Στις αρχές του 20ου αιώνα, με καταλυτική εξέλιξη την ανακάλυψη των μεγάλων κοιτασμάτων πετρελαίου ο κόσμος στράφηκε αποφασιστικά στη χρήση μη ανανεώσιμων πηγών, κυρίως άνθρακα και υδρογονανθράκων (πετρέλαιο, φυσικό αέριο, κάρβουνο). Αυτή η λύση εξασφάλιζε για μεγάλο χρονικό διάστημα μια προσιτή ανάκτηση και μετατροπή αυτών των πηγών σε ηλεκτρική και θερμική ενέργεια. Οι ορυκτές καύσιμες ύλες χρειάζονται εκατοντάδες χρόνια να δημιουργηθούν, καταναλώνονται όμως πιο γρήγορα από ότι δημιουργούνται. Γι’ αυτό το λόγο θεωρούνται μη ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, δηλαδή δεν αντικαθίστανται τόσο γρήγορα όσο τις χρησιμοποιούμε.Ετσι μπορούν να εξαντληθούν κάποια στιγμή στο μέλλον. Οι Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας είναι πηγές τα αποθέματα των οποίων ανανεώνονται φυσικά, και οι οποίες θεωρούνται πρακτικά ανεξάντλητες.Η αδυναμία επίσης ύπαρξης δικτύου σε απομονωμένες και μικρου πληθυσμού περιοχές, σε συνδυασμό με την οικονομικά ασύμφορη λύση της κατασκευής ηλεκτρικού δικτύου μεταφοράς, δίνει το έρεισμα στην σχεδίαση και υλοποίηση ηλεκτρικά αυτόνομων κατοικιών ή και ολόκληρων οικισμών (δηλαδή μη συνδεδεμένων με το δίκτυο) μέσω της εκμετάλλευσης διαφόρων μορφων ΑΠΕ Λογω της στοχαστικής τους φύσης οι ΑΠΕ αδυνατούν να καλύψουν από μόνες τους τους περισσότερους τύπους του ηλεκτρικού φορτίου. Ζητήματα όπως η μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας και η αποθηκευσή της, ανακύπτουν λόγω της έλλειψης διαθεσιμότητας των ΑΠΕ σε εικοσιτετράωρη βάση. Αυτοί οι παράγοντες έχουν οδηγήσει στην ανάπτυξη των υβριδικών συστημάτων παραγωγής ενέργειας.Τα υβριδικά συστήματα που συνδιάζουν δύο ή περισσότερες μορφές ενέργειας έχουν αποδειχθεί σαν αποτελεσματικό μέσο για τημ τροφοδότηση ηλεκτρικά αυτόνομων κατοικιών. Στην παρούσα διπλωματική εργασία εξετάζεται η δυνατότητα διαφόρων υβριδικών συστημάτων να καλύψουν το ηλεκτρικό φορτίο μιας μη διασυνδεδεμένης στο εθνικό δίκτυο κοινότητας αποτελούμενης από δέκα κατοικιες. Ως περιοχή της μελέτης έχει επιλεχθεί η απομακρυσμένη περιοχή Γαιδουρόμαντρα στο νησί της Κύθνου. Οι εγκαταστάσεις είναι κατοικημένες μόνο κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού ώστε να μην υπάρχει καμία απαίτηση για παραγωγή θερμότητας.Τα υβριδικά συστήματα που εξετάζονται έχουν όλα την συνέργεια αποθηκευτικού συστήματος μπαταριών και είναι τα παρακάτω: • Φωτοβολταϊκά- Ντηζελογεννήτρια • Φωτοβολταϊκά- Κυψέλες Καυσίμου(ΚΚ) • Ανεμογεννήτρια (Α/Γ)- Ντηζελογεννήτρια • Φωτοβολταϊκά- Ανεμογεννήτρια (Α/Γ) Στο Κεφάλαιο 1 γίνεται εισαγωγή στις ΑΠΕ και αναφέρονται κάποια γενικά στοιχεία σχετικά με την κατάσταση στην χώρα μας καθώς και τη συνεισφορά κάθε πηγής σε παγκόσμιο επίπεδο. Στα Κεφάλαια 2, 3, 4 γίνεται μια παρουσίαση των ΑΠΕ που χρησιμοποιούνται στα υβριδικά συστήματα. Αρχικά γίνεται μια ιστορική αναδρομή σε κάθε μορφή ενέργειας και έπειτα γίνεται μια εκτεταμένη ανάλυση σε κάθε τεχνολογία παραγωγής ενέργειας, κυρίως στα χαρακτηριστικά και τη λειτουργία της. Τέλος αναλύεται η παρούσα κατάσταση αυτής της τεχνολογίας σε παγκόσμια κλίμακα καθώς και σε ελληνικό επίπεδο. Στο Κεφάλαιο 5 γίνεται η εισαγωγή στα υβριδικά συστήματα παραγωγής ενέργειας. Αναλύονται οι λόγοι χρήσης του υβριδικού συστήματος γενικά καθώς και η υπάρχουσα κατάσταση στην Ελλάδα. Στην συνέχεια στο Κεφάλαιο 6 γίνεται εκτεταμένη περιγραφή του προγραμματος HOMER το οποίο εκτελεί τις προσομοιώσεις των υβριδικών συστημάτων παρουσιάζοντας τον βέλτιστο συνδυασμό τους τεχνοοικονομικά. Αναφέρονται λεπτομερώς οι τρεις λειτουργίες που πραγματοποεί (εξομοίωση, βελτιστοποίηση, ανάλυση ευαισθησίας) όπως επίσης και τα οικονομικά και τα ηλεκτρικά μεγέθη που αποτυπώνονται στα αποτελέσματα του προγράμματος με απώτερο σκοπό την βαθύτερη κατανόηση τους. Στο τελικό στάδιο της Διπλωματικής εργασίας και συγκεκριμένα στο Κεφάλαιο 7 αφού γίνεται μια αρχική αναφόρα στον τόπο όπου πραγματοποιείται η μελέτη καθώς και στην ενεργειακή κατανάλωση των κατοίκων της περιοχής, έπειτα καταγράφονται τα τεχνολογικά στοχεία των εξαρτημάτων που χρησιμοποιήθηκαν καθώς και οι μεταβλητές που εισάχθηκαν στο HOMER. Ακολουθεί η εκτεταμένη περιγραφή του κάθε υβριδικού συστήματος με σχηματικές απεικονίσεις και ερμηνεία των καμπυλών που προκύπτουν από την προσομοίωση. Τέλος στο Κεφάλαιο 8 πραγματοποιείται σύγκριση των αποτελεσμάτων που προέκυψαν με στόχο την ανεύρεση του βέλτιστου συνδυασμού με βασικά κριτήρια το συνολικό κόστος της επένδυσης, το πλεόνασμα ηλεκτρικής ενέργειας, την ετήσια παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας σε KWh και τις ποσότητες ρυπογόνων ουσιών που εκπέμπονται στο περιβάλλον. Το συμπέρασμα που προκύπτει είναι το μέλλον θα ανήκει στην τεχνολογία του υδρογόνου, αφού ξεπεραστούν βέβαια κάποια εμπόδια, οικονομικής κυρίως φύσεως. / Aim of this project is to examine the capability of various hybrid systems covering the electric load of a community, which is non-connected to the national grid and consists of ten residences. The area of the study is the remote region Gaidoyromantra which is located in the island of Kythnos. The houses are inhabited only during summertime, so that any requirement for heat is prerequisite. All the hybrid systems that are examined have the synergy of stocking system of batteries and are the following: • PV-Diesel Generator • PV-Fuel Cells • Wind Turbines-Diesel Generator • PV- Wind Turbines In Chapter 1, the RES are introduced and reported some general elements with regard to the situation in our country as well as the contribution of each source in world level. In Chapters 2, 3, 4 are presented the RES that are used in the hybrid systems. Firstly, historical reference to each source of energy and then extensive analysis of each technology are given. Finally, the present situation of each technology is analyzed in world scale as well as in Greek level. In Chapter 5 the energy production hybrid systems are introduced. In general, the reasons of hybrid systems use are analyzed as well as the present situation in Greece. Then, in Chapter 6, the Micro power Optimization Model HOMER is described extensively. This computer model presents the optimum configuration by taking for granted the Total Net Present Cost (NPC) of each system. Homer also materializes three basic operations (simulation, optimization and sensitivity analysis) which are obvious in this project. In the final stage of this project and more specifically in Chapter 7 is given the location of the study as well as the load which is going to be covered by the hybrid system. Afterwards, a description of technological elements takes place and the variables that are used by HOMER are reported too. Extensive description of each hybrid system with schematic depictions and interpretation of curves that results from the simulation follows. Finally in Chapter 8 all the results are compared together, aiming to find the optimum configuration with basic criteria the total cost of investment, the surplus of electric energy, the annual production of electric energy in KWh and the quantities of pollutant substances that are emitted in the environment. The conclusion that derives is that the future belongs to the technology of Hydrogen.

Αντικείμενο αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη των προγραμμάτων ενέργειας που υλοποιήθηκαν στα πλαίσια της Περιβαλλοντικής Εκπαίδευσης, της δευτεροβάθμιας Εκπαίδευσης, τη δεκαετία 2000-2010 στο Νομό Αχαΐας. Μεταξύ των προγραμμάτων αυτών, κυρίαρχη θέση έχουν τα προγράμματα των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (ΑΠΕ). Στην εργασία γίνεται αρχικά, μια ιστορική αναδρομή για το πώς θεσμοθετήθηκε η Περιβαλλοντική Εκπαίδευση και ενσωματώθηκε στην εκπαιδευτική διαδικασία, διεθνώς, ευρωπαϊκά και στην ελληνική πραγματικότητα. Στη συνέχεια εξετάζεται η παιδαγωγική διάσταση του θέματος. Δηλαδή, ποιες παιδαγωγικές μέθοδοι χρησιμοποιούνται και πως, καθώς και πως μπορεί να σχεδιαστεί και υλοποιηθεί ένα περιβαλλοντικό πρόγραμμα. Στη συνέχεια παραθέτονται τα ενεργειακά περιβαλλοντικά προγράμματα της περιόδου αυτής, όπου συγκρίνονται και συσχετίζονται τα στοιχεία που μας παρέχουν αυτά. Ταυτόχρονα γίνεται μία έρευνα στα σχολικά εγχειρίδια για να διαπιστωθεί αν οι πληροφορίες που δέχονται οι μαθητές για τις ΑΠΕ, περιορίζονται στα προαιρετικά περιβαλλοντικά προγράμματα ή υπάρχουν και στην κύρια εκπαιδευτική διαδικασία. Τέλος γίνονται προτάσεις για την βελτίωση της Περιβαλλοντικής Εκπαίδευσης με τη εγκατάσταση τεχνολογικών εφαρμογών των ΑΠΕ στα σχολεία, καθώς και με την υψηλού επιπέδου επιμόρφωση των εκπαιδευτικών. Γίνονται επίσης προτάσεις για την καλύτερη κατανόηση και εμπέδωση των ΑΠΕ από τους μαθητές με τη χρήση ενδεικτικών πειραματικών κατασκευών, υπολογιστικών ασκήσεων και θεμάτων για συζήτηση. / The subject of this thesis is the study of energy projects implemented under the Environmental Education, Secondary Education, in the decade 2000-2010 in the prefecture of Achaia. Among those programs are the dominant programs of Renewable Energy Sources (RES). In the first thesis, a historical overview is carried out of how environmental education was established and incorporated in the educational process at international, European and Greek reality. Then the educational aspects are considered. That is, what teaching methods are used and how, and how to design and implement an environmental program. Then the energy-environmental schemes of that period are presented, comparing and correlating the information provided. Simultaneously a survey of textbooks is attempted to determine whether the information received by students for RES is limited to voluntary environmental programs or are in the main educational process. Finally, there are proposals to improve environmental education with the installation of renewable energy technology applications in schools and high-level teacher training. Also proposals are included to improve understanding and uptake of renewable energy from the students by using reference test construction, computer exercises and topics for discussion.

Σκοπός αυτής της εργασίας είναι η μελέτη της επίδρασης της αναδιάρθρωσης των Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας μετά την απελευθέρωση της αγοράς της ενέργειας και την διείσδυση των ανανεώσιμων Πηγών στο σύστημα διανομής. Η επίδραση αυτή έχει άμεση επίπτωση στον έλεγχο και την λειτουργία του συστημάτος ηλεκτρικής ενέργειας και αναλύονται οι νέες τεχνολογίες που απαιτούνται για τη λειτουργία αυτή. Στο πλαίσιο αυτό, αναλύεται εκτενώς η νέα δομή του συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας από ήπιες και άλλες πηγές. Η αποθήκευση της ενέργειας στην κατανεμημένη παραγωγή και περαιτέρω στο δίκτυο μεταφοράς και διανομής των συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας. / The purpose of this dissertation is to study the impact of the restructuring of the Systems of Power Energy after the release of the Energy market as well as the incorporation/ inclusion of renewable sources of energy in the Distribution System. This effect has a direct impact on the function of the Power system and the new technologies that are required for the functioning will be analyzed here. The new structure of the system for the production of electrical energy from RES and other sources and the storage of energy in the Distributed resources and further to the transmission & distributed system of electrical energy are also analyzed in detail.

Το ενεργειακό ζήτημα είναι ίσως ένα από τα σημαντικότερα προβλήματα του 21ου αιώνα. Η έως τώρα παραγωγή ενέργειας γινόταν αποκλειστικά από την εκμετάλλευση των ορυκτών πόρων της φύσης (γαιάνθαρακες, πετρέλαιο). Είχαμε στραφεί σε αυτό το μοντέλο παραγωγής ενέργειας λόγω του χαμηλού κόστους παραγωγής. Οι ορυκτές καύσιμες ύλες χρειάζονται εκατοντάδες χρόνια να δημιουργηθούν, καθιστώντας της ουσιαστικά μη ανανεώσιμες αφού ο ρυθμός κατανάλωσης τους είναι πολύ μεγάλος. Με την πάροδο του χρόνου όμως παρατηρείται η συνεχής αύξηση της ζήτησης ενέργειας, γεγονός που σε συνάρτηση με την μείωση των αποθεμάτων ορυκτών πόρων μας στρέγει στην παραγωγή ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Έτσι τα τελευταία χρόνια έχουμε την ανάπτυξη νέων τεχνολογιών για την εκμετάλλευση των Α.Π.Ε. και την εξέλιξη πολλών παλιών με στόχο την μείωση του κόστους παραγωγής και την αύξηση της αποδοτικότητας τους. Οι Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας είναι πηγές τα αποθέματα των οποίων ανανεώνονται φυσικά , και οι οποίες θεωρούνται πρακτικά ανεξάντλητες αδυναμία επίσης ύπαρξης δικτύου σε απομονωμένες και μικρού πληθυσμού περιοχές , σε συνδυασμό με την οικονομικά ασύμφορη λύση της κατασκευής ηλεκτρικού δικτύου μεταφοράς ,δίνει το έρεισμα στην σχεδίαση και υλοποίηση ηλεκτρικά αυτόνομων κατοικιών ή και ολόκληρων οικισμών ( δηλαδή μη συνδεδεμένων με το δίκτυο) μέσω της εκμετάλλευσης διαφόρων μορφών ΑΠΕ. Λόγω της στοχαστικής τους φύσης οι ΑΠΕ αδυνατούν να καλύψουν από μόνες τους περισσότερους τύπους του ηλεκτρικού φορτίου. Ζητήματα όπως η μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας και η αποθήκευση της , ανακύπτουν λόγω της έλλειψης διαθεσιμότητας των ΑΠΕ σε εικοσιτετράωρη βάση. Αυτοί οι παράγοντες έχουν οδηγήσει στην ανάπτυξη των υβριδικών συστημάτων παραγωγής ενέργειας. Τα υβριδικά συστήματα που συνδυάζουν δύο ή περισσότερες μορφές ενέργειας έχουν αποδειχθεί σαν αποτελεσματικό μέσο για τη τροφοδότηση ηλεκτρικά αυτόνομων κατοικιών Στην παρούσα διπλωματική εργασία θα μελετηθεί η ανάπτυξη αυτόνομών υβριδικών συστημάτων παραγωγής ενέργειας για την τροφοδότηση μιας απομακρυσμένης νησιωτικής περιοχής , με σκοπό την ανεύρεση του πιο συμφέροντος συνδυασμού πηγών ενέργειας με κριτήρια το κόστος την παραγωγή ενέργειας και την μόλυνση του περιβάλλοντος. Η μελέτη έγινε για τέσσερις διαφορετικούς συνδυασμούς υβριδικών συστημάτων που στηρίζονται στη χρήση Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (ηλιακή, αιολική και υδρογόνου) σε συνδυασμό με κινητήρα πετρελαίου. Οι συνδυασμοί είναι οι εξής: Photovoltaic - Diesel system Wind Turbine - Diesel system Wind Turbine - Photovoltaic system Photovoltaic - Fuel Cell system Στο Κεφάλαιο 1 γίνεται μια εισαγωγή στις Α.Π.Ε και αναφέρονται κάποια γενικά στοιχεία που περιγράφουν τη κατάσταση στη χώρα μας. Ακόμη γίνεται μια εισαγωγή στα υβριδικά συστήματα παραγωγής ενέργειας. Αναλύονται οι λόγοι χρήσης του υβριδικού συστήματος γενικά καθώς και η υπάρχουσα κατάσταση στην Ελλάδα. Στα Κεφάλαια 2,3,4,5 περιγράφονται οι τεχνολογίες που εκμεταλλεύονται Α.Π.Ε. Οι τεχνολογίες αυτές είναι τα φωτοβολταικά, ανεμογεννήτριες, Fuel Cell και συσσωρευτές αποθήκευσης. Περιγράφεται ο τρόπος λειτουργίας τους και παραθέτονται χαρακτηριστικά τους στοιχεία. Στην συνέχεια στο Κεφάλαιο 6 γίνεται εκτεταμένη περιγραφή του προγράμματος HOMER το οποίο εκτελεί τις προσομοιώσεις των υβριδικών συστημάτων παρουσιάζοντας τον βέλτιστο συνδυασμό τους τεχνοοικονομικά. Αναφέρονται λεπτομερώς οι τρεις λειτουργίες που πραγματοποιεί (εξομοίωση, βελτιστοποίηση, ανάλυση ευαισθησίας) όπως επίσης και τα οικονομικά και τα ηλεκτρικά μεγέθη που αποτυπώνονται στα αποτελέσματα του προγράμματος με απώτερο σκοπό την βαθύτερη κατανόηση τους . Στο τελικό στάδιο της Διπλωματικής εργασίας και συγκεκριμένα στο Κεφάλαιο 7 αφού γίνεται μια αρχική αναφορά στον τόπο όπου πραγματοποιείται η μελέτη καθώς και στην ενεργειακή κατανάλωση των κατοίκων της περιοχής , έπειτα καταγράφονται τα τεχνολογικά στοιχεία των εξαρτημάτων που χρησιμοποιήθηκαν καθώς και οι μεταβλητές που εισάχθηκαν στο HOMER. Ακολουθεί η εκτεταμένη περιγραφή του κάθε υβριδικού συστήματος με σχηματικές απεικονίσεις και ερμηνεία των καμπυλών που προκύπτουν από τη προσομοίωση. Τέλος στο Κεφάλαιο 8 πραγματοποιείται σύγκριση των αποτελεσμάτων που προέκυψαν με στόχο την ανεύρεση του βέλτιστου συνδιασμού με βασικά κριτήρια το συνολικό κόστος της επένδυσης, το πλεόνασμα ηλεκτρικής ενέργειας, την ετήσια παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας σε KWh και τις ποσότητες ρυπογόνων ουσιών που εκπέμπονται στο περιβάλλον. Το συμπέρασμα που προκύπτει είναι το μέλλον θα ανήκει στην τεχνολογία του Υδρογόνου, αφου ξεπεραστούν βέβαια κάποια εμπόδια οικονομικής κυρίως φύσεως. / The aim of the project is to examine how a hybrid system with renewable energy sources can meet the electric load demands of an island community. The system is not connected to grid. The area of study is Menites which is located in Andros island. The community is inhabited continuously all the year but in the summer we have excessive load demands because of the touristic activity. The hybrid systems we simulate, have all the synergy of stocking battaries, are the following: Photovoltaic - Diesel system Wind Turbine - Diesel system Wind Turbine - Photovoltaic system Photovoltaic - Fuel Cell system In Chapter 1 the renewable energy systems are introduced and reported some general elements with regard to the situation in our country. the energy production hybrid systems are also introduced here. In general, the reasons of hybrid systems use are analyzed as well as the present situation in Greece. In Chapter 2 the renewable energy systems that use the solar power are introduced. The phenomenon which enables them to produce electric energy from the sun is explained. We also quote the important components of them, their technology and their features. In Chapter 3 we examine the renewable energy systems that use the wind power. The wind turbines are introduced, their technology and their features. In Chapter 4 we examine the Fuel Cell technology. The way the fuel cell technology works, its components, electrolyzers, and the technology of producing and storaging hydrogen is introduced. In Chapter 5 we introduce the batteries we use to renewable energy systems and their technology. Then, in Chapter 6, the Micro power Optimization Model HOMER is described extensively. This computer model presents the optimum configuration by taking for granted the Total Net Present Cost (NPC) of each system. Homer also materializes three basic operations (simulation, optimization and sensitivity analysis) which are obvious in this project. In the final stage of this project and more specifically in Chapter 7 is given the location of the study as well as the load which is going to be covered by the hybrid system. Afterwards, a description of technological elements takes place and the variables that are used by HOMER are reported too. Extensive description of each hybrid system with schematic depictions and interpretation of curves that results from the simulation follows. Finally in Chapter 8 all the results are compared together, aiming to find the optimum configuration with basic criteria the total cost of investment, the surplus of electric energy, the annual production of electric energy in KWh and the quantities of pollutant substances that are emitted in the environment. The conclusion that derives is that the future belongs to the technology of Hydrogen.

Τα τελευταία χρόνια οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας είναι ένας τομέας που παρουσιάζει αλματώδη ανάπτυξη. Οι συνεχώς αυξανόμενες απαιτήσεις σε ενέργεια, αλλά και σε θέματα προστασίας του περιβάλλοντος, έχουν οδηγήσει στην ανάπτυξη αυτή. Στην εργασία αυτή γίνεται μελέτη των τεχνολογιών που χρησιμοποιούνται στους μετατροπείς ισχύος, για σύνδεση ανανεώσιμων συστημάτων παραγωγής ενέργειας στο δίκτυο. Αρχικά, θα παρουσιαστούν τοπολογίες μετατροπέων ισχύος για σύνδεση με το δίκτυο φωτοβολταικών (ΦΒ) συστημάτων παραγωγής ενέργειας. Ο μετατροπέας ισχύος, που λειτουργεί ως αντιστροφέας στην περίπτωση σύνδεσης με το δίκτυο ΦΒ συστημάτων, είναι το κυριότερο στοιχείο του συστήματος γιατί μετατρέπει την DC ισχύ που παράγεται από το ΦΒ σύστημα σε AC ισχύ, που παρέχεται στο δίκτυο. Για τη σύνδεση διανεμημένων συστημάτων παραγωγής ενέργειας με το δίκτυο πρέπει να πληρούνται ορισμένες προϋποθέσεις, έτσι ώστε να διασφαλισθεί ασφαλής και συνεχής ροή ισχύος στο δίκτυο. Οι προϋποθέσεις που απαιτούνται παρουσιάζονται στο δεύτερο κεφάλαιο. Το ηλεκτρικό δίκτυο είναι ένα δυναμικό σύστημα, του οποίου η συμπεριφορά εξαρτάται από πολλούς παράγοντες. Συνεπώς, οι συδεδεμένοι στο δίκτυο μετατροπείς ισχύος θα πρέπει να είναι σχεδιασμένοι έτσι ώστε να εγγυώνται σταθερή λειτουργία υπό κανονικές συνθήκες τάσης. Ακόμα, πολύ σημαντικός είναι και ο σχεδιασμός αλγόριθμων ελέγχου οι οποίοι εγγυώνται ασφαλή και σθεναρή λειτουργία κατά τη διάρκεια σφαλμάτων. Η AC ισχύς που παρέχεται στο δίκτυο, υπό κανονικές συνθήκες, πρέπει να είναι συγχρονισμένη με αυτό. Οι μέθοδοι συγχρονισμού του AC ρεύματος του μετατροπέα, που παρέχει την ισχύ στο δίκτυο, παρουσιάζονται στο τρίτο κεφάλαιο. Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζεται το φαινόμενο της νησιδοποίησης. Δίνονται λόγοι για τους οποίους το φαινόμενο αυτό είναι ανεπιθύμητο σε ΦΒ συστήματα συνδεδεμένα στο δίκτυο. Στη συνέχεια παρουσιάζονται τεχνολογίες που ανιχνεύουν το φαινόμενο ώστε να αποσυνδέσουν το σύστημα από το δίκτυο. Τέλος, στο πέμπτο κεφάλαιο, παρουσιάζονται στρατηγικές υλοποίησης ελεγκτών, ώστε υπό μη κανονικές συνθήκες οι μετατροπείς ισχύος να παρέχουν την απαιτούμενη στήριξη στο δίκτυο. / In the last few years, renewable energy sources have experienced swift growth, due to the evergrowing needs for energy and environmental concerns. In the present, the technologies used in grid connected power converters for renewable energy sources are studied. In the first chapter, widely used topologies for grid connected power converters, mainly used in photovoltaic (PV) systems, are presented. The power converter, which in this case functions as an inverter, is the key element in grid connected PV systems. This is beacause it is used to convert the DC power generated by PV panels into grid-synchronized AC power. Grid connected PV systems have to comply with requirements, so that safe and seamless tranfer of electrical energy is ensured. These requiremnts are presented in the second chapter. The electrical grid is a dynamical system, whose behaviour depends upon many factors. As a consequence, grid connected power converters should be designed in such way, so that proper operation under generic grid voltage conditions is guaranteed. Furthermore, control algorithms which can guarantee a robust and safe performane under abnorman grid conditions is a key factor in the design of grid connected power converters. The AC power delivered to the grid from a renewable energy source, under generic grid conditions, should be synchronised with a grid parameter. Grid synchronization methods for the regulation of the AC currents or voltages supplied to the grid by the power converter (in PV systems) are presented in the third chapter. In the fourth chapter, the condition of islanding is presented. The reasons why the islanding condition is unwanted in PV systems are mentioned and anti-islanding methods are discussed. Finally, in the fifth chapter, implementation methods of controllers that can guarantee the support to the grid by the power converter, under unbalanced grid conditions, are presented.

Στην παρούσα εργασία ασχοληθήκαμε με την ανάπτυξη ενός συστήματος, που θα ασκεί εποπτικό έλεγχο και θα παρουσιάζει δεδομένα, που προέρχονται από συστήματα ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Η εργασία αναπτύχθηκε με βάση τις ΑΠΕ, αλλά μπορεί να εφαρμοσθεί σε πληθώρα άλλων εφαρμογών. Παρέχει πολλές δυνατότητες παραμετροποίησης, ώστε να προσαρμόζεται στις ανάγκες της κάθε εφαρμογής. / This work creates a system, which controls and shows data. These data come from systems, which take advantage of Renewable Energy Sources. The work is primary created for RES, but it is suitable for many other applications, as well. It can be configured in many ways so as to be suitable for almost any application, which demands supervisory control and data acquisition (SCADA).

Submitted by JULIANA CRISTINA RUBIO LAMPKOWSKI null (julianacrl@uol.com.br) on 2018-01-03T20:21:46Z No. of bitstreams: 1 A aplicação do REIDI em empreendimentos do setor energético e sua contribuição à economia verde e ao desenvolvimento sustentável.pdf: 1812340 bytes, checksum: 5e99cf809653b3860992620ffde62b7a (MD5) / Approved for entry into archive by Maria Lucia Martins Frederico null (mlucia@fca.unesp.br) on 2018-01-08T11:19:28Z (GMT) No. of bitstreams: 1 rubio lampkowski, jc_me_bot.pdf: 1812340 bytes, checksum: 5e99cf809653b3860992620ffde62b7a (MD5) / Made available in DSpace on 2018-01-08T11:19:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 rubio lampkowski, jc_me_bot.pdf: 1812340 bytes, checksum: 5e99cf809653b3860992620ffde62b7a (MD5) Previous issue date: 2017-11-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O mundo globalizado e tecnológico vem estimulando cada vez mais a crescente demanda por consumo de eletricidade. Para diminuir esse consumo irrestrito, cada país tem usado de políticas de incentivos para permitir a demanda através de um processo verde e sustentável. No Brasil, com a necessidade de estimular o aquecimento da economia e o desenvolvimento da infraestrutura do país frente ao mundo, o REIDI - Regime Especial de Incentivos ao Desenvolvimento de Infraestrutura - surge, por meio de incentivos fiscais, para encorajar as empresas privadas a investir na autoria de projetos relacionados à infraestrutura do setor de energia no Brasil. Os projetos de habilitação e co-habilitação das empresas ao REIDI reúnem, além de empreendimentos voltados para a exploração de fontes de energia renováveis, também uma oportunidade para expandir o bem-estar social, econômico e ambiental da nação. Este trabalho objetivou compreender como o papel das iniciativas político tributárias no desenvolvimento do REIDI influencia os projetos do setor energético que envolvem fontes renováveis de energia à expansão de atividades econômicas de baixo impacto ambiental no Brasil. Desenvolveu-se uma pesquisa descritiva e exploratória, com abordagem qualitativa, baseada em questionários estruturados e direcionados para as empresas habilitadas e co-habilitadas no REIDI, bem como para o Ministério de Minas e Energia e também para um empreendimento não-utilizador do REIDI, porém voltado à área de fontes renováveis de energia. Constatou-se que, por meio dos procedimentos determinados para o processo de habilitação e co-habilitação ao REIDI, as empresas têm investido em projetos voltados à infraestrutura para geração, cogeração, transmissão e distribuição de energia elétrica para todo o Brasil, utilizando do benefício fiscal de suspensão de PIS/PASEP e COFINS incidentes sobre as receitas decorrentes de venda de maquinário e demais equipamentos, serviços, locação de máquinas, entres outros, para utilização em obras de infraestrutura destinadas ao seu ativo imobilizado. Além disso, notou-se que a Lei instituidora e o Decreto regulamentar do REIDI necessitam de atualização, de modo a garantir a paridade com às políticas internacionais de incentivos às energias renováveis, economia verde e sustentabilidade aplicadas por países com alto IDH. / The globalized and technological world is increasingly stimulating the growing demand for electricity consumption. To reduce this unrestricted consumption, each country has using policies of incentive to enable demand through a green and sustainable process. In Brazil, with the need to stimulate the warming of the economy and the development of the country's infrastructure facing the world ones, REIDI - Special Regime for Incentives for Infrastructure Development - arises, by means of tax incentives, to encourage private companies to invest on the authorship of projects related to the infrastructure of the energy sector in Brazil. The projects of qualified and co-qualified companies to REIDI bring together, besides enterprises dedicated to the exploration of renewable energy sources, also an opportunity to enhance the social, economic and environmental wellfare of the nation. This work aimed to understand how the role of tax policy initiatives in the development of REIDI can bear on the energy sector projects that involve renewable sources of energy to increase the economic activities within a low environmental impact to Brazil. A descriptive and exploratory research was developed, with a qualitative approach, based on structured questionnaires which were forwarded to the qualified and co-qualified companies on REIDI, as well as to the Ministry of Mines and Energy, also to a non-user enterprise of REIDI, but which has a infraestructure activity on renewable energy sources. It was ascertained that, as a result of the established procedures for the process of qualification and co-qualification to REIDI, companies have invested in infrastructure projects for the generation, cogeneration, transmission and distribution of electricity throughout Brazil, using the fiscal benefit named as suspension of PIS / PASEP and COFINS focused on income generation from sales of machineries and other equipments, services, leasing of machines, among others, invested on the infrastructure works as its fixed assets. In addition, it was noted that the REIDI Implementing Law and Superior Executive Decree need to be updated in order to ensure parity with the international policies of incentives for renewable energies, green economy and sustainability already applied by countries with the highest HDI. / 1547445

Orientador: Pedro Magalhães Sobrinho / Banca: Alex Mendonça Bimbato / Banca: Paulo Armando Panunzio / Resumo: O emprego de centrífugas tipo batelada numa usina sucroalcooleira é feito a partir de dados disponibilizados pelos fabricantes dos equipamentos, em função, basicamente, da capacidade produtiva de cada máquina e da sua eficiência energética. Grande parte das unidades sucroalcoleiras em atividade no país ainda operam com máquinas antigas, de pequeno porte, com baixa eficiência energética, com acionamento por motores multi-polos comandados por contatores para variação da velocidade. Até a década passada as usinas produtoras de açúcar e etanol geravam energia apenas o suficiente para seu auto consumo; com os incentivos do governo federal através de programas como o Proinfa, as usinas foram motivadas a comercializar seu excedente de energia para o SIN, possibilitando o aumento de suas receitas. Pelo fato de produzir sua própria energia através da queima do bagaço, praticamente não havia preocupação com os equipamentos de baixa eficiência energética que operavam nestas plantas, porém, a partir da possibilidade da comercialização do excedente de energia foi necessário um trabalho para melhorar o desempenho energético dos equipamentos de maior consumo. Deste modo, a proposta deste trabalho consiste na análise comparativa da substituição de centrífugas antigas por centrífugas modernas (considerando o dimensionamento adequado em função do processo e dos limites operacionais de cada máquina), com foco tanto nos resultados técnicos, quanto produtivos e financeiros do investimento. As cen... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The use of batch centrifuges in a sugar mills is based on data provided by the equipment manufacturers, basically due to the production capacity of each machine and its energy efficiency. Most of the sugar-alcohol units in operation in the country still operate with old machines, small, with low energy efficiency, driven by multi-pole motors driven by contactors for speed variation. Until the past decade, sugar and ethanol-only plants that produced only enough energy for their own consumption, with the federal government's incentives through programs like Proinfa, the mills were motivated to market their surplus energy to SIN. Thus enabling an increase in its revenue. Because it produced its own energy through the burning of the bagasse, there was practically no concern with the low energy efficiency equipment that operated in these plants, from the possibility of the commercialization of surplus energy, a work was needed to improve the energy performance of the equipment Consumption. Thus, the proposal of this work consists of the comparative analysis of the replacement of old centrifuges by modern centrifuges (considering the adequate design depending on the process and the operational limits of each machine), focusing both on technical and productive and financial investment results. The proposed centrifuges have high efficiency motor driven by a regenerative frequency inverter, which allows the generation of energy by the machine itself during the deceleration stage and as it is a cyclic process the return of energy to the network is done repeatedly every cycle. The proposed optimization model was validated from application data in existing projects, with results compatible with what was effectively implemented, the pay-back has ability to pay for the deployment of a new machine per year, only with the financial return of the gain in electric power / Mestre

Thesis (Master of Engineering in Mechanical Engineering)--Cape Peninsula University of Technology, 2017. / Transparent conductive oxides (TCOs), which are widely used in transparent electronics, possess a spectral selectivity that is suitable for a solar material absorber. TCO materials have a plasma wavelength in the infrared region. Consequently electromagnetic waves shorter than a plasma wavelength are transmitted through the material, while longer electromagnetic waves are reflected on the surface. In contrast to the opaque solar selective absorbers, the plasma wavelength in TCO materials can be easily tuned by controlling the heavy doping process to match the peak shift of thermal radiation at higher temperatures. Furthermore, the use of TCO in conjunction with a solar absorber relaxes the spectral selectivity of the latter and thus widens the selection of the solar absorber; subsequently the only requirement is a thermally stable black body. Aluminum doped Zinc Oxide (AZO) is a class of TCO materials which is cost effective to manufacture due to abundance ZnO, and Aluminum raw materials. This thesis is based on the synthesis of Al doped ZnO thin films nanostructure using radio frequency RF magnetron sputtering process. The influence of the deposition parameters, including argon working pressure and substrate temperature, on the structural and optical properties of the AZO thin films is investigated by means of X-ray diffraction (XRD) and optical spectroscopy (UV-VIS-NIR). The optical constants of AZO films are extracted from transmittance and reflectance spectra using a combination of Drude and Lorentz dielectric function model. A computer simulation is developed to calculate the radiative properties of Al doped ZnO thin films nanostructure. The thermal emittance and solar absorptance is predicted indirectly from optical reflectance and transmittance of AZO films by invoking Kirchhoff’s law. A Special attention has been paid to the parameters that influence the spectral properties of the AZO films including carrier’s mobility, Al doping concentration and film thickness. Carrier’s mobility turned out to have the most significant influence on the spectrally selective performance of AZO films.

Microbial fuel cell (MFC) systems capable of both treating wastewaters and recovering energy have the potential for successful scale-up as a low carbon technology. These systems utilize microorganisms residing in biofilms as biocatalytic agents in the conversion of reduced substrates to electrical energy. As such, it is important to understand how MFC anodic biofilms develop over time and also how environmental parameters such as substrate type, temperature, carbon support material, anode architecture and optimized applied potentials also affect electrogenic performance. The type of substrate was found to have a large impact on the acclimation and performance of electrogenic biofilms. Acetate produced the highest power density of 7.2 W m 3 and butyrate the lowest at 0.29 W m"3, but it was also found that biofilm acclimation to these different trophic conditions also determined the MFC response to different substrate types i.e. both acetate and butyrate substrates produced power densities of 1.07 and 1.0 W m"3 respectively in a sucrose enriched reactor. The use of MFCs for wastewater treatment in temperate regions requires the development of reactor systems that are robust to seasonal fluctuations and are energy efficient. As such, system performance was examined at three different operating temperatures (10°C, 20°C and 35°C). At each temperature a maximum steady-state voltage of 0.49 V ± 0.02V was achieved after an operational period of 47 weeks, with the time to reach steady-state voltage being dependent on acclimation temperature. The highest COD removal rates of 2.98g COD L^d * were produced in the 35°C reactor but coulombic efficiencies (CE) were found to be significantly higher at pyschrophilic temperatures. Acclimation at different operating temperatures was found to a have a significant effect on the dynamic selection of psychrophilic, psychrotolerant and mesophilic anode respiring bacteria (ARB) and also influence the development of biofilm biomass, methanogenesis and electrogenic activity. Although start-up times were inversely influenced by temperature the amount of biomass accumulation increased with higher operational temperatures and this had a direct impact on biocatalytic performance. The three dimensional structure and porosity of different carbon anode materials affected anodic performance by determining the levels of surface area available for biofilm growth and the capacity for mass transfer to occur. Novel helical electrode configurations were used to look at the effect of altering turbulent flows to increase mass transfer rates and carbon surface areas available for electrogenic growth. The spiral with the highest amount of carbon veil and the smallest gap produced the highest power production of 11.63 W m"3 . Comparative studies of a logic controlled and un-controlled external load impedance showed that control affected the biocatalyst development and hence MFC performance. The controlled MFC better optimized the electrogenic anodic biofilm for power production, indicating that improved power and substrate conversion can be achieved by ensuring sustainable current demand, applied microbial selection pressures and near-optimal impedance for power transference.