Σκοπός της παρούσης διπλωματικής είναι η σύγκριση της απόδοσης και του κόστους μιας τυπικής αυτόνομης φωτοβολταϊκής εγκατάστασης σε παραδοσιακή κατοικία χρησιμοποιώντας φωτοβολταϊκά πλαίσια μονοκρυσταλλικού πυριτίου ή δισεληνοϊνδιούχου χαλκού (CIS) τεχνολογίας thin – film . Για την εξαγωγή συμπερασμάτων πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις σε φωτοβολταϊκά πλαίσια των παραπάνω τεχνολογιών κατά την διάρκεια ενός έτους. Οι μετρήσεις ξεκίνησαν τον Οκτώβριο του 2009 και τελείωσαν τον Σεπτέμβριο του 2010. Έλαβαν χώρα στο Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών του Πανεπιστημίου Πατρών. Κατά μέσο όρο γίνονταν μετρήσεις δύο φορές κάθε μήνα και σκοπός ήταν να καλύψουμε τουλάχιστον μία περίπτωση συννεφιασμένης και μία ηλιόλουστης ημέρας του μήνα ώστε να έχουμε αρκετά δεδομένα προς επεξεργασία . Ο προσανατολισμός των πλαισίων ήταν προς το Νότο όπου, λόγω του ότι η Ελλάδα βρίσκεται στο Βόρειο ημισφαίριο, έχουμε περισσότερη ηλιακή ακτινοβολία. Διεξήχθησαν μετρήσεις σε διαφορετικές κλίσεις και για τα δύο φωτοβολταϊκά πλαίσια ώστε να υπολογιστεί και η βέλτιστη κλίση για κάθε εποχή . Στις μετρήσεις τα δεδομένα που λαμβάναμε ήταν η μέγιστη ισχύς, το ρεύμα βραχυκύκλωσης, η τάση ανοιχτοκυκλώσεως, η θερμοκρασία πλαισίου, καθώς και η ηλιακή ακτινοβολία. Με αυτά τα δεδομένα υπολογίσαμε τον βαθμό απόδοσης και τον συντελεστή ποιότητας για το κάθε φωτοβολταϊκό πλαίσιο. Τα συμπεράσματα στα οποία καταλήξαμε αναφέρουν την βέλτιστη κλίση για τοποθέτηση φωτοβολταϊκών πλαισίων για βέλτιστη ετήσια παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Έγιναν παρατηρήσεις σχετικά με την διαφορά των πειραματικών τιμών που πήραμε, με τις θεωρητικές που δίνουν οι κατασκευαστές για τα φωτοβολταϊκά πλαίσια. Συγκρίναμε το κόστος και την απόδοση μιας εγκατάστασης φωτοβολταϊκών πλαισίων σε παραδοσιακή κατοικία με τους δύο τύπους φωτοβολταϊκών λαμβάνοντας υπόψη και ειδικές παραμέτρους της εγκατάστασης που μπορεί να αποτελούν πρόβλημα (π.χ. επάρκεια χώρου, μέγεθος εγκατάστασης) και προτείναμε λύσεις για εξοικονόμηση ενέργειας σε μια τέτοια κατοικία. / The objective of this diploma thesis is to calculate and compare the efficiency and the cost of a typical photovoltaic installation on a traditional house using photovoltaic modules based on monocrystalline silicon or CIS thin film modules. In order to provide helpful information to PV system installers extensive outdoor testing of a c-Si and a CIS module under varying meteorological conditions have been realized throughout a whole year. The measurements started in October of 2009 and finished in September of 2010. The modules where installed on the roof of the building of the Department of Electrical and Computer Engineering of the University of Patras, Greece (latitude 38ο). We have realized an average of two measurements per month in order to cover at least one sunny and one cloudy day each month until the data was enough for processing. The orientation of the modules was south since Greece is a country of the northern hemisphere and we had more solar radiation there. We have realized measurements in different tilt angles for both modules in order to define the optimal tilt angle for each season. During the measurements the data we have received was the peak power, the short circuit current, the open circuit voltage, the module temperature and the solar radiation. Based on the gathered data we have calculated the fill factor and the efficiency for each module. The conclusions show the optimal tilt angle of the modules for optimal energy yield per year. Comparison have been made between the experimental and the theoretical values given by the manufacturers of the modules. We have also compared the cost and the efficiency of a typical photovoltaic installation on a traditional house using the two different types of modules and we suggested solutions for less energy consumption.

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.

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη της επίδρασης της γωνίας πρόσπτωσης της ηλιακής ακτινοβολίας στη λειτουργία φωτοβολταϊκών κυττάρων, σε περιοχές μεσαίου γεωγραφικού πλάτους. Συγκεκριμένα μελετήθηκε η επίδραση της γωνίας αυτής στη λειτουργία δύο ΦΒ πλαισίων ενός μονοκρυσταλλικού πυριτίου (sc-Si) και ενός δισεληνοϊδιούχου χαλκού (CIS). Τα πλαίσια τοποθετήθηκαν σε ταράτσα κτηρίου του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας υπολογιστών του Πανεπιστημίου Πατρών. Οι μετρήσεις ξεκίνησαν τον Οκτώβριο του 2009 και ολοκληρώθηκαν το Σεπτέμβριο του 2010. Τα ΦΒ πλαίσια είχαν νότιο προσανατολισμό δεδομένου ότι τοποθετήθηκαν σε τόπο του βόρειου ημισφαιρίου με γεωγραφικό πλάτος 38ο 32’ . Κατά την πειραματική διαδικασία οι μετρήσεις γίνονταν σε πολλαπλές κλίσεις κάθε φορά και για τα δύο πλαίσια . Μετρήθηκαν το ρεύμα βραχυκύκλωσης, η τάση ανοιχτοκυκλώσεως, η θερμοκρασία πλαισίου και η ηλιακή ακτινοβολία. Υπολογίστηκε ο βαθμός απόδοσης , ο συντελεστή ποιότητας και η γωνία πρόσπτωσης, ανά κλίση ΦΒ πλαισίου. Υλοποιήθηκε αλγόριθμος για τον θεωρητικό υπολογισμό της βέλτιστης γωνίας κλίσης έτσι ώστε η γωνία πρόσπτωσης να γίνεται ελάχιστη ανά χρονική στιγμή (μέγιστης παραγόμενης ενέργειας ) και έγινε σύγκριση της με τα πειραματικά αποτελέσματα. Διαπιστώσαμε πειραματικά την εξάρτηση της παραγόμενης ισχύος από την γωνία πρόσπτωσης της ηλιακής ακτινοβολίας . Επιπλέον μέσω της πειραματικής διαδικασίας υπολογίστηκε η βέλτιστη κλίση πλαισίων ανά εποχή για τόπους γεωγραφικού πλάτους ίδιου με τον τόπο των πειραματικών μετρήσεων . / -