Σκοπός της συγκεκριμένης διπλωματικής εργασίας είναι η παρουσίαση και η ανάλυση των προβλημάτων που αναπτύσσονται κατά τη σύνδεση φωτοβολταϊκών συστημάτων στο δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας. Επίσης, γίνεται προσομοίωση της συμπεριφοράς ενός τέτοιου συστήματος για διάφορες συνθήκες ηλιακής ακτινοβολίας και γωνίας έναυσης, ώστε να ληφθούν συμπεράσματα σχετικά με τα αρμονικά ρεύματα που προκύπτουν. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μια εισαγωγή, με αναφορά στην αστείρευτη πηγή ενέργειας, τον ήλιο. Ο άνθρωπος εκμεταλλεύεται την ηλιακή ενέργεια την οποία μετατρέπει σε ηλεκτρική μέσω των φωτοβολταϊκών κυττάρων. Στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζονται οι σημαντικότεροι λόγοι για τους οποίους η φωτοβολταϊκή τεχνολογία έγινε περισσότερο από ποτέ ανταγωνιστική. Επίσης, γίνεται μια αναλυτική περιγραφή του φωτοβολταϊκού φαινομένου. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα συνδεδεμένα στο δίκτυο φωτοβολταϊκά συστήματα. Γίνεται μια ιστορική αναδρομή της εξελικτικής τους πορείας, ενώ τέλος παρουσιάζεται ένα τυπικό μοντέλο φωτοβολταϊκού συστήματος, συνδεδεμένου στο δίκτυο. Στο τέταρτο κεφάλαιο αρχίζει η παρουσίαση των προβλημάτων που προκύπτουν κατά τη σύνδεση φωτοβολταϊκών συστημάτων στο δίκτυο. Αρχικά, τα προβλήματα χωρίζονται σε τεχνικά και μη τεχνικά. Τα τεχνικά προβλήματα χωρίζονται με τη σειρά τους σε αυτά που προκύπτουν λόγω της επίδρασης του δικτύου στα συνδεδεμένα φ/β συστήματα και σε αυτά που προκαλούνται από την επίδραση των συνδεδεμένων φ/β συστημάτων προς το δίκτυο. Τα κυριότερα θέματα που αναλύονται αφορούν την ασφάλεια του προσωπικού και των πελατών του δικτύου, την προστασία του εξοπλισμού και των στοιχείων προστασίας και την ποιότητα ισχύος (π.χ διακυμάνσεις τάσης, αρμονική παραμόρφωση και ρεύματα προς γη). Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στο φαινόμενο της νησιδοποίησης, της έγχυσης συνεχούς ρεύματος και των αρμονικών ρευμάτων. Στο πέμπτο κεφάλαιο γίνεται προσομοίωση της σύνδεσης φ/β συστήματος στο δίκτυο. / The purpose of this diploma thesis is the presentation and analysis problems developed during the connection of photovoltaic systems to the electricity grid. It is a simulation of the behavior such a system for different conditions of solar radiation and firing angle, to take conclusions about the harmony flows arising. The first chapter is an introduction, with reference to the inexhaustible energy source, the sun. The man operating the solar energy which translates into electricity through photovoltaic cells. The second chapter presents the main reasons why Photovoltaic technology has become more competitive than ever. It is a detailed description of the photovoltaic effect. The third section presents the network connected to the photovoltaic systems. An historical overview of the evolutionary process, and finally shows a typical PV system model, related to network. In the fourth chapter begins the presentation of the problems that arise during the photovoltaic systems connected to the network. Initially, the problems are divided technical and non-technical. The technical problems are divided in turn into these resulting from the impact of the network connected to PV systems and to those caused by the influence of associated PV systems network. The main issues discussed related to the safety of staff and customers of the network, protecting equipment and data protection and power quality (eg, voltage fluctuations, harmonic distortion and currents to earth). Particular emphasis is given to the phenomenon of nisidopoiisis of DC injection and harmonic currents. In the fifth chapter of the Association is simulated PV system on the network.

Πειραματική προσομοίωση μιας εγκατάστασης φωτοβολταϊκών σε στέγη κτιρίου με έμφαση στα σχολικά κτίρια. Βελτίωση της ηλεκτρικής τους απόδοσης με την δημιουργία αεραγωγού για την ψύξη των συλλεκτών και προσθήκη ενδιάμεσου μεταλλικου φύλλου και πτερυγίων βάσης. Εκτίμηση του ηλεκτρικού κέρδους σε πιθανή εγκατάσταση σε σχολική στέγη. / Experimental simulation of PV collectors’ establishment on inclined roofs and application on school buildings (as a paradigm). Study for the improvement of the PV/T collectors’ electrical efficiency by the addition of an air duct with natural air flow. The air duct contains either an internal/interspace thin metal sheet or basal metal fins (metal fins on its base). Effort for the estimation of the electrical energy benefit/gain by such an establishment on a typical school building.

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη των υπερτάσεων οι οποίες εμφανίζονται σε φωτοβολταϊκές διατάξεις λόγω των κεραυνικών πληγμάτων, τα οποία σημειώνονται, είτε απευθείας στις διατάξεις αυτές, είτε σε παρακείμενα σημεία. Η διάρθρωση της διπλωματικής εργασίας έχει ως εξής: Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μια θεωρητική ανάλυση του φωτοβολταϊκού φαινόμενου, καθώς επίσης και των ηλεκτρικών χαρακτηριστικών των φωτοβολταϊκών στοιχείων. Επίσης παρατίθενται μερικά εκ των πλεονεκτημάτων και μειονεκτημάτων αυτής της τεχνολογίας. Στο δεύτερο κεφάλαιο περιγράφονται συνοπτικά τα είδη των φωτοβολταϊκών πλαισίων τα οποία χρησιμοποιούνται ευρέως στην αγορά, τα μέρη τα οποία απαρτίζουν ένα φωτοβολταϊκό σύστημα, αυτόνομο ή διασυνδεδεμένο, καθώς επίσης παρουσιάζονται και κάποια οικονομικά δεδομένα τα οποία σχετίζονται με το συνολικό εκτιμώμενο κόστος μιας φωτοβολταϊκής εγκατάστασης ισχύος 100kWP. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζεται σε θεωρητικό επίπεδο ο ολοκληρωμένος τρόπος αντικεραυνικής προστασίας φωτοβολταϊκών διατάξεων, ο οποίος απαρτίζεται από δύο μέρη, την εξωτερική και την εσωτερική αντικεραυνική προστασία, όπως ορίζουν οι σχετικοί διεθνείς κανονισμοί. Στο τέταρτο κεφάλαιο πραγματοποιείται εργαστηριακή μελέτη, για να εκτιμηθεί η διηλεκτρική αντοχή ενός δοκιμαστικού φωτοβολταϊκού πλαισίου, σε κρουστική τάση τυποποιημένης μορφής 1.2/50 μsec, σύμφωνα με τον κανονισμό IEC 61730-2. Πριν και μετά τις καταπονήσεις, διεξάγονται μετρήσεις, για να διαπιστωθούν τυχόν επιπτώσεις, στις χαρακτηριστικές I-V και P-I, του δοκιμαστικού φωτοβολταϊκού πλαισίου, και, εξάγονται τα σχετικά συμπεράσματα. / The aim of this diplomatic report is the study of surges which appear in photovoltaic arrays because of the lightning’s strikes, which take place directly on these arrays or on nearby areas. The structure is as follows: In the first chapter there is a theoretical analysis of the photovoltaic phenomenon, as well as an analysis of the electrical characteristics of PV-modules. Some of the advantages and disadvantages of this technology are also mentioned. In the second chapter what are briefly described are the sorts of photovoltaic frames that are widely used in the market, the parts of which a photovoltaic system is comprised, autonomous or on grid, and some data relevant to the total estimated cost of a photovoltaic installation, of 100kWp power, are also presented. In the third chapter the completely method of lightning protection of photovoltaic arrays is presented on a theoretical basis. This method of lightning protection is divided in two parts, the outer and inner lightning protection, as the relevant international regulations demand. In the fourth chapter, a laboratory study is given, in order to evaluate the dielectric withstand of a test photovoltaic frame, in impulse voltage standard form 1.2/50 μsec, according to regulation IEC 61730-2. Measures are taken before and after the stresses for any consequences to be confirmed, in the characteristic I-V and P-I, of the test photovoltaic frame consequently the relevant conclusions are drawn.

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η ανάλυση των βασικών διατάξεων από τις οποίες αποτελείται ένα μονοφασικό φωτοβολταϊκό σύστημα που συνδέεται στο δίκτυο, ο σχεδιασμός του καθώς επίσης και η εξομοίωσή του με χρήση του πακέτου MATLAB/SIMULINK. Το σύστημα περιλαμβάνει την φωτοβολταϊκή γεννήτρια, τον μονοφασικό αντιστροφέα, τον dc πυκνωτή στην είσοδο του αντιστροφέα, ένα L-C φίλτρο στην έξοδο του αντιστροφέα καθώς επίσης και φορτίο, το οποίο μεσολαβεί μεταξύ φίλτρου και δικτύου. Ο σχεδιασμός ενός συνδεδεμένου στο δίκτυο φωτοβολταϊκού συστήματος περιλαμβάνει: τον προσδιορισμό του αριθμού των κυττάρων ή πλαισίων που θα συνδεθούν σε σειρά και παράλληλα, της χωρητικότητας του dc πυκνωτή στην είσοδο του αντιστροφέα και του μεγέθους του L-C φίλτρου. Η εξομοίωση στο γραφικό περιβάλλον SIMULINK είχε σαν στόχο την απεικόνιση των κυματομορφών ρεύματος και τάσης σε διάφορα σημεία του κυκλώματος καθώς επίσης και την καταγραφή των αρμονικών μέχρι και 49ης τάξης της τάσης στο φορτίο και του ρεύματος στον κλάδο πριν το φορτίο. Οι συνθήκες που έπρεπε να πληρούνται κατά την εξομοίωση ήταν: 1) η dc τάση στην είσοδο του αντιστροφέα να κυμαίνεται κοντά στην τιμή της τάσης που αντιστοιχούσε στο σημείο μέγιστης ισχύος 2) η διαφορά φάσης μεταξύ τάσης στο φορτίο και ρεύματος στον κλάδο πριν το φορτίο να είναι σχεδόν μηδενική. / -

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η σχεδίαση φωτοβολταϊκού (ΦΒ) συστήματος συνδεδεμένου στο δίκτυο διανομής της ΔΕΗ. Στόχος είναι η αναλυτική παρουσίαση των μονάδων που χρησιμοποιούνται στο συνδεδεμένο στο δίκτυο φωτοβολταϊκό σύστημα ούτως ώστε να καθίσταται δυνατή η εγκατάσταση του. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μια εισαγωγική αναφορά για την ανάγκη χρησιμοποίησης των ΦΒ συστημάτων, τα είδη των συστημάτων που χρησιμοποιούνται σήμερα καθώς και των πλεονεκτημάτων και μειονεκτημάτων που έχουν σε σχέση με τις υπόλοιπες πηγές ενέργειας που έχει στη διάθεση του ο άνθρωπος σήμερα. Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται αναλυτική περιγραφή της ηλιακής ακτινοβολίας. Παρουσιάζονται οι εξισώσεις υπολογισμού της έντασης της ηλιακής ακτινοβολίας καθώς και οι εξισώσεις υπολογισμού της άμεσης και της διάχυτης ακτινοβολίας που προσπίπτουν σε μια επιφάνεια. Ακόμα, γίνεται αναφορά στη διαδικασία επιλογής κατάλληλου προσανατολισμού του φωτοβολταϊκού πλαισίου ώστε να επιτυγχάνεται η μέγιστη δυνατή απορρόφηση της ηλιακής ακτινοβολίας από το ΦΒ πλαίσιο. Στο τελευταίο τμήμα του κεφαλαίου αυτού περιγράφονται τα όργανα μέτρησης της ηλιακής ακτινοβολίας και η αρχή λειτουργίας τους. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζεται λεπτομερώς η διαδικασία παραγωγής ενέργειας όταν προσπίπτει ηλιακή ακτινοβολία σε μια επαφή δυο διαφορετικά νοθευμένων ημιαγωγών (φωτοβολταϊκό φαινόμενο). Στη συνέχεια περιγράφονται τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά των φωτοβολταϊκών στοιχείων και οι σημαντικότεροι παράγοντες που τα επηρεάζουν. Ακόμα γίνεται αναφορά στα είδη των φωτοβολταϊκών στοιχείων που έχουν κατασκευαστεί καθώς και στα ημιαγωγικά υλικά που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή τους. Το κεφάλαιο κλείνει με την περιγραφή του τρόπου σύνδεσης των ΦΒ στοιχείων και τις διατάξεις προστασίας που χρησιμοποιούνται ώστε να μειώνονται όσο το δυνατόν περισσότερο οι απώλειες όταν κάποιο από τα συνδεδεμένα ΦΒ στοιχεία είτε δεν λειτουργεί είτε είναι σκιασμένο. Στο τέταρτο κεφάλαιο αρχικά γίνεται μια αναφορά των ειδών των συνδεδεμένων στο δίκτυο φωτοβολταϊκών συστημάτων που υπάρχουν και εν συνεχεία παρουσιάζονται εκτενώς οι κατηγορίες των DC-AC μετατροπέων που χρησιμοποιούνται στα συνδεδεμένα στο δίκτυο συστήματα. Επίσης, περιγράφονται οι λειτουργίες που εκτελούν οι σύγχρονοι συνδεδεμένοι με το δίκτυο αντιστροφείς, η αρχή λειτουργίας τους, τα χαρακτηριστικά τους καθώς και οι ιδιότητες τους. Ακόμα περιγράφεται η συμπεριφορά του αντιστροφέα όταν συμβαίνει το φαινόμενο της υπερφόρτωσης. Στο τελευταίο τμήμα της ενότητας αυτής δίνεται ιδιαίτερη προσοχή στις παραμέτρους που πρέπει να ληφθούν υπόψη ώστε να επιλεγεί ο κατάλληλος αντιστροφέας για τη βέλτιστη λειτουργία του συστήματος. Στο πέμπτο κεφάλαιο γίνεται μελέτη του συνδεδεμένου στο δίκτυο συστήματος. Αναφέρονται τα κριτήρια επιλογής της ισχύος του συστήματος και ο τρόπος υπολογισμού της ενέργειας που παράγεται. Στη συνέχεια, καταγράφονται οι εξισώσεις υπολογισμού του αριθμού των πλαισίων, καθορισμού της συνδεσμολογίας της φωτοβολταϊκής συστοιχίας, υπολογισμού της ισχύος εξόδου, υπολογισμού της ελάχιστης απόστασης μεταξύ δυο γειτονικών σειρών ΦΒ πλαισίων και του εμβαδού που θα καταλαμβάνουν τα ΦΒ πλαίσια. Κατόπιν, περιγράφεται η διαδικασία επιλογής του ιδανικού αντιστροφέα ώστε να επιλεγούν οι απαραίτητοι ηλεκτρικοί αγωγοί με την κατάλληλη διατομή. Εν συνεχεία, αναφέρεται ο τρόπος υπολογισμού των ηλεκτρικών καταναλώσεων που ενδεχομένως θα υπάρχουν. Τέλος, περιγράφεται αναλυτικά ο τρόπος γείωσης του συστήματος καθώς και των παραμέτρων που πρέπει να ληφθούν υπόψη ώστε να είναι ασφαλής η σύνδεσή του στο δίκτυο. Στο έκτο κεφάλαιο μελετάται αναλυτικά η εγκατάσταση των συνδεδεμένων στο δίκτυο φωτοβολταϊκών συστημάτων σε κτιριακές εγκαταστάσεις. Περιγράφεται ο τρόπος επιλογής σωστού προσανατολισμού των φωτοβολταϊκών πλαισίων τα οποία είναι τοποθετημένα σε κτιριακή εγκατάσταση και γενικότερα οι παράγοντες που λαμβάνονται υπόψη για τη σχεδίαση και εγκατάσταση ενός κτιριακού φωτοβολταϊκού συστήματος. Ακολούθως, αναφέρεται η προστασία των ΦΒ από τυχόν υπερτάσεις καθώς και η αντικεραυνική προστασία τους. Ακόμα, εξηγείται αναλυτικά και παρουσιάζεται με σχήματα η σύνδεση των ΦΒ συστημάτων στο δίκτυο. Τέλος, παρουσιάζονται τα επιτρεπτά όρια και τα προβλήματα που προκύπτουν από την έγχυση αρμονικών συνιστωσών του ρεύματος και της τάσης στο δίκτυο χαμηλής τάσης. Στο έβδομο κεφάλαιο μελετάται η εγκατάσταση φωτοβολταϊκού συστήματος 2880 W που περατώθηκε στο εργαστήριο παραγωγής, μεταφοράς , διανομής και χρησιμοποιήσεως ηλεκτρικής ενέργειας του τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών του Πανεπιστημίου Πατρών. Περιγράφονται τα φωτοβολταϊκά πλαίσια και οι αντιστροφείς που επιλέχθηκαν, η διαδικασία σύνδεσης των πλαισίων και τέλος υπολογίζονται οι διατομές των καλωδίων που χρησιμοποιήθηκαν. Στα παραρτήματα παρουσιάζονται τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά των πλαισίων και των αντιστροφέων από τις εταιρίες παραγωγής . / The purpose of the present thesis is the design of a grid connected photovoltaic system. Firstly, the solar radiation as well as the solar radiation particularly in Greece is reported and the mathematical tools to calculate the solar radiation on earth´s surface are provided too. Moreover, the photovoltaic effect is presented and the electrical features of solar cells are analyzed. Yet, an important part of the thesis is the description of the features and properties of the grid connected inventers. Furthermore, a detailed study of a grid connected photovoltaic system is reported (PV modules, inverters, grounding etc.) especially the PV system on a building installation. Finally, a reference to the PV system of a nominal power of 2880W which is installed in the power systems laboratory at the Electrical and Computer Engineering Department at the University of Patras is made.

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται το σχεδιασμό ενός Φωτοβολταϊκού Συστήματος, και τη σύνδεση αυτού στο δίκτυο διανομής. Η εργασία αυτή εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Παραγωγής, Μεταφοράς, Διανομής και Χρησιμοποίησης Ηλεκτρικής Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών. Σκοπός, πέρα από την εγκατάσταση του εξοπλισμού, είναι η μελέτη του συστήματος που σχεδιάστηκε ώστε να λειτουργεί με 3 διαφορετικούς τρόπους: α) Μονοφασικό Σύστημα συνδεδεμένο στο δίκτυο διανομής, β) Τριφασικό Σύστημα συνδεδεμένο στο δίκτυο διανομής και γ) Μονοφασικό αυτόνομο Σύστημα. Αρχικά, γίνεται μια εκτενής αναφορά στις Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας και περιγράφεται η κατάσταση στην Ελλάδα σχετικά με αυτές. Στη συνέχεια παρουσιάζονται τα χαρακτηριστικά μεγέθη της ηλιακής ακτινοβολίας, καθώς επίσης και ο τρόπος με τον οποίο καθορίζεται ο βέλτιστος τρόπος τοποθέτησης των φωτοβολταϊκών πλαισίων. Επιπλέον, εξηγείται ο τρόπος λειτουργίας των φωτοβολταϊκών κυττάρων και αναφέρονται οι διάφορες τεχνολογίες των φωτοβολταϊκών κυττάρων που έχουν αναπτυχθεί μέχρι σήμερα. Συνεχίζοντας, παρατίθενται τα στοιχεία ενός συνδεδεμένου στο δίκτυο φωτοβολταϊκού συστήματος και οι γενικές αρχές σχεδίασής του. Έπειτα, παρουσιάζεται η μελέτη, ο τρόπος λειτουργίας και ο εξοπλισμός του συστήματος που εγκαταστάθηκε στο Εργαστήριο, και καταγράφονται οι μετρήσεις που ελήφθησαν και τα σχετικά διαγράμματα για μονοφασική και τριφασική συνδεδεμένη στο δίκτυο λειτουργία. Τέλος, γίνεται αναφορά στις δυσκολίες που αντιμετωπίστηκαν κατά την εκπόνηση της διπλωματικής εργασίας. / The Scope of this thesis is the design of a Photovoltaic System, and its connection to the distribution grid. The project was conducted at the Power Systems Laboratory in the Department of Electrical and Computer Engineering of the School of Engineering at the University of Patras. An additional aim of the thesis is the study of the commissioned system, designed to operate in three different functions: a) Single-phase system connected to the distribution grid, b) Three-phase system connected to the distribution grid, and c) Stand-alone Single-phase system. The opening chapter of this study contains a detailed presentation of the existing Renewable Energy Sources, followed by a description of the current situation in Greece. In the next chapter, the variables concerning solar irradiance are analyzed, and the optimal principles of mounting photovoltaic modules are extrapolated. Furthermore, the photovoltaic phenomenon and the electrical behavior of photovoltaic cells is explained, and the photovoltaic technology employed today is concisely mentioned. Also, the components of a photovoltaic system are presented, and the categories and general design principles are covered in detail. Moreover, the study, mode of operation and components of the commissioned system are presented, along with the measurements and the relevant diagrams concerning the Single-phase and Three-phase, grid-connected operation. In conclusion, there is a description of the difficulties and problems that were encountered during the installation of the components.

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη μελέτη και την εγκατάσταση ενός φωτοβολταϊκού συστήματος. Η εργασία αυτή εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Παραγωγής, Μεταφοράς, Διανομής και Χρησιμοποίησης Ηλεκτρικής Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών. Σκοπός, πέρα από την εγκατάσταση του εξοπλισμού, είναι η μελέτη του συστήματος που δημιουργήθηκε ώστε να λειτουργεί με 3 διαφορετικούς τρόπους: α) Μονοφασικό συνδεδεμένο στο δίκτυο διανομής, β) Τριφασικό συνδεδεμένο στο δίκτυο διανομής και γ) Μονοφασικό αυτόνομο. Το σύστημα που δημιουργήσαμε αποτελείται από μία φωτοβολταϊκη συστοιχία με ονομαστική ισχύ 2880 W, τρείς αντιστροφείς συνδεδεμένου συστήματος και ένα αντιστροφέα αυτόνομου συστήματος. Ακόμη για τη σωστή εγκατάσταση χρησιμοποιήσαμε κατάλληλα προστατευτικά στοιχεία, βάσεις, καλώδια και συσσωρευτές. Στο πρώτο κεφάλαιο, γίνεται μια εισαγωγή για την ενέργεια και τη χρησιμοποίηση της από τον άνθρωπο και περιγράφεται η ηλεκτροπαραγωγή, οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και τα βασικά στοιχεία του ηλεκτρικού συστήματος στην Ελλάδα για το 2009. Στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα χαρακτηριστικά μεγέθη της ηλιακής ακτινοβολίας, καθώς επίσης και ο τρόπος με τον οποίο καθορίζεται ο βέλτιστος τρόπος τοποθέτησης των φωτοβολταϊκών πλαισίων. Στο τρίτο κεφάλαιο, εξηγείται ο τρόπος λειτουργίας των φωτοβολταϊκών στοιχείων, αναλύονται τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά τους και αναφέρονται οι διάφορες τεχνολογίες των φωτοβολταϊκών στοιχείων που έχουν αναπτυχθεί μέχρι σήμερα. Στο τέταρτο κεφάλαιο, αναφερόμαστε στα είδη των μετατροπέων ισχύος και στο βαθμό απόδοσης τους. Στο πέμπτο κεφάλαιο, παρατίθενται οι γενικές αρχές δημιουργίας ενός φωτοβολταϊκού συστήματος και παρουσιάζονται τα είδη των Φωτοβολταϊκών συστημάτων. Στο έκτο κεφάλαιο, παρουσιάζεται η μελέτη, ο τρόπος λειτουργίας και ο εξοπλισμός του συστήματος που εγκαταστάθηκε στο Εργαστήριο. Στο έβδομο κεφάλαιο, παρουσιάζονται οι μετρήσεις που ελήφθησαν και τα σχετικά διαγράμματα, ο σχολιασμός τους όπως επίσης και ο τρόπος καταγραφής τους. Στο όγδοο κεφάλαιο, αναφερόμαστε στις δυσκολίες που παρουσιάστηκαν κατά την εκπόνηση της διπλωματικής εργασίας. / The present thesis is concerned with the design and installation of a photovoltaic system. The work was conducted at the Power systems Laboratory of the Department of Electrical and Computer Engineering School of Engineering, University of Patras. The objective of this thesis is the installation of the equipment and the study of the system, set up to work in three different ways: a) Single-phase grid connected, b) Three-phase grid connected and c) Single phase stand-alone. The photovoltaic system that was installed in the laboratory consists of a photovoltaic array with rated power 2880W, 3 inverters for a grid connected system and 1 inverter for a stand-alone system. In addition, cables, protective equipment, mounting bases and batteries were used. The first chapter is an introduction to energy and describes the power production, the renewable energy sources and the basic information of the electrical system of Greece in 2009. The second chapter presents the features of solar radiation, and the optimal method for the mounting of the modules. The third chapter explains the way that the operation of a photovoltaic cell, analyses the electric characteristics and reports the various technologies of the photovoltaics. The fourth chapter analyses the types of the power converters and their efficiency. The fifth chapter presents the general principles of creating a photovoltaic system, the way of their connection, and presents the types of Photovoltaic systems. The sixth chapter presents the way of operation and the equipment of the photovoltaic system that was installed in the Laboratory. The seventh chapter explains the details of the present study regarding the mode of operation and the equipment of the system that was installed in the Lab, showing the relevant measurements and charts. The eighth chapter is a reference to the difficulties encountered throughout the implementation of the project.

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται την μελέτη των μικροδικτύων. Δίνεται ο ορισμός τους, αναλύονται τα δομικά τους μέρη καθώς και η λειτουργία τους. Στα πλαίσια της διπλωματικής αυτής πραγματοποιείται μελέτη εγκατάστασης ενός μικροδικτύου ενώ αναλύεται και εξετάζεται, με πειραματικές μετρήσεις, η λειτουργία ενός ήδη εγκατεστημένου μικροδικτύου στο Κέντρο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας. Η εργασία αυτή εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών. Σκοπός είναι η δημιουργία ενός μικροδικτύου στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας. Στην παρούσα εργασία έγινε η απαιτούμενη βιβλιογραφική αναζήτηση και η μελέτη του μικροδικτύου, που κατά κύριο λόγο εστιάστηκε στη μελέτη εγκατάστασης της φωτοβολταϊκής συστοιχίας. Επίσης παρουσιάζεται το μοντέλο προσομοίωσης για των φωτοβολταϊκών πλαισίων και εν γένει της φωτοβολταϊκής συστοιχίας. Αρχικά παρουσιάσαμε τα κύρια μέρη που αποτελούν ένα μικροδίκτυο. Εξετάσαμε τις μονάδες παραγωγής και αποθήκευσης καθώς και τις μονάδες που έχουν τον πιο σημαντικό ρόλο σε ένα μικροδίκτυο: τους ηλεκτρονικούς μετατροπείς ισχύος. Ακόμη μελετήθηκαν οι αρχές λειτουργίας των μικροδικτύων και η συμπεριφορά τους υπό διαφορετικές συνθήκες σύνδεσης. Στη συνέχεια μελετήθηκε ένα ήδη εγκατεστημένο μικροδίκτυο στο Κ.Α.Π.Ε ώστε να αποκτηθεί μια πιο ολοκληρωμένη εικόνα των λειτουργιών και των δυνατοτήτων των μικροδικτύων. Στο συγκεκριμένο μικροδίκτυο πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις για την επιβεβαίωση της ορθής λειτουργίας και κατανόηση των παραμέτρων και λειτουργικών του χαρακτηριστικών Το επόμενο βήμα ήταν η ηλεκτρολογική μελέτη και η μελέτη εφαρμογής για το μικροδίκτυο που στοχεύουμε να εγκατασταθεί στο εργαστήριο. Η μελέτη περιορίστηκε στην εγκατάσταση της φωτοβολταϊκής γεννήτριας και των συσσωρευτών με τις αντίστοιχες μονάδες ηλεκτρικής μετατροπής ενέργειας. Τέλος η φωτοβολταϊκή συστοιχία προσομοιώθηκε στο περιβάλλον του Matlab/Simulink / This thesis deals with the study of Microgrids. We define them, analyzed their structure and function. In this thesis a study of a microgrid installation is carried out. An already established Microgid at the Centre for Renewable Energy is analyzed and a comparison with experimental results is made to confirm its operation. The work was conducted at the Laboratory of Electromechanical Energy Conversion, Department of Electrical and Computer Engineering School of Engineering, University of Patras. The aim is to create a Microgrid in Electromechanical Energy Conversion Laboratory. In this study the required literature search and study of Microgrids was completed, which primarily focused on the design of the installation of the photovoltaic array. It also shows the model simulation of photovoltaic modules and overall photovoltaic array. At the beginnibg we presente the main components that make up a microgrid. We examined the production and storage facilities as well as the units that have the most important role in a Microgrid: the electronic power inverters. Yet studied the operating principles of the Microgrid and their behavior under different link conditions. Then we studied a previously established microgrid in order to gain a more complete picture of the functions and capabilities of a Microgrid. In this microgrid measurements were performed to confirm the proper operation and understanding of the parameters and operating characteristics The next step was the electrical design and application study for a microgrid planned to be installed in the laboratory. The study was limited to the installation of the photovoltaic generator and batteries to their respective units of electrical energy conversion. Finally, the photovoltaic array was simulated in the environment of Matlab / Simulink

Η παρούσα διπλωματική έχει ως σκοπό να διερευνήσει τους τρόπους με τους οποίους θα μπορέσουμε να λειτουργήσουμε φωτοβολταϊκά συστήματα στο βέλτιστο σημείο τους, στο σημείο μέγιστης ισχύος. Στο πρώτο κεφάλαιο αναφέρονται γενικά χαρακτηριστικά, αρχές λειτουργίας και σχέσεις μοντελοποίησης του φωτοβολταϊκού πλαισίου. Στο δεύτερο κεφάλαιο εξετάζονται οι διατάξεις Ανίχνευσης Μέγιστου Σημείου Ισχύος (Maximum Power Point Tracking) και δίνεται βαρύτητα στις 3 βασικότερες τοπολογίες των μετατροπέων: DC-DC μετατροπέας υποβιβασμού τάσης (step down ή buck DC-DC converter), DC-DC μετατροπέας ανύψωσης τάσης (step up ή boost DC-DC converter), μικτός DC-DC μετατροπέας (step down/up ή buck-boost DC-DC converter). Στο τρίτο κεφάλαιο περιγράφεται αναλυτικά ο μικτός DC-DC μετατροπέας και όλες οι περιπτώσεις λειτουργίας του (λειτουργία συνεχούς ρεύματος, οριακή λειτουργία, ασυνεχής λειτουργία) Στο τέταρτο κεφάλαιο αναλύονται οι αρχές λειτουργίας και οι βασικές ιδιότητες των αλγόριθμων αναζήτησης MPP. Κατηγοριοποιούνται σε ομάδες ενώ αναφέρονται τα κύρια πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα. Αναφορικά κάποιοι από αυτούς είναι: ο αλγόριθμος διατάραξης και παρατήρησης, ο αλγόριθμος αυξητικής αγωγιμότητας και ο αλγόριθμος παρασιτικής χωρητικότητας. Στο πέμπτο και τελευταίο κεφάλαιο γίνεται προσομοίωση στον υπολογιστή ενός φωτοβολταϊκού συστήματος με DC-DC μετατροπέα και σταθερό ωμικό φορτίο με τη βοήθεια του λογισμικού Matlab/Simulink. Γίνεται υπολογισμός των βασικών στοιχείων του και εξάγονται οι γραφικές παραστάσεις για τη λειτουργία του σε διαφορετικές καταστάσεις ηλιακής ακτινοβολίας και θερμοκρασίας. Τέλος, από την προσομοίωση φαίνονται τα αποτελέσματα στην απόδοση του φωτοβολταϊκού όταν μεταβάλουμε το βήμα διαταραχής της σχετικής διάρκειας αγωγής και το χρόνο δειγματοληψίας. / -

- / -