devices to be more overall energy efficient than solar photovoltaic (PV) or solar thermal alone. In this work the PV/T system was studied with working fluid the water.

Η εργασία αυτή ασχολείται κατά πρώτον με την στατιστική επεξεργασία πεντάλεπτων μετρήσεων φυσικού φωτισμού κατά τη διάρκεια ενός έτους και την παραγωγή διαγραμμάτων μέσων ωριαίων μηνιαίων τιμών για κάθε τύπο καιρού και για κάθε μέγεθος (ολικός φωτισμός, διάχυτος φωτισμός, ολική ηλιακή ακτινοβολία, διάχυτη ηλιακή ακτινοβολία) και κατά δεύτερον με τη δικτύωση μελλοντικών σταθμών στην Αττική (με ενσύρματο ή ασύρματο τρόπο) που μετρούν το φυσικό φωτισμό. / --

Στην παρούσα διατριβή δοκιμάστηκαν καινοτόμα υλικά ως προς τις δυνατότητές τους να χρησιμοποιηθούν σε διατάξεις μετατροπής της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρισμό. Τα συμβατικά ηλιακά στοιχεία, τα αποκαλούμενα και φωτοβολταϊκά πρώτης γενιάς, αποτελούνται από κρυσταλλικό πυρίτιο το οποίο με κατάλληλες προσμείξεις παράγει ηλεκτρισμό αξιοποιώντας τη φωτοβόληση μιας επαφής p-n. Στην κατεύθυνση αντικατάστασης των συμβατικών ηλιακών στοιχείων έχει προταθεί η κατασκευή κυψελίδων με νανοδομημένα υλικά τα οποία μπορούμε να επιστρώσουμε υπό τη μορφή λεπτών υμενίων. Στην κατεύθυνση αυτή, στην παρούσα διατριβή κατασκευάστηκαν τρεις τύποι τέτοιων ηλιακών στοιχείων: Φωτοηλεκτροχημικές κυψελίδες, ευαισθητοποιημένες είτε μέσω οργανομεταλλικών χρωστικών είτε μέσω ανόργανων νανοκρυστάλλων (Κβαντικές τελείες), υβριδικές κυψελίδες στερεού τύπου, επίσης ευαισθητοποιημένες τόσο μέσω οργανομεταλλικών χρωστικών όσο και μέσω κβαντικών τελειών και τέλος, φωτοκυψέλες καυσίμου (PEC). Η δομή των συστημάτων αυτών σε γενικές γραμμές συμπεριλαμβάνει: (α) το ηλεκτρόδιο ανόδου (φωτοάνοδος), το οποίο αποτελείται από έναν ημιαγωγό ευρέως χάσματος, όπως η τιτάνια, και από τον ευαισθητοποιητή, (β) το ηλεκτρόδιο καθόδου (αντιηλεκτρόδιο) το οποίο εμπλέκει κατά κανόνα κάποιο ευγενές μέταλλο με μεγάλο έργο εξόδου, και (γ) τον ηλεκτρολύτη που εμπεριέχει το κατάλληλο οξειδοαναγωγικό ζεύγος. Στην περίπτωση των ηλιακών στοιχείων στερεού τύπου, ο ηλεκτρολύτης αντικαθίσταται με κάποιο άλλο υλικό, οργανικό ή ανόργανο το οποίο ολοκληρώνει τη δομή και λειτουργία της συσκευής. Καθώς το ηλιακό φως προσπίπτει στην κυψελίδα, φωτόνια απορροφούνται από τα ημιαγώγιμα στρώματα, την τιτάνια, την χρωστική ή τις κβαντικές τελείες, ανάλογα με τη δομή της κυψελίδας. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα την απορρόφηση των φωτονίων από τα ηλεκτρόνια, τη διέγερση των ηλεκτρονίων αυτών στη ζώνη αγωγιμότητας, την δημιουργία οπών στη ζώνη σθένους στη θέση των ηλεκτρονίων, και εν τέλει τη δημιουργία προϋποθέσεων κυκλοφορίας των iv φορέων ανάμεσα στα υλικά με στόχο την συλλογή τους εξωτερικά και την αξιοποίηση του παραγόμενου (φωτο)ρεύματος. Οι δικές μας παρεμβάσεις αφορούν στην κατασκευή και χαρακτηρισμό ηλιακών στοιχείων καθώς και στη σύνθεση και χαρακτηρισμό καινοτόμων υλικών προκειμένου να αξιοποιηθούν σε ηλιακά στοιχεία στην κατεύθυνση βελτιστοποίησης της απόδοσης αυτών. Στις ευαισθητοποιημένες μέσω χρωστικής, φωτοηλεκτροχημικές κυψελίδες δοκιμάστηκε η χρήση του PEDOT ως ηλεκτροκαταλύτη στην κάθοδο, με σκοπό την αντικατάσταση του Pt, υλικού σπάνιου και ακριβού. Έπειτα δοκιμάστηκε η χρήση συνδυασμού ανόργανων νανοκρυστάλλων, CdS, CdSe, ZnS για την ευαισθητοποίηση του ημιαγωγού στο ορατό φάσμα της ακτινοβολίας, αντί των οργανομεταλλικών χρωστικών. Στις κυψελίδες αυτές επίσης χρησιμοποιήθηκαν τόσο CuS όσο και CoS ως ηλεκτροκαταλύτες στην κάθοδο. Στα ηλιακά στοιχεία στερεού τύπου οι παρεμβάσεις έγιναν τόσο με την προσθήκη πρόσθετων ουσιών με σκοπό την αύξηση της κινητικότητας των φορέων όσο και στην χρήση ανόργανων ευαισθητοποιητών, παράλληλα με την προσθήκη θυσιαστήριων ουσιών προς αντιμετώπιση των φαινομένων οξείδωσης. Τέλος στις φωτοκυψέλες καυσίμου δοκιμάστηκε η χρήση πολυπυρρολίου στην κάθοδο, επικεντρώνοντας και εδώ στην αντικατάσταση του λευκόχρυσου. / In this thesis, novel materials were tested for their potential use in devices that convert solar energy into electricity. The conventional first generation photovoltaic cells consist of crystalline silicon, which with suitable impurities generates electricity utilizing a p-n contact. In the direction of replacing those conventional solar cells, has been proposed the construction of solar cells with nanostructured materials, which can be applied as thin films. In this thesis we constructed three types of such cells: photoelectrochemical cells sensitized either by organometallic dyes or through inorganic nanocrystals (quantum dots), hybrid solid state solar cells also sensitized both through organometallic dyes and through inorganic nanocrystals and finally photofuel cells (PEC). The structure of these systems generally includes: (a) the anode electrode, which consists of a wide gap semiconductor such as titania or zinc oxide and the sensitizer (b) the cathode (counter electrode) which is normally a noble metal with a large work function, and (c) the electrolyte, which comprises a suitable redox couple. In the case of the solid type solar cells, the electrolyte is replaced with a solid state hole conductor, organic or inorganic, which completes the structure and operation of the device. As sunlight falls on the cell, photons are absorbed by the semiconductor layer, titania, the dye or the quantum dots depending on the structure of the cell. This results in the absorption of photons by the electrons, the excitation of these electrons in the conduction band, creating holes in the valence band, ,and ultimately the creation of charge mobility conditions for the carriers between the combined materials with the purpose to collect them externally and to utilize the produced (photo) current. Our own interventions were related with the test of novel materials in the mentioned solar cells in the direction of the optimization of their performance. In the case of dye sensitized solar cells, PEDOT was tested as the cathode electrocatalyst, towards the replacement of Pt, a rare and expensive material. Then we tried to use a combination of inorganic nanocrystals, CdS, CdSe, ZnS to sensitize the semiconductor in the visible range of radiation in substitution of the organometallic dyes. In the case of quantum dot sensitized solar cells, we also used both CuS and CoS as cathode electrocatalysts. In hybrid solid state solar cells, interventions were made by adding additives in the direction of increasing the mobility of carriers. We also used inorganic sensitizers while adding sacrificial substances to deal with oxidation phenomena. Finally in Photo fuel cells we tested polypyrrole as electrocatalyst in the cathode, focusing again in replacing platinum.

Η ηλιακή ενέργεια και το νερό είναι δύο φυσικοί πόροι που παίζουν σημαντικό ρόλο στις αποδόσεις των ενεργειακών καλλιεργειών για την παραγωγή βιοκαυσίμων και επομένως η ορθολογική διαχείριση τους είναι σημαντική για το περιβάλλον. Η παραγόμενη βιομάζα από τις ενεργειακές καλλιέργειες - ως προϊόν φωτοσυνθετικής δραστηριότητας των φυτών - εξαρτάται από την αθροιζόμενη ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας που φθάνει σε ένα τόπο και το ποσοστό αξιοποίησης της από τη φυτική κόμη της καλλιέργειας. Επίσης εξαρτάται από τη διαθεσιμότητα του νερού στο έδαφος προκειμένου να καλυφθούν οι ανάγκες της καλλιέργειας σε νερό. Ο βαθμός αξιοποίησης και των δύο φυσικών πόρων υπολογίζεται με δύο δείκτες. Το συντελεστής αξιοποίησης της ηλιακής ακτινοβολίας (Radiation Use Efficiency, RUE) και το συντελεστή αξιοποίησης του νερού (Water Use Efficiency, WUE). Αντικείμενο της εργασίας θα είναι ο υπολογισμός των δύο δεικτών του βαθμού αξιοποίησης των δύο ανωτέρω φυσικών πόρων σε πειραματική καλλιέργεια γλυκού σόργου στο Πανεπιστήμιο Πατρών. Επίσης είναι σημαντικό να εκτιμηθεί η κατανάλωση νερού καλλιέργειας γλυκού σόργου λόγω του φαινομένου της εξατμισοδιαπνοής. Προς τούτο θα υπολογισθεί η εξατμισοδιαπνοή αναφοράς κατά FAO με βάση τη σχέση Penman-Monteith. / -

Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας, είναι η μελέτη της συμπεριφοράς φωτοβολταϊκού πλαισίου λεπτής ταινίας CIS, σε πραγματικές συνθήκες λειτουργίας. Μελετάται η επίδραση διάφορων εξωτερικών παραγόντων και κυρίως της θερμοκρασίας, της ηλιακής ακτινοβολίας και της σκίασης. Με στόχο την εκτίμηση της παραγόμενης DC ισχύος σε διάφορες συνθήκες λειτουργίας., έχουν πραγματοποιηθεί μετρήσεις ρεύματος-τάσης στο χώρο του Πανεπιστημίου Πατρών, σε φωτοβολταϊκό πλαίσιο CIS ονομαστικής ισχύος 75W. Οι μετρήσεις ήταν συνήθως ημερήσιες και καταγράφονταν οι τιμές για διάφορες συνθήκες λειτουργίας και σε διαφορετικές εποχές του έτους. Με ένα μεταβλητό φορτίο συνδεδεμένο με το εν λόγω φωτοβολταϊκό πλαίσιο, ήταν δυνατός ο προσδιορισμός της χαρακτηριστικής I-V καμπύλης σε κάθε μέτρηση και ως εκ τούτου, ο υπολογισμός του σημείου μέγιστης ισχύος. Για κάθε μέτρηση καταγράφονταν, εκτός του ρεύματος και της τάσης, η λαμβανόμενη ηλιακή ακτινοβολία, η θερμοκρασία αέρα καθώς και οι θερμοκρασίες στις δύο όψεις του συλλέκτη. Αρχικά, υπολογίζεται η απόδοση του πλαισίου σε διαφορετικές θερμοκρασίες λειτουργίας ενώ σε αυτό προσπίπτουν ίδια ποσά της ηλιακής ακτινοβολίας. Επίσης, μελετάται ποιες χαρακτηριστικές παράμετροι επηρεάζονται περισσότερο όπου διαπιστώνεται πως η αύξηση της θερμοκρασίας προκαλεί μείωση της τάσης και μία μικρή αύξηση του ρεύματος η οποία όμως, δεν είναι ικανή να αντισταθμίσει την μείωση της τάσης, με αποτέλεσμα η αύξηση της θερμοκρασίας να επιδρά αρνητικά στην απόκριση ισχύος. Στη συνέχεια, γίνεται αντίστοιχος υπολογισμός και για την ηλιακή ακτινοβολία όπου παρουσιάζεται η θετική της επίδραση στην απόδοση του πλαισίου, ενώ ταυτόχρονα μελετάται η συμπεριφορά του CIS σε συνθήκες ηλιοφάνειας αλλά και συννεφιάς. Κατά την επεξεργασία των αποτελεσμάτων αυτών, ήταν δυνατός ο υπολογισμός μίας μέσης τιμής της αποδιδόμενης ισχύος τόσο για τη θερινή όσο και για τη χειμερινή περίοδο. Τέλος, προκαλώντας τεχνητή σκίαση στο 30% περίπου της επιφάνειας του φωτοβολταϊκού πλαισίου κατά τη διάρκεια κάποιων μετρήσεων, υπολογίζεται το ποσοστό μείωσης της παραγόμενης DC ισχύος, συγκριτικά με τις περιπτώσεις όπου κάτω από τις ίδιες εξωτερικές συνθήκες, το πλαίσιο δεν σκιάζεται. / The objective of this diploma thesis, is to study the behavior of a thin film photovoltaic module CIS, under real conditions of operation. The effect of various exterior factors is studied and mainly the factors of temperature, solar radiation and shading. To estimate the produced DC Power in various conditions, measurements has been took place at the University of Patras using a CIS photovoltaic module, of 75W Maximum Power. Measurements were usually daily and were taken in all seasons of year. With a variable load connected to the photovoltaic module, the determination of the I-V curve was possible for each measurement and consequently, the calculation of the Maximum Power Point could be made. At each measurement, were noted the current, the voltage and also the received solar radiation, the air temperature as well as the temperatures at the two sides of the module. At first, the output and the efficiency of the module in different temperatures of operation are calculated , while the received solar radiation is the same in every case. Also, it is studied witch parameters are more influenced by increasing temperature and it is proved that voltage is decreased and current is a little increased. However, the increasing current is not capable to compensate the decreasing voltage, so the increase of temperature affects negatively the output power and the efficiency. Afterwards, a similar calculation has been made, studying the influence of solar radiation at the characteristic parameters of the CIS photovoltaic module. During these calculations, except the positive effect of solar radiation it is presented the behavior of CIS in sunlight and also cloudy conditions. As a result, an average output power of the module has calculated for the aestival and the wintry period. Finally, causing artificial shading in about the 30% of the module's surface, it is determined the rate of reduction of produced DC power, comparatively the case where the module is not shading under the same exterior conditions.

Στην εργασία αυτή μελετήθηκε η μεταβολή της ειδικής ηλεκτρικής αγωγιμότητας συναρτήσει της θερμοκρασίας για την πολυπυρρόλη, την πολυανιλίνη καθώς και συνθέτων αυτών εμπλουτισμένων με οξείδιο του ψευδαργύρου και ατμούς μεταλλικού ιωδίου με σκοπό την εφαρμογή των παραπάνω υλικών ως υποστρώματα σε φωτοβολταϊκές κυψελίδες (solar cells). Τα παραπάνω υλικά ανήκουν στην κατηγορία των οργανικών ημιαγωγών και αποτελούν τη λεγόμενη "τέταρτη γενιά" πολυμερών. / In this work the thermal aging of conducting polyaniline and polypyrrole and their blends with ZnO : (PPy/ZnO (x% w/w) with x =10, 20, 30, 40),PANI/ZnO (20% w/w) and iodine has been investigated for the application of these materials as substrates in photovoltaic cells. Today, research is focused on the organic solar cells, in which the electrical current flow is due to molecules, which play the role of donors or acceptors of electrical charge. Organic PV cells have the advantages of easy construction, low cost and they are friendly to the environment. Indium tin oxide is used as anode in organic PVs, which is characterized by high concentration of charge carriers and is used for the injection of positive charge carriers (holes) in the organic active layer. For all the samples conductivity followed one of the models: 1. FIT (Fluctuation Induced Tunneling), in the case that we have a granular metal structure, in which conductive grains are separated by insulating barriers. These insulating barriers are narrow enough for the carriers to tunnel through small areas where the grains are closest together and the conductivity is dominated by the thermal fluctuations of the carriers in these areas. The relationship σ=f(T) is given by σ=σ0 exp[-T1/T0+T]. From T1 and T0 the distance s between the grains can be determined. In this work the FIT model applied to the sample of pure polypyrrole throughout the duration of thermal degradation. 2. CELT (Charging Energy Limited Tunneling), in the case that we have a granular metal structure, through which the carriers move by tunneling effect. T0 is related directly to the ratio s/d, where s is the main separation and d is the mean diameter of the grains and can give informations about the shrinking of the grains during aging. The relationship between σ and T is given by: σ=σ0 exp[-(Τ0/Τ)γ] where σ0 and T0 are indepedent factors of the temperature and 0 < γ < 0,25. In this work the CELT model applied for the samples of pure polyaniline, PPy/ZnO (10% w/w), PPy/ZnO (20 %w/w), PANI/ZnO (20% w/w) and PPy/I throughout the duration of thermal degradation. 3. Mott (Variable range hopping model), in the case of heterogeneous structures of amorphous materials. The conductivity takes place by thermally activated electron hopping between localized states near Fermi energy. The localization is due to the randomly distributed atoms or molecules in the material. The relationship describing the change in conductivity with T is similar to that of the CELT model, with the exponent γ is roughly equal to 0,25. In this work the Mott model applied for the samples PPy/ZnO(40% w/w) and PPy/I (sublimation with iodine vapour for 24 h). The degreasing of conductivity σ, with thermal aging time t for a substance with a granular metal structure follows the law: σ=σαρχ exp[-(t/τ)0,5] where τ is the time which characterizes the aging. All our composites followed this relation, ensuring a granular metal structure. It also became apparent that heating greatly reduces the electrical conductivity of our composites. The thermal degradation of PANI at room temperature (300K) gives τ = (350 ± 50) h, though at 120 0C PANI gives τ = (18 ± 4) h, indicating a much faster degradation as it is expected. The characteristic parameter τ has been calculated for all the materials used in this work.

Η ηλιακή ενέργεια στο σύνολό της είναι πρακτικά ανεξάντλητη, και είναι η κυριότερη μορφή ανανεώσιμης πηγής. Η ηλιακή ακτινοβολία παρέχει ένα τεράστιο ποσό ενέργειας στη Γη. Τα ηλιακά φωτοβολταϊκά στοιχεία, γνωστά ως "φωτοβολταϊκά" ή "Φ/Β", αποτελούν μία προσέγγιση υψηλής τεχνολογίας για την άμεση μετατροπή του ηλιακού φωτός σε ηλεκτρική ενέργεια. Κατα τη διάρκεια αυτής της διπλωματικής εργασίας έγινε μια αναλυτική περιγραφή του τρόπου λειτουργίας τους και ιδιαίτερα υπό συνθήκες χαμηλής συγκέντρωσης. Πιο συγκεκριμένα, στο 1ο Κεφάλαιο γίνεται μια εισαγωγή στις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και ιδιαίτερα στην ηλιακή. Παρουσιάζεται η εξέλιξη των Α.Π.Ε. στον ελλαδικό χώρο και οι αιτίες που έστρεψαν τον άνθρωπο σε νέες μορφές ενέργειας πέραν τον ορυκτών καυσίμων. Στο Κεφάλαιο 2 γίνεται αναφορά στη θεωρία της Ηλιακής Γεωμετρίας που συνδέεται με τις δυο κύριες κινήσεις της Γης, την ημερήσια περιστροφή της και την ετήσια γύρω από τον Ήλιο. Παρουσιάζονται θεωρητικά μοντέλα πρόβλεψης της ηλιακής ακτινοβολίας και σχέσεις υπολογισμού της σε επιφάνειες στο επίπεδο της Γης. Στο Κεφάλαιο 3 παρουσιάζεται μια σύντομη περιγραφή της λειτουργίας των φωτοβολταϊκών κυττάρων και των φυσικών ιδιοτήτων αυτών των ημιαγώγιμων διατάξεων. Επίσης γίνεται λόγος για τις υπάρχουσες τεχνολογίες φωτοβολταϊκών με τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά τους και για διάφορα φαινόμενα που επηρεάζουν τη λειτουργία τους. Το Κεφάλαιο 4 είναι αφιερωμένο στα συγκεντρωτικά συστήματα και σε όλες τις υπάρχουσες γεωμετρίες που χρησιμοποιούνται αυτή τη στιγμή και ιδιαίτερα στη γεωμετρία του V-Trough που χρησιμοποιήθηκε στο πειραματικό σκέλος. Επίσης γίνεται αναφορά για τα συστήματα παρακολούθησης του Ήλιου. Στο Κεφάλαιο 5 παρουσιάζονται διάφορες τεχνολογίες ψύξης που έχουν δημοσιευθεί σε επιστημονικές εργασίες και συνοδεύουν τα συγκεντρωτικά συστήματα, λόγω των υψηλών θερμοκρασιών που επιφέρουν στα κύτταρα. Στο Κεφάλαιο 6 γίνεται αναφορά στο πειραματικό κομμάτι της εργασίας με παρουσίαση των μετρητικών οργάνων και των αποτελεσμάτων των μετρήσεων που έγιναν στο συγκεντρωτικό σύστημα V-Trough, στο σταθερό φωτοβολταϊκό μονοκρυσταλλικού πυριτίου και στο φωτοβολταϊκό πλαίσιο μικρομορφικού πυριτίου (thin film). Στο Κεφάλαιο 7 παρουσιάζονται υπολογιστικές μέθοδοι για την εκτίμηση της ακτινοβολίας και της παραγόμενης ενέργειας από το V-Trough και το σταθερό φωτοβολταϊκό πλαίσιο σε ετήσια βάση. Επίσης παρουσιάζεται μέθοδος υπολογισμού της βέλτιστης κλίσης για κεκλιμένες επιφάνειες και μέθοδος για την αποφυγή σκιάσεων αυτών των επιφανειών. Επίσης γίνεται εξομοίωση φωτοβολταϊκών εγκαταστάσεων με χρήση του προγράμματος PV*SOL. Το Κεφάλαιο 8 περιέχει τα συμπεράσματα ως προς τη χρήση του συγκεντρωτικού συστήματος, τις υπολογιστικές μεθόδους και τα υπόλοιπα θέματα που παρουσιάσθηκαν σε αυτή τη διπλωματική. / The solar energy is practically inexhaustible, and it is the main form of renewable source. The solar radiation provides the Earth with a huge amount of energy. The solar cells, known as photovoltaics, compose an approach of high technology for the direct conversion of light into electricity. During this thesis an analytic description of their operation was made and specifically under low concentration conditions. Particularly, in the 1st Chapter is made an introduction to the renewable sources and specifically in solar. Showing the evolution of R.E.S. in Greece and the reasons that turned humans into new forms of energy than the fossil fuels. Chapter 2 refers to the theory of solar geometry associated with the two main movements of Earth, the daily rotation and the yearly around the Sun. Presented theoretical models, predicting and calculating the solar radiation on surfaces at the Earth’s level. Chapter 3 presents a brief description of the operation of photovoltaic cells and the physical properties of these semiconductor devices. Also refers to the existing photovoltaic technologies with their advantages and disadvantages and to various effects that influence their operation. Chapter 4 is devoted to the concentrating systems and all existing geometries used at this time and especially the V-Trough geometry that used in the experiments. A reference also is made to solar tracking systems. Chapter 5 presents various cooling technologies that have been published in scientific papers and accompanying concentrating systems due to high temperatures that cause to cells. Chapter 6 refers to the experimental part of this thesis with presentation of the experimental devices and the results of measurements made in the concentrating system V-Trough, the stable monocrystilline silicon photovoltaic panel and the micromorph silicon thin film panel. Chapter 7 presents computational methods for the estimation of radiation and the energy produced by the V-Trough and stable photovoltaic panel on an annual basis. Also presents method of calculating the optimum tilt for inclined surfaces and a method of avoiding the shading on this surfaces. Also a simulation of photovoltaic plants is made by the PV*SOL software. Chapter 8 contains the general conclusions related with the experimental results, the theoretical calculations and all the other issues that presented in this thesis.

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η περιγραφή και η οικονομική αξιολόγηση μιας μονάδας αφαλάτωσης θαλασσινού νερού μικρής δυναμικότητας η οποία θα είναι ενεργειακά αυτόνομη καθώς και η πειραματική μελέτη της μεθόδου της ηλιακής απόσταξης. Η μονάδα αφαλάτωσης που περιγράφουμε είναι μια μονάδα αντίστροφης όσμωσης και η περιγραφή της έγινε με τη χρήση ενός λογισμικού σχεδιασμού και προσομοίωσης μεμβρανών. Σκοπός μας είναι να εξετάσουμε τις ενεργειακές απαιτήσεις αυτής της μονάδας συναρτήσει παραμέτρων όπως η ποιότητα του νερού τροφοδοσίας, το είδος και ο αριθμός των μεμβρανών καθώς και η παραγωγικότητα της. Η ενεργειακή αυτονομία της μονάδας αντίστροφης όσμωσης επιτυγχάνεται με δύο τρόπους. Ο πρώτος είναι ο συνδυασμός της μονάδας με ένα σύστημα φωτοβολταϊκών το οποίο θα είναι τοποθετημένο στη περιοχή των Πατρών. Ο δεύτερος είναι ο συνδυασμός της μονάδας με ένα σύστημα ανεμογεννητριών σε περιοχή όπου υπάρχει κατάλληλο αιολικό δυναμικό. Η πειραματική μελέτη της ηλιακής απόσταξης έγινε αξιολογώντας τη λειτουργία ενός απλού ηλιακού αποστακτήρα μονής βαθμίδας. Ο αποστακτήρας που δημιουργήσαμε και τοποθετήσαμε στη ταράτσα του κτηρίου του τμήματος φυσικής , πανεπιστημίου Πατρών, υπόκειται σε μία σειρά πειραμάτων όπως: • Η επίδραση της έντασης της ηλιακής ακτινοβολίας στην παραγωγικότητα και στην απόδοση και του αποστακτήρα. • Η επίδραση της αρχικής ποσότητας του νερού που βρίσκεται στον αποστακτήρα στην παραγωγικότητα και στην απόδοση του αποστακτήρα. / The aim of this thesis is the description and the economic evaluation of a seawater desalination plant which is energy independent, and the experimental study of the solar distillation’s method. The desalination plant described is a reverse osmosis unit and the description was made by using a membranes’ software design and simulation. Our aim is to examine the energy requirements of this unit function parameters such as the quality of the feed water, the type and number of membranes and productivity. The energy independence of the reverse osmosis unit is achieved in two ways. The first way is a combination between the unit and a photovoltaic system, which will be located in the area of Patras. The second way is a combination between the unit and a turbine system in an area where there is a suitable wind resource. The experimental study of solar distillation took place through the evaluation of a simple solar distiller. This distiller, which was placed on the roof of the Physics Department of the University of Patras, is subject to a series of experiments such as: •The effect solar radiation has on the productivity and efficiency of this particular solar distiller •The effect the initial amount of water, which is found in this solar distiller, has on the productivity and efficiency of its solar distiller

Η ηλιακή ενέργεια αποτελεί μια από τις κύριες Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ). Μπορεί να αξιοποιηθεί είτε μετατρεπόμενη σε ηλεκτρισμό είτε σε θερμότητα. Για τη μετατροπή της σε ηλεκτρισμό η κύρια τεχνολογία που χρησιμοποιείται είναι η τεχνολογία των φωτοβολταϊκών. Αντίστοιχα, για την μετατροπή της σε θερμότητα χρησιμοποιούνται ευρέως οι τεχνολογίες των επίπεδων θερμικών ηλιακών συλλεκτών και των θερμικών συλλεκτών σωλήνων κενού. Βασικό ζητούμενο και στις δύο περιπτώσεις αποτελεί η μεγιστοποίηση της αποδοτικότητας τους. Μια από τις μεθόδους που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αύξηση της αποδοτικότητας μιας ηλιακής συσκευής είναι η χρήση ενισχυτικών ανακλαστήρων. Επίσης, στις συνήθεις τεχνολογίες φωτοβολταϊκών που εφαρμόζονται σήμερα, η μείωση της θερμοκρασίας λειτουργίας τους βελτιώνει την απόδοση τους. Η διπλωματική ερευνητική εργασία που ακολουθεί περιλαμβάνει τη συγκριτική μελέτη φωτοβολταϊκών διατάξεων, επίπεδων θερμικών συλλεκτών και συλλεκτών σωλήνων κενού. Μελετήθηκαν συστήματα φωτοβολταϊκών με τη χρήση διαφόρων μεθόδων ψύξης, ενεργητικών και παθητικών. Επίσης μελετήθηκε η αύξηση της αποδιδόμενης ηλεκτρικής ενέργειας των φωτοβολταϊκών με χρήση ενισχυτικών ανακλαστήρων (ημικατοπτρικός ανακλαστήρας, ανακλαστήρας αλουμινίου (ματ), λευκός ανακλαστήρας). Υλοποιήθηκαν συνδυαστικά συστήματα με ταυτόχρονη ψύξη και χρήση ενισχυτικού ανακλαστήρα και μελετήθηκε η συμπεριφορά τους. Ακόμα, μελετήθηκε η αύξηση της αποδιδόμενης θερμικής ενέργειας επίπεδου ηλιακού θερμικού συλλέκτη με προσθήκη ενισχυτικών ανακλαστήρων (καθρέπτης, ανακλαστήρας αλουμινίου και λευκός ανακλαστήρας). Τέλος, κατασκευάστηκε διάταξη θερμικού συλλέκτη σωλήνα κενού με επίπεδη ανακλαστική επιφάνεια. Πραγματοποιήθηκαν πειράματα με την προσθήκη ενισχυτικών ανακλαστήρων (ημικατοπτρικός ανακλαστήρας, ανακλαστήρας αλουμινίου και λευκός ανακλαστήρας) και μελετήθηκε η αύξηση της θερμικής απόδοσης του συλλέκτη. Με βάση τα αποτελέσματα των πειραμάτων, εξάγονται αντίστοιχα συμπεράσματα και παρατίθενται προτάσεις σχετικά με τις διατάξεις αυτές. / Solar energy is one of the main Renewable Energy Sources (RES). It can be utilized by being transformed into electricity or heat. The main technology used to transform solar energy into electricity is photovoltaics. Respectively, flat plate solar thermal collectors and evacuated tube solar thermal collectors are the technologies mostly used to transform solar energy into usable heat. One of the main concerns on both cases, is the maximization of their performance. The use of booster reflectors is one of the methods that can be implemented in order to increase the performance of a solar device. Also, a method to increase the performance of the main photovoltaic technologies used at the moment, is to cool them. The following diploma – research thesis includes the comparative study of photovoltaic systems, flat plate solar thermal collectors and evacuated tube solar thermal collectors. Photovoltaic systems with the use of various cooling methods, active and passive, were studied. The increase of the photovoltaic electrical output using booster reflectors (semi specular, aluminum reflector and white reflector) was also studied. Combined systems were implemented, with simultaneous cooling and usage of booster reflector, and their behavior was observed. In addition, the increase of the thermal output of a flat plate collector by using booster reflectors (mirror, aluminum reflector and white reflector) was studied. Finally, an evacuated tube solar thermal collector system with an embedded reflective surface was implemented. Experiments were carried out with the addition of booster reflectors (semi specular, aluminum reflector and white reflector) and the increase of the collector’s thermal output was measured. Based on the experimental results, conclusions and suggestions are made about these systems.

Σκοπός της παρούσης διπλωματικής εργασίας είναι η διερεύνηση, μέσω παραμετρικών αναλύσεων, της συμπεριφοράς και απόδοσης ενός δεδομένου Θερμικού Ηλιακού Συστήματος (Θ.Η.Σ.) για την περιοχή της Πάτρας. Στα πλαίσια αυτά, στο πρώτο μέρος της εργασίας περιλαμβάνεται μία βιβλιογραφική έρευνα, η οποία καλύπτει εκτενώς θέματα όπως η ηλιακή ακτινοβολία, κατηγορίες – εφαρμογές και ανάλυση των κύριων συνιστωσών ολοκληρωμένων Θ.Η.Σ., καθώς επίσης και μεθόδους εξομοίωσης τους. Στο δεύτερο μέρος αναπτύσσεται πρόγραμμα υπολογιστή, το οποίο αφ’ ενός υπολογίζει την ηλιακή ακτινοβολία που προσπίπτει σε μία επιφάνεια στην περιοχή της Πάτρας, αφ’ ετέρου προσδιορίζει, μέσω δύο μεθόδων (αναλυτική και f-chart), τα μηνιαία και ετήσια ποσοστά κάλυψης του φορτίου ενός δεδομένου Θ.Η.Σ.. Τα αποτελέσματα των αναλύσεων αυτών εμφανίζονται στη συνέχεια σε σχετικά γραφήματα παρέχοντας διάφορα χρήσιμα συμπεράσματα. / This project includes bibliographic research related to solar thermal systems and a study of performance, via parametrical analysis, for a solar water heating system installed in a hotel unit located in the region of Patras.