- / -

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη μελέτη, την ανάλυση καθώς και την κατασκευή ενός μετατροπέα συνεχούς τάσεως σε συνεχή, ο οποίος μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε ένα φωτοβολταϊκό σύστημα. Κατόπιν, η σύνδεση ενός αντιστροφέα στην έξοδο του μετατροπέα dc-dc επιτρέπει τη διασύνδεση του φωτοβολταϊκού συστήματος με το δίκτυο χαμηλής τάσης. Ο μετατροπέας dc-dc, που εξετάζεται στην παρούσα διπλωματική εργασία, είναι ένας νέος τύπος μετατροπέα που συνδυάζει ένα μετατροπέα Βoost με έναν Flyback με τη χρήση, όμως, ενός μόνο ημιαγωγικού στοιχείου. Με το μετατροπέα αυτό επιτυγχάνεται ανύψωση της τάσεως εισόδου, σε επίπεδα ικανά να οδηγηθεί η επόμενη βαθμίδα. Η εργασία αυτή εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών. Έχοντας ως πρώτο στόχο τη θεωρητική ανάλυση του προαναφερθέντος μετατροπέα και την εξαγωγή των χαρακτηριστικών καμπυλών εξόδου του, αυτό που αρχικά έγινε ήταν μια θεώρηση πως ο νέος αυτός μετατροπέας ισοδυναμεί με δύο άλλους, έναν Βoost και έναν Flyback συνδεδεμένους σε σειρά, και επομένως έχει τη δυνατότητα να περιγραφεί από τις εξισώσεις τους. Με βάση τη θεώρηση αυτή χρησιμοποιήθηκαν οι εξισώσεις του κάθε μετατροπέα για να προκύψουν οι χαρακτηριστικές καμπύλες εξόδου. Στη συνέχεια, προσομοιώθηκε με τη βοήθεια του προγράμματος PSpice τόσο ο σύνθετος μετατροπέας, όσο και ο συνδυασμός των δύο μετατροπέων και συγκρίθηκαν τα θεωρητικά αποτελέσματα με αυτά της προσομοίωσης και για τις δύο περιπτώσεις με στόχο την επιβεβαίωση της προτεινόμενης θεωρητικής ανάλυσης. Τέλος πραγματοποιήθηκε η κατασκευή του μετατροπέα αυτού με απώτερο σκοπό τη σύγκριση πειραματικών και θεωρητικών αποτελεσμάτων. / This study presents a detailed analysis of the overall behavior of a dc-dc single-switch boost-flyback step-up converter. The behavioral investigation is carried out supposing it consists of a boost in series with a flyback. The interesting thing of this converter is its modes of operation (continuous, discontinuous and mixed), which are depicted analytically. Simulation and experimental results by the construction of this converter validate the theoretical analysis.

Στην παρούσα διπλωματική εργασία εστιάσαμε στην ανάλυση των φωτοβολταϊκών παραμέτρων άμορφου πυριτίου (a-Si) και συγκεκριμένα στην παρουσίαση και την ανάλυση του πλαισίου Scott Solar ASi-F 32/12. Οι μετρήσεις λάβανε μέρος στο Πανεπιστήμιο Πατρών το έτος 2011. Ειδικότερα, οι μετρήσεις που πήραμε ήταν η τάση του φωτοβολταικού πλαισίου άμορφου πυριτίου, το ρεύμα, η ηλιακή ακτινοβολία, η θερμοκρασία περιβάλλοντος και πλαισίου ανά τακτά χρονικά διαστήματα στη διάρκεια μιας μέρας και σε διαφορετικές καιρικές συνθήκες στη διάρκεια του χρόνου. Το πλαίσιο είχε τοποθετηθεί σε σταθερό στήριγμα σε γωνία 38ο, ίση δηλαδή με το γεωγραφικό πλάτος του τόπου. Από τις μετρήσεις που λάβαμε ήμασταν σε θέση να εξάγουμε συμπεράσματα και γραφικές παραστάσεις για τις φωτοβολταϊκές παραμέτρους του πλαισίου όπως ρεύματος τάσης (I-V), μέγιστης ισχύς και ακτινοβολίας, συντελεστή πλήρωσης ff και συντελεστή απόδοσης με θερμοκρασία. Για να γίνει πιο ολοκληρωμένη και κατανοητή η ανάλυση των φωτοβολταϊκών παραμέτρων αλλά και οι αιτίες για τις οποίες αναπτύχτηκαν οι φωτοβολταϊκές τεχνολογίες, απαιτήθηκε η παρουσίαση και άλλων κεφαλαίων ξεκινώντας από το γενικό και φτάνοντας στο ειδικό. Η διπλωματική αυτή εργασία ξεκινά με τον ορισμό της ενέργειας και παρουσιάζει όλες τις μορφές και τις πηγές της. Γίνεται μια πιο εκτενής αναφορά στις ανανεώσιμές πηγές ενέργειας, ποιες είναι και τι πλεονεκτήματα έχουν. Στη συνέχεια παρουσιάζονται υλικά και δομές αυτών τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε εφαρμογές ηλεκτρομαγνητικών διατάξεων. Επιπρόσθετα, παρουσιάζονται τύποι ημιαγωγών οι οποίοι αποτελούν το θεμέλιο λίθο της μικροηλεκτρονικής και της νανοηλεκτονικής και εφαρμογές αυτών των ημιαγωγών. Προχωρώντας στο επόμενο κεφάλαιο μπαίνουμε ακόμα πιο ειδικά στις εφαρμογές των υλικών - πάντα με γνώμονα την ενεργειακή τους ιδιότητα – και παρουσιάζουμε το φωτοβολταϊκό πλαίσιο, τη δομή του και τα είδη των φωτοβολταϊκών στοιχείων. Το κεφάλαιο αυτό ολοκληρώνεται με την παρουσίαση και τον ορισμό των ηλεκτρικών και φωτοβολταϊκών χαρακτηριστικών των στοιχείων. Τέλος, γίνεται η παρουσίαση των μετρήσεων στο πλαισίου αμόρφου πυριτίου, η ανάλυση των φωτοβολταϊκών χαρακτηριστικών του, η σύγκριση μέσω προσομοίωσης σε μέσες καιρικές συνθήκες 20αετίας και το πρακτικό αποτέλεσμα όλων των μετρήσεων που είναι η παραχθείσα ενέργεια από το πλαίσιο στο διάστημα της μελέτης μας. / In this thesis we focused on the analysis of photovoltaic parameters of amorphous silicon (a-Si) and specifically in the presentation and analysis of the context Scott Solar ASi-F 32/12. The measurements took part in the University of Patras in 2011. Specifically , the measurements we got were the voltage of amorphous silicon photovoltaic modules , current, solar radiation, temperature and frame at regular intervals during a day and in different weather conditions during the year . The frame was placed in the anchor at an angle of 38 ° , ie equal to the latitude of the place . From the measurements we were able to draw conclusions and graphs for the photovoltaic parameters of the frame as current -voltage (IV), maximum power and radiation , fill factor ff and temperature coefficient performance . To make it more complete and comprehensive analysis of the photovoltaic parameters and the causes for which thrived photovoltaic technologies required the presentation and other chapters starting and reaching the general to the specific. This thesis begins with the definition of energy and present all forms and sources . It is a more extensive report on renewable energy , what is and what advantages they have. The following are materials and structures thereof which can be used in applications of electromagnetic devices. In addition , semiconductor types are presented which are the foundation of microelectronics and nanoelektonics and applications of semiconductors . Moving on to the next chapter we get even more specific applications of materials - always with energy capacity - and present the photovoltaic panel , structure and types of photovoltaic modules . This chapter concludes with the presentation and definition of electrical and photovoltaic characteristics of the data . Finally , we present the measurement framework amorphous silicon analysis of photovoltaic characteristics of the comparison by simulation 20aetias average weather conditions and the practical result of all measurements is the energy from the context in time of our study .

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

Τα τελευταία χρόνια, υπό την πίεση της ολοένα αυξανόμενης επιβάρυνσης του περιβάλλοντος από την χρήση ορυκτών καυσίμων και υπό τον φόβο των μεγάλων κλιματικών αλλαγών των οποίων ήδη γινόμαστε μάρτυρες, έχει γίνει πολύς λόγος για την χρήση οικολογικών και περιβαλλοντικά φιλικών ενεργειακών λύσεων. Έτσι, έχουν χυθεί τόνοι μελανιού και έχουν ξοδευθεί δισεκατομμύρια χρηματικές μονάδες στις έρευνες για την εύρεση νέων μορφών ανανεώσιμης ενέργειας και βελτιστοποίηση της απόδοσης των ήδη υπαρχόντων. Μία λοιπόν ευρέως διαδεδομένη ανανεώσιμη μορφή ενέργειας, η οποία έχει βρει πεδίο ανάπτυξης και στην χώρα μας (υπό τον φόβο δυστυχώς των προστίμων της Ευρωπαϊκής Ένωσης και όχι από την ανάπτυξη εγγενούς περιβαλλοντικής συνείδησης), είναι η τεχνολογία των φωτοβολταϊκών (ΦΒ). Πρόκειται για μία αρκετά γνωστή στους επιστήμονες και τις ερευνητικές ομάδες ανανεώσιμη πηγή ενέργειας, των οποίων οι προσπάθειες έχουν μειώσει το κόστος των ΦΒ σε τέτοια επίπεδα, ώστε να κρίνεται οικονομικά συμφέρουσα μία επένδυση σε αυτά, ακόμα και για κατόχους μικρών κεφαλαίων. Η μορφή της ενέργειας όμως που παράγεται από μία ΦΒ συστοιχία δεν είναι άμεσα εκμεταλλεύσιμη, καθώς η συνεχής τάση που αυτά παράγουν δεν είναι κατάλληλη ούτε για μεταφορά από το δημόσιο δίκτυο ηλεκτρισμού, ούτε για κατανάλωση από τα φορτία, τα οποία λειτουργούν υπό εναλλασσόμενη τάση. Επομένως, μία συστοιχία για να είναι κατάλληλη προς σύνδεση στο δίκτυο, πρέπει να συνοδεύεται από κατάλληλες διατάξεις, η οποίες επιτρέπουν την μετατροπή της ενέργειας σε κατάλληλη μορφή, αλλά και τον βέλτιστο έλεγχό της. Σκοπός λοιπόν της παρούσας εργασίας είναι η αναφορά στις κύριες δομές λειτουργίας και ελέγχου ΦΒ διασυνδεδεμένων στο δίκτυο, καθώς η περίπτωση αυτή είναι η πιο πολύπλοκη, λόγω της δυναμικής που εισάγει μία σύνδεση με το δίκτυο μεταφοράς. Η δε δομή της διαμορφώνεται ως ακολούθως: 1o Κεφάλαιο: Δομές Ηλεκτρονικών Ισχύος για την Διασύνδεση στο Δίκτυο ΦΒ Συστημάτων Γίνεται μία γενική αναφορά στις υπάρχουσες τεχνολογίες αντιστροφέων και επιχειρείται μία γενική ομαδοποίηση τους 2ο Κεφάλαιο: Ανασκόπηση μονοφασικών διασυνδεδεμένων αντιστροφέων για ΦΒ πλαίσια Παρουσιάζονται γενικές τοπολογίες μονοφασικών αντιστροφέων, ταξινομούνται και συγκρίνονται ως προς διάφορα χαρακτηριστικά. 3ο Κεφάλαιο: Σύγκριση τεχνικών ανίχνευσης μεγίστου σημείου λειτουργίας ΦΒ συστοιχίας Είναι άκρως απαραίτητη η λειτουργία των πλαισίων στο σημείο λειτουργίας που εγγυάται την μέγιστη παραγωγή ισχύος, έτσι ώστε να κρίνεται συμφέρουσα μία επένδυση σε αυτά. Εδώ λοιπόν εξετάζονται αρκετές τέτοιες τεχνικές που υπάρχουν διαθέσιμες. 4ο Κεφάλαιο: Διακυμάνσεις τάσης που εισάγονται σε επίπεδο διανομής από ΦΒ συστήματα Τα ΦΒ στοιχεία μετατρέπουν την ηλιακή ενέργεια σε ηλεκτρική. Επομένως, είναι άμεσα εξαρτώμενη η παραγωγή τους από τις καιρικές συνθήκες. Στο παρόν κεφάλαιο παρουσιάζονται μέθοδοι πρόβλεψης τέτοιων διακυμάνσεων στην ηλιακή ενέργεια, και άρα στην παραγόμενη τάση. 5ο Κεφάλαιο: Συστήματα αποθήκευσης Κάθε σύστημα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, για να θεωρείται ολοκληρωμένο, θα πρέπει να μπορεί να αποθηκεύει την περίσσεια ενέργειας που μπορεί να παρουσιάσει σε κάποιες χρονικές περιόδους, και να την αποδώσει όταν θα υπάρχει κάποια μεγάλη διακοπή παροχής ισχύος. Σε αυτό το κεφάλαιο παρουσιάζονται οι πιο γνωστές μέθοδοι αποθήκευσης. / During the last few years, under the pressure of the increased burden on the environment due to the use of fossil fuels and in fear of great climate changes which we all have already witnessed, the use of ecological and environmentally friendly energy solutions has already been widely discussed. Consequently ,billions have been spent and research has been conducted, in the development of new forms of renewable energy sources and in performance optimization of the existing ones. A widely used renewable energy source, which has been also develop in our country(under the fear of fines from the European Union and not because of the development of environmental conscience), is the technology of photovoltaic systems(PV). PV is a quite known to scientists and to research teams renewable energy source, which efforts have reduced the cost of PV in such levels, that an investment in those systems would be proved cost effective even for the owner of low capitals. The energy produced from a PV string is not directly exploited for use, since the produced dc voltage is not appropriate neither for distribution from the public electrical grid, nor for use from the loads,which operate under conditions of ac voltage.Consequently a photovoltaic string could be connected to the grid, only if it is equipped with appropriate devices, which allow the proper conversion and optimum control of energy. The purpose of this work is the reference of the main structures, for the operation and management of grid-integrated photovoltaic systems.In particular the paper can be summurised as follows: Chapter 1: Power-Electronic Structures for the Grid Integration of Photovoltaic Systems A general reference in the existing inverter technologies and a general categorisation of the latter is presented. Chapter 2: Re view of Single-Phase Grid-Connected Inverters for Photovoltaic Modules Single-plase inverter topologies are presented, categorized, compared and evaluated against different characteristics. Chapter 3: Comparison of Photovoltaic Array Maximum Power Point Tracking Techniques The functioning of photovoltaic arrays to the maximum power point is necessary, in order to be considered profitable an investment in photovoltaic systems. Many such techniques available, are being reviewed. Chapter 4: Voltage Fluctuations on Distribution Level Introduced by Phtovoltaic Systems Photovoltaic elements convert solar energy to electric, and consequently their electric generation is directly dependant on climatic conditions. The present analysis describes forecasting methods of fluctuations in solar irradiance which also results in fluctuations in the generated voltage. Chapter 5: Storage Systems Every electrical energy system, in order to be considered fully integrated, must store excessive energy produced during certain time periods, and support with it critical loads, during mains’ power interruption.This last chapter contains the most widespread storage techniques.

Στην εργασία αυτή μελετάμε διάφορα πολυοξομεταλλικά οξείδια (POMs) τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως διεπιφανιακά υμένια για την βελτίωση της απόδοσης και των διάφορων χαρακτηριστικών των οργανικών φωτοβολταικών διατάξεων καθώς και ενα νέο πολυμερές (cbz-bt) το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν αντικαταστάτης του P3HT για να παίξει τον ρόλο του δότη σε οργανικές φωτοβολταικές διατάξεις. / In the present thesis we studied some polyoxometallates(POMs) which can be used as interfacial films in order to improve the efficiency and other featurew of organic OPVs and we also studied a new polymer (cbz-bt) which can be used instead of P3HT,playing the role of donor in OPVs.

Η παρούσα διπλωματική εργασία εξετάζει την μελέτη, την εξομοίωση και την κατασκευή μιας νέας τοπολογίας για τη διασύνδεση ενός φωτοβολταϊκού πλαισίου με το δίκτυο χαμηλής τάσης του δικτύου. Η διάταξη που επιλέχτηκε αποτελεί την πρώτη βαθμίδα σε ένα σύστημα που χρησιμοποιεί μετατροπέα δύο βαθμίδων για την αντιστροφή της τάσης του φωτοβολταϊκού πλαισίου έτσι ώστε να επιτευχθεί η σύνδεση του με το δίκτυο. Η βασική λειτουργία της διάταξης αυτής είναι η ανύψωση και η σταθεροποίηση της τάσης στην έξοδο. Το κύκλωμα που μελετήθηκε είναι τύπου Boost με έναν μετασχηματιστή αντί για το πηνίο. Το πρωτεύον του μετασχηματιστή τοποθετείται στη θέση του πηνίου και το δευτερεύον σε σειρά στην έξοδο, έτσι ώστε να επιτυγχάνετε η περαιτέρω ανύψωση της τάσης. Η κατασκευή του μετατροπέα πραγματοποιήθηκε στο εργαστήριο και ο έλεγχος της διάταξης έγινε με τη χρήση μικροελεγκτή (dsPIC30F4011). Τα πειραματικά αποτελέσματα επιβεβαίωσαν την θεωρητική ανάλυση που έγινε και την ορθή λειτουργία του κυκλώματος μας. Ο βαθμός απόδοσης κρίνετε ικανοποιητικά υψηλός καθώς και το κέρδος τάσης του μετατροπέα. Η τοπολογία μπορεί να χρησιμοποιηθεί με διάφορες παραλλαγές της και σε άλλα κυκλώματα επιτρέποντας έτσι την βελτίωση των χαρακτηριστικών τους όπως αύξηση της απόδοσης και του κέρδους τάσης. / -

Στην παρούσα εργασία θα ασχοληθούμε με τη μελέτη ενός διασυνδεμένου με το Δίκτυο φωτοβολταϊκού σταθμού μεγάλης ισχύος. Η ονομαστική ισχύς του σταθμού ανέρχεται στα 500kW περίπου και η σύνδεση του γίνεται στο Δίκτυο ΜΤ της ΔΕΗ. Για την εξομοίωση της λειτουργίας του σταθμού χρησιμοποιούμε το πρόγραμμα PVSYST. Με τη χρήση και κατανόηση του συγκεκριμένου προγράμματος προσπαθούμε ταυτόχρονα να βγάλουμε χρήσιμα συμπεράσματα για την μοντελοποιημένη λειτουργία των φωτοβολταϊκών. Στο πρώτο κεφάλαιο ασχολούμαστε με το μοντέλο της μιας διόδου που περιγράφει τη λειτουργία των ΦΒ πλαισίων. Οι παράμετροι του μοντέλου και οι τιμές που αυτές λαμβάνουν για διάφορες συνθήκες θερμοκρασίας και ακτινοβολίας καθορίζουν σε μεγάλο βαθμό την ηλεκτρική συμπεριφορά των πλαισίων. Ωστόσο ο καθορισμός των παραμέτρων δεν είναι πάντα εύκολη υπόθεση. Στο κεφάλαιο αυτό θα ανιχνεύσουμε μια μεθοδολογία προσδιορισμού τους για να καταλήξουμε στον τρόπο που αντιμετωπίζονται από το πρόγραμμα. Κατά την λειτουργία των ΦΒ πλαισίων σε συνθήκες διαφορετικές από τις πρότυπες παρουσιάζονται απώλειες. Μια φωτοβολταϊκή γεννήτρια μπορεί να αποτελείται από εκατοντάδες πλαίσια. Πρέπει συνεπώς να δούμε το σύνολο των Περίληψη 11 απωλειών που αφορούν το σύστημα φβ γεννήτρια. Στο κεφάλαιο 2 εξετάζουμε το ζήτημα των απωλειών και τον τρόπο αντιμετώπισης τους από το PVSYST. Σκοπός μας είναι η κατανόηση των παραγόντων που τις καθορίζουν και η κατά το δυνατόν ποσοτικοποίηση τους. Ένα από τα σημαντικότερα τμήματα μιας φωτοβολταϊκής εγκατάστασης είναι ο μετατροπέας dc-ac. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζουμε τα σημαντικότερα ηλεκτρικά μεγέθη που αφορούν τους μετατροπείς και είναι σημαντικά για την ορθή διαστασιολόγηση του συστήματος. Στο τέταρτο κεφάλαιο προχωράμε στη διαστασιολόγηση του συστήματος. Εξετάζουμε κυρίως τα ζητήματα συμβατότητας μεταξύ ΦΒ γεννητριών και μετατροπέων και καθορίζουμε τον αριθμό των εν σειρά και παράλληλων πλαισίων που απαιτούνται. Παράλληλα παρουσιάζονται οι αποδόσεις του συστήματος όπως προκύπτουν από το πρόγραμμα για προσομοίωση λειτουργίας ενός έτους. Ο υπολογισμός τους βασίζεται στα 2 πρώτα κεφάλαια. Στο πέμπτο κεφάλαιο ασχολούμαστε με το φαινόμενο της νησιδοποίησης. Η αύξηση της παραγωγής ισχύος από Διανεμημένους Παραγωγούς καθιστά την εμφάνιση του φαινομένου όλο και συχνότερη. Η ανίχνευση και διακοπή του φαινομένου είναι καθοριστικής σημασίας για την ορθή λειτουργία του Δικτύου και την ασφάλεια του προσωπικού που εργάζεται σε αυτό. Εδώ περιγράφουμε μερικές από τις πιο βασικές εφαρμοζόμενες μεθόδους ανίχνευσης και διακοπής του. Στο έκτο κεφάλαιο παρουσιάζουμε τα βασικά χαρακτηριστικά των μέσων προστασίας έναντι υπερεντάσεων. Προχωράμε σε μελέτη των διατάξεων προστασίας της εγκατάστασης με σκοπό τη διασφάλιση της σε περίπτωση εμφάνισης σφαλμάτων. Στο έβδομο κεφάλαιο συνεχίζουμε με μια επισκόπηση των διατάξεων προστασίας και ζεύξης που χρειάζονται για τη σύνδεση Διανεμημένων Παραγωγών στο Δίκτυο Μέσης Τάσης της ΔΕΗ. Παραθέτουμε τις βασικές προϋποθέσεις που πρέπει να πληρούν τα μέσα όπως αυτές καθορίζονται από σχετικό κανονισμό. Στο όγδοο κεφάλαιο τέλος παρουσιάζουμε μερικές βασικές αρχές και ορισμούς που χαρακτηρίζουν τα βραχυκυκλώματα στα Δίκτυα ΥΤ και ΜΤ. Ο υπολογισμός χαρακτηριστικών μεγεθών που αφορούν στα ρεύματα βραχυκύκλωσης είναι Περίληψη καθοριστικής σημασίας για την προστασία του συστήματος παραγωγής και διανομής ηλεκτρικής ισχύος. Δε θα επεκταθούμε ωστόσο σε μια τέτοια μελέτη. / -

Στις μέρες μας λόγω της εξάντλησης των αποθεμάτων πετρελαίου, έχουμε στραφεί σε άλλες μορφές παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, μία από τις οποιές είναι η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας μέσω φωτοβολταϊκών συστημάτων. Η ηλιακή ακτινοβολία μετατρέπεται απευθείας σε ηλεκτρική με την βοήθεια ημιαγωγικών στοιχείων χωρίς να επιβαρύνει το περιβάλλον. Το φαινόμενο της απευθείας μετατροπής της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική, ονομάστηκε φωτοβολταϊκό φαινόμενο. Με την πάροδο του χρόνου το κόστος των φωτοβολταϊκών συστημάτων όλο και μειώνεται γι΄αυτο και περισσότερα φωτοβολταϊκα συστήματα προτιμώνται έναντι των συμβατικών μορφών ενέργειας. Στο πρώτο κεφάλαιο αυτής της διπλωματικής θα αναφερθούν γενικά στοιχεία των φωτοβολταϊκών συστημάτων. Υπάρχουν δύο διαφορετικές κατηγορίες φωτοβολταϊκών συστημάτων, τα διασυνδεδεμένα στο δίκτυο φωτοβολταϊκά συστήματα και τα αυτόνομα φωτοβολταϊκά συστήματα. Τα διασυνδεδεμένα φωτοβολταϊκά συστήματα αποτελούνται από τα φωτοβολταϊκά πλαίσια, τον πίνακα ελέγχου, τον αντιστροφέα τάσης και τον μετρητή της Δ.Ε.Η. Τα αυτόνομα φωτοβολταϊκά συστήματα αποτελούνται από τα φωτοβολταϊκά πλαίσια, τον πίνακα ελέγχου, τον ρυθμιστή φόρτισης, τον συσσωρευτή (μπαταρία) και τον αντιστροφέα τάσης. Στο δεύτερο κεφάλαιο αυτής της διπλωματικής θα γίνει ανάλυση όλων των κύριων τμημάτων που απαρτίζουν ένα φωτοβολταϊκό σύστημα διασυνδεδεμένο ή αυτόνομο. Για να έχουμε μεγάλη διάρκεια ζωής σε ένα φωτοβολταϊκό σύστημα είναι απαραίτητη μια αποτελεσματική αντικεραυνική προστασία και μια καλή προστασία υπέρτασης. Η ανάλυση των μεθόδων αντικεραυνικής προστασίας και των μεθόδων προστασίας υπέρτασης είναι το αντικείμενο του τρίτου κεφαλαίου. Ενα κεραυνικό πλήγμα στα φωτοβολταϊκά συστήματα μπορεί να προκαλέσει σοβαρές ζημιές στα πλαίσια και τους αντιστροφείς, καθώς και μεγάλες οικονομικές απώλειες (αντικατάσταση του εξοπλισμού, απώλεια παραγωγής κ.τ.λ) που το κόστος εγκατάστασης ενός πλήρους συστήματος αντικεραυνικής προστασίας συμφέρει οικονομικά. / In our days because the exhaustion of reserves of oil, we have been turned in other forms of production of electric energy, one from that are the production of electric energy via photovoltaic systems. The solar radiation is changed directly in electric with the help of semiconductor elements without it overloads the environment. The phenomenon of direct transformation of solar energy in electric, was named photovoltaic phenomenon. With the byway of time the cost of photovoltaic systems is always decreased photovoltaic systems is preferred against the conventional forms of energy. In the first chapter this diplomatic will be reported in general elements of photovoltaic systems. Exist two different categories of photovoltaic systems, Connected in the electric grid photovoltaic systems and the stand alone photovoltaic systems. The stand alone photovoltaic systems are constituted by the photovoltaic frames, the table of control, inverter. The photovoltaic systems are autonomously constituted by the photovoltaic frames, the table of control, the regulator charge, the accumulator (battery) and inverter . In the second chapter this diplomatic will become analysis of all main departments that composes a photovoltaic system connected to the grid or stand alone. In order to we have big duration of life in a photovoltaic system are essential a effective lightning protection and a good protection of overvoltage. The analysis of methods of lightning protection and methods of protection of overvoltage is the object of third chapter. A lightning strike in the photovoltaic systems can cause serious damage in the frames and inverter, as well as big economic losses (replacement of equipment, loss of production ) that the cost of installation of complete system of lightning protection is advance economically.

Κεντρικός άξονας της εργασίας είναι η παρουσίαση της δομής ενός αυτονόμου φωτοβολταϊκού συστήματος, καθώς και η τεχνικοοικονομική μελέτη ενός τέτοιου συστήματος. Επίσης μέσα από αυτήν την εργασία θα βγουν συμπεράσματα για την λειτουργία ενός τέτοιου συστήματος σε μεταβατική κατάσταση υπό τις δυσμενέστερες συνθήκες. Ξεκινώντας παραθέτουμε τους λόγους για τους οποίους υπάρχει έντονη ανάγκη για την ανάπτυξη των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας(ΑΠΕ), όπως είναι η μόλυνση του περιβάλλοντος από τις συμβατικές πηγές, η εξάντληση των αποθεμάτων του πετρελαίου αλλά και άλλων πηγών ηλεκτρικής ενέργειας, καθώς επίσης και μια σειρά από πολιτικοοικονομικούς λόγους με πρώτο την ιδιοπαραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Εν συνεχεία στο κεφάλαιο 2 αναλύεται το φωτοβολταϊκό φαινόμενο σε όλη του την έκταση, το πώς δηλαδή μετατρέπεται η ηλιακή ακτινοβολία σε ηλεκτρική με την βοήθεια των ιδιοτήτων των ημιαγώγιμων υλικών που χρησιμοποιούνται στα ηλιακά πλαίσια. Ακόμη αναλύονται τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά των φωτοβολταϊκών, για να δωθεί έτσι και μαθηματικά η σχέση μετατροπής της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική. Στο κεφάλαιο 3 γίνεται η παρουσίαση της μπαταρίας. Αρχικά δίνεται η αρχή λειτουργίας και τα είδη των μπαταριών (επαναφορτιζόμενες η μη). Στη συνέχεια εξετάζονται τα χαρακτηριστικά μεγέθη, δηλαδή η χωρητικότητα, το βάθος εκφόρτισης-DOD, η στάθμη φόρτισης-SOC και ο συντελεστής φόρτισης της μπαταρίας, που δίνει την απόδοση ισχύος της. Στο κεφάλαιο 4 εξετάζουμε στα μέρη του, ένα τυπικό αυτόνομο φωτοβολταϊκό σύστημα. Σκοπός του κεφαλαίου είναι να δείξει τη λειτουργία των ηλεκτρονικών μετατροπέων, τον έλεγχο τους και την καταπολέμηση των αρμόνικων που παράγουν αυτοί. Αναλυτικά παρουσιάζεται ο μετατροπεας συνεχούς τάσης DC/DC, ο τρόπος με τον oποίο γίνεται ο έλεγχος του. Επίσης εξηγείται ο καθοριστικός ρόλος του στην λειτουργία του συστήματος. Το ίδιο γίνεται και για τον αντιστροφέα συνεχούς-εναλλασσομενου DC/AC, που είναι μια εξαπαλμική γέφυρα με IGBT μετατροπείς. Τέλος γίνεται και μια εισαγωγή στο θέμα των αρμονικών συνιστωσών που παράγουν οι μετατροπείς μας. Δίνονται στοιχεία για τους κανονισμούς μέσω των οποίων γίνεται και η επιλογή των μετατροπέων και των φίλτρων που χρησιμοποιούνται για τον περιορισμό των αρμονικών συνιστωσών. Στο κεφάλαιο 5 παρουσιάζονται στοιχεία από την οικονομική επιστήμη πάνω στα οποία θα βασιστεί η οικονομική μελέτη που πραγματοποιείται στο κεφάλαιο 7. Οι οικονομικοί δείκτες που χρησιμοποιήθηκαν στην εργασία αυτή είναι η Καθαρή Παρούσα Αξία (NPV), ο Εσωτερικός Βαθμός Απόδοσης (IRR), και η Έντοκη Περίοδος Αποπληρωμής (ΕΠΑ). Επίσης στο κεφάλαιο αυτό δόθηκαν στοιχεία για τις μεθόδους αποπληρωμής δανείων, καθώς επίσης αναλύθηκαν οι κλασσικές και οι σύγχρονες μορφές χρηματοδότησης ενός επενδυτικού σχεδίου. Στο κεφάλαιο 6 πραγματοποιείται ο τεχνικός σχεδιασμός του συστήματος. Με βάση τον τόπο εγκατάστασης και τα στοιχεία ακτινοβολίας και θερμοκρασίας γίνεται η επιλογή της κλίσης των συλλεκτών. Στη συνέχεια και με βάση τις απαιτήσεις του φορτίου γίνεται καθορισμός της ισχύος αιχμής, του πλήθους και της οργάνωσης των φωτοβολταϊκών πλαισίων. Τέλος με βάση τις απαιτήσεις για επάρκεια ηλεκτρικής ενέργειας για συνεχή λειτουργία του συστήματος καθορίζεται το μέγεθος των συσσωρευτών. Στο κεφάλαιο 7 πραγματοποιείται η οικονομική μελέτη για δυο διαφορετικά επενδυτικά σχέδια, με τη βοήθεια των οικονομικών δεικτών που αναφέρθησαν παραπάνω. Τα δυο σενάρια διαφέρουν ως προς τον τρόπο χρηματοδότησης (επιχορήγηση-δανειοδότηση) και με την εξέταση τους βγαίνουν πολύ χρήσιμα συμπεράσματα για την επενδυτική αξία τους. Η μελέτη αυτή μπορεί να χρησιμεύει και σαν οδηγός για άλλες παρομοίου τύπου μελέτες. Στο κεφάλαιο 8 παρουσιάζεται το σύστημα που εξετάζουμε στο πρόγραμμα εξομοίωσης PSCAD. Ο λόγος που γίνεται η εξομοίωση είναι για να μελετηθεί ακολούθως η μεταβατική ευστάθεια του συστήματος, δηλαδή η απόκριση του συστήματος σε αλλαγές του φορτίου μας. Στο σημείο αυτό πρέπει να τονιστεί ότι το PSCAD είναι από τα καταλληλότερα προγράμματα για το σκοπό αυτό, γιατί τα μοντέλα που διαθέτει ανταποκρίνονται σε μεταβατικές συνθήκες. Στο κεφάλαιο 9 πραγματοποιείται η μελέτη μεταβατικής ευσταθείας, αλλάζοντας βηματικά το μηχανικό φορτίο του κινητήρα, που αποτελεί το φορτίο του συστήματος μας. Για να έχουμε αποτελέσματα προς την ασφαλή πλευρά το σύστημα έχει μελετηθεί χωρίς την παρουσία μπαταρίας, δηλαδή υπό τις δυσμενέστερες συνθήκες. Στο κεφάλαιο αυτό δίνονται και εξηγούνται με φυσικό τρόπο τα γραφήματα που φανερώνουν την τελική κατάσταση του συστήματος, εάν δηλαδή το σύστημα οδηγήθηκε στην αστάθεια η όχι. Τέλος στο κεφάλαιο 10 υπάρχει ο επίλογος της εργασίας με ταυτόχρονη προσθήκη και των σημείων οπού επιδέχεται επέκταση η εργασία. / -