Στη παρούσα διπλωματική εργασία γίνεται ανάλυση και μοντελοποίηση ενός μικροδικτύου, που αποτελείται από μία φωτοβολταϊκή και μία αιολική μονάδα που τροφοδοτούν ένα ωμικο-επαγωγικό φορτίο και είναι συνδεδεμένες στο δίκτυο σε κοινό κόμβο εναλλασσόμενης τάσης. Το φωτοβολταϊκό σύστημα περιλαμβάνει έναν αντιστροφέα και έναν μετατροπέα συνεχούς τάσης σε συνεχή που ανυψώνει την τάση και παράλληλα είναι ανιχνευτής του σημείου μέγιστης ισχύος, ώστε να είναι μέγιστη η παραγόμενη ισχύς του συστήματος. Το αιολικό σύστημα μεταβλητών στροφών χρησιμοποιεί μια σύγχρονη μηχανή μόνιμου μαγνήτη (PMSG) και ένα σύστημα δύο μετατροπέων, πλήρους κλίμακας, πλάτη με πλάτη. Στις εξόδους των μετατροπέων χρησιμοποιήθηκαν κατάλληλα φίλτρα RL με στόχο την μείωση του αρμονικού περιεχομένου των τάσεων και των ρευμάτων εξόδου. Έγινε προσπάθεια να εφαρμοστεί μια στρατηγική ελέγχου, ώστε να ελεγχθούν κατάλληλα τα συστήματα με σκοπό την επίτευξη μέγιστης παραγωγής ισχύος. Τέλος, υλοποιήθηκε το παραπάνω σύστημα σε περιβάλλον Matlab/Simulink και έγινε προσομοίωση για διάφορες μεταβολές στην ακτινοβολία, την ταχύτητα του ανέμου και το φορτίο. Σκοπός ήταν η μελέτη της συμπεριφοράς της δεδομένης στρατηγικής ελέγχου που εφαρμόστηκε και η εξαγωγή συμπερασμάτων. Στο πρώτο κεφάλαιο ορίζεται η κατανεμημένη παραγωγή μέσω της διαφοροποίησής της από την κεντρικοποιημένη και παρουσιάζονται οι λόγοι της πρόσφατης επανεμφάνισής της. Επίσης, αναλύονται τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα αυτών και τέλος εισάγεται η έννοια του μικροδικτύου και τα βασικά χαρακτηριστικά του. Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται αναφορά στις μονάδες παραγωγής ενός μικροδικτύου και τις διαθέσιμες τεχνολογίες. Δίνεται έμφαση στις ανεμογενήτριες, τα φωτοβολταϊκά και συστήματα συμπαραγωγής αναλύοντας τα τεχνικά χαρακτηριστικά και την αρχή λειτουργίας τους. Στο τρίτο κεφάλαιο ορίζονται οι μονάδες μετατροπής ενέργειας, δηλαδή οι ηλεκτρονικοί μετατροπείς ισχύος. Εξετάζονται οι διάφορες κατηγοριοποιήσεις αυτών και αναφέρονται τα διάφορα είδη των ημιαγωγών ισχύος από τα οποία αποτελούνται. Τέλος, αναλύονται οι τύποι των ηλεκτρονικών μετατροπέων ισχύος που χρησιμοποιήθηκαν στο υπό μελέτη σύστημα. Στο τέταρτο κεφάλαιο γίνεται η εξαγωγή των μαθηματικών εξισώσεων που περιγράφουν το σύστημα καθώς και αναλυτική περιγραφή των τεχνικών και μεθοδων που χρησιμοποιήθηκαν για τον έλεγχο. Τέλος, στο πέμπτο κεφάλαιο δίνονται τα αποτελέσματα της προσομοίωσης υπό τη μορφή διαγραμμάτων καθώς και τα συμπεράσματα της μελέτης. / In the current thesis an analysis and modeling of a microgrid is conducted. The microgrid consists of one photovoltaic and one wind unit which are feeding an R-L load and are connected in a common node to the grid. The photovoltaic system includes an inverter and a Dc to Dc converter that elevates the voltage and at the same time is a maximum power point tracker. The variable speed wind turbin uses a permanent magnet synchronous generator (PMSG) and a system of two full scale, back to back converters. Proper RL filters were used in the outputs of the converters in order to reduce the harmonic content of the voltage and current output. An attempt was made to implement a control strategy in order to control the system appropriately with the aim of achieving production of maximum power. Finally, this particular system was implemented in a Matlab/Simulink environment and simulated for various changes in radiation, wind speed and load. The aim was to study the behavior of the given control strategy applied and to come to a conclusion. In the first chapter the distributed generation is defined through its diversification from the centralized one and the reasons for its recent revival are presented. In addition, the advantages and disadvantages of these are analyzed, and finally the concept of microgrid is introduced along with its main characteristics. In the second chapter a reference of the production units of a microgrid and the available technologies is made. Emphasis is placed on wind turbines, photovoltaic and cogeneration systems by analyzing their technical features and their principal of operation. In the third chapter there is the specification of the energy conversion units, namely the electronic power converters. Their various classifications are examined and the different types of power semiconductors of which they consist are mentioned. Finally, there is an analysis of the types of converters used in the system being tested. In the fourth chapter the extraction of the mathematical equations that describe the system is made, along with a detailed description of the techniques and methods used for its control. Finally, in the fifth chapter the results of the simulation are provided in the form of diagrams along with the conclusions of the study.

Στην παρούσα διπλωματική γίνεται ανάλυση και μοντελοποίηση ενός φωτοβολταϊκού και ενός αιολικού συστήματος συνδεμένα στο δίκτυο. Το φωτοβολταϊκό σύστημα θα αποτελείται απο 400 πλαίσια συνδεμένα μεταξύ τους, έναν μετατροπέα ανύψωσης της συνεχούς τάσης που βγάζουν τα φωτοβολταϊκά στην έξοδό τους και έναv αντιστροφέα που μετατρέπει την συνεχή τάση σε εναλλασσόμενη. Το αιολικό σύστημα αποτελείται απο μια ανεμογεννήτια, μια επαγωγική μηχανή διπλής τροφοδοσίας (DFIG), έναν ανορθωτή που μετατρέπει την εναλλασσόμενη τάση που δίνει στην έξοδό της η μηχανή σε συνεχή, και έναν αντιστροφέα που μετατρέπει την τελετυαια τάση σε εναλλασσόμενη. Στα συστήματα αυτά θα εφαρμόσουμε μια κατάλληλη στρατηγηκή ελέγχου, προκειμένου να έχουμε την μέγιστη παραγωγή ισχύος. Στο παραπάνω σύστημα θα αναλύσουμε θεωρητικά τη λειτουργία του και στη συνέχεια θα το προσωμοιώσουμε μέσω του Simulink του MATLAB. / This thesis is an analysis and modeling of a PV and a wind system connected to the network. The photovoltaic system consists of 400 panels connected together, a dc boost converter and an inverter. The wind system consists of a double fed induction generator (DFIG), a rectifier, and an inverter. These systems will implement the appropriate control in order to have the maximum power output. We will theoretically analyze the function of the above system and then the simulate it's operation through MATLAB's Simulink.

Σκοπός της διπλωματική αυτής εργασίας είναι η παραμετρική διερεύνηση ενός αυτόνομου φωτοβολταϊκού συστήματος. Η διερεύνηση αυτή γίνεται για έξι πόλης της Βορείου Ελλάδος με στόχο την εξαγωγή γενικών συμπερασμάτων σχετικά με τον σχεδιασμό αυτόνομων φωτοβολταϊκών συστημάτων. Πριν προχωρήσουμε στην παραμετρική διερεύνηση, θεωρήθηκε σκόπιμο να μελετήσουμε θεωρητικά τα κυριότερα μέρη ενός φωτοβολταϊκού συστήματος. Αρχικά, παρατίθεται μια σύντομη Εισαγωγή στην οποία παρουσιάζεται το ενεργειακό, ενώ τονίζεται η σημασία της ανάπτυξης και βελτίωσης ηλεκτροπαραγωγικών μεθόδων βασιζόμενες στις Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (Α.Π.Ε.). Στο κεφάλαιο 1, αναλύεται η αρχή λειτουργίας των ηλιακών κυττάρων. Επιπλέον, γίνεται αναφορά στην εξίσωση, την I-V χαρακτηριστική και την απόδοση των Φ/Β κυττάρων, ενώ αναφέρονται και τα κυριότερα είδη αυτών. Στο κεφάλαιο 2, αναφερόμαστε στα κύρια δομικά χαρακτηριστικά μιας Φ/Β συστοιχίας, καθώς και στα προβλήματα που αυτή αντιμετωπίζει και την επίλυση αυτών. Στο κεφάλαιο 3 παρατίθεται η αρχή λειτουργίας καθώς και η δομή των δευτερευόντων συσσωρευτών. Επίσης, ειδική αναφορά γίνεται στους συσσωρευτές Νικελίου-Καδμίου. Στο κεφάλαιο 4, αναπτύσσεται το μοντέλο το οποίο χρησιμοποιούμε για να μετατρέψουμε τιμές της προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας σε οριζόντια επιφάνεια σε αντίστοιχες τιμές σε κεκλιμένη επιφάνεια. Στο κεφάλαιο 5, χρησιμοποιούμε το μοντέλο που αναπτύχθηκε στο κεφάλαιο 4 για τον υπολογισμό τιμών της ηλιακής ακτινοβολίας σε κεκλιμένη επιφάνεια, για τις έξι υπό μελέτη πόλεις, χρησιμοποιώντας ως τιμές εισόδου τις τιμές που παρατίθενται στον πίνακα Α.1 (Παράρτημα). Οι τιμές που υπολογίζουμε στο κεφάλαιο αυτό μπορούν να χρησιμοποιηθούν στο σχεδιασμό Φ/Β συστημάτων συνδεδεμένων με το δίκτυο. Στο κεφάλαιο 6, αναπτύσσεται μια μεθοδολογία υπολογισμού αυτόνομων Φ/Β συστημάτων. Στα κεφάλαια 7 και 8, χρησιμοποιούμε την μεθοδολογία που αναπτύχθηκε στο προηγούμενο κεφάλαιο για να προσομοιώσουμε την λειτουργία ενός αυτόνομου Φ/Β συστήματος για ετήσια και καλοκαιρινή λειτουργία αντίστοιχα. Μάλιστα, στο κεφάλαιο 8 χρησιμοποιούμε και μια παραλλαγή της βασικής μεθόδου για τη μελέτη της καλοκαιρινής περιόδου λειτουργίας του Φ/Β συστήματος. Τέλος, στον επίλογο γίνεται μια συνολική αποτίμηση όσων έγιναν στην διπλωματική αυτή εργασία και παρατίθενται κάποια γενικά συμπεράσματα. / This thesis deals with the parametric study of a Stand Alone Photovoltaic System. This study is being conducted in six cities of Northern Greece, for the purpose of extracting general guidelines regarding the design of stand-alone PV systems. Before we proceed with the study, it is considered useful to study theoretically the main parts of a stand-alone PV system. We start off with a short introduction in which the global energy problem is being described. Emphasis is also given to the importance of developing energy production methods based on Renewable Energy Sources. Chapter 1 deals with the working principle of solar cells. Furthermore, we also investigate the equivalent circuit model, the I-V curve and the efficiency of solar cells. Finally, the primary types of solar cells are being demonstrated. In chapter 2 we study the main parts of a PV array. We also refer to the problems that a PV array faces during its operation, as well as the possible solutions of these problems. In chapter 3 we refer to the working principles and to the structure of batteries. In particular, we study Nickel-Cadmium batteries. In chapter 4, the model that is used in order to convert solar radiation values, taken in horizontal surface, to corresponding values taken in inclined surface, is being described. In chapter 5, we use the model described in chapter 4 in order to calculate values of solar radiation in inclined surface, for the six cities in which this study takes place. The data based on which we calculate the above values are being demonstrated in table A.1 (appendix A). The values calculated in this chapter can be used in the design of a grid connected PV system. In chapter 6, a methodology used in designing a stand-alone PV system is being described. In chapters 7 and 8, we use the above methodology in order to simulate the operation of a stand-alone PV system during annual and summer working periods correspondingly. In chapter 8 we also use a slight alteration of the above methodology in order to study the operation of a stand-alone PV system, during a summer working period even further. Finally, an overall valuation of this thesis is made in the epilogue. Furthermore, some overall conclusions are being presented.

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται την ανάλυση και κατασκευή ενός αυτόνομου φωτοβολταϊκού συστήματος, το οποίο περιλαμβάνει αντλία. Ταυτόχρονα διενεργείται μελέτη ώστε το σύστημα να λειτουργεί στο σημείο μέγιστης αποδιδόμενης ισχύος. 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 οδήγηση αντλίας χαμηλής ισχύος από φωτοβολταϊκό σύστημα, αξιοποιώντας όσο το δυνατόν πιο αποτελεσματικά την διαθέσιμη ηλιακή ακτινοβολία. Για να συμβεί αυτό παρεμβάλλεται μεταξύ των δύο στοιχείων μετατροπέας συνεχούς τάσης. Παράλληλα υλοποιείται κύκλωμα ελέγχου, ικανό να οδηγήσει το σύστημα στο μέγιστο σημείο ισχύος μέσω μεταβολής του λόγου κατάτμησης του μετατροπέα. Αρχικά αναλύεται το φωτοβολταϊκό φαινόμενο. Σαν αποτέλεσμα αυτής της ανάλυσης προκύπτει το ηλεκτρικό ισοδύναμο ενός φωτοβολταϊκού πίνακα, ο οποίος αποτελεί την πηγή ισχύος του συστήματος. Αναπτύσσεται το αντίστοιχο μοντέλο σε προγραμματιστικό περιβάλλον, το οποίο προσαρμόζεται ώστε τα χαρακτηριστικά του να αναπαριστούν πραγματικό πίνακα. Στη συνέχεια διερευνάται ο τρόπος που αλληλεπιδρά η πηγή ισχύος όταν συνδέεται σε φορτίο. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα επιλέγεται το είδος του μετατροπέα που θα χρησιμοποιηθεί. Ακολουθεί η διαστασιολόγηση του μετατροπέα και η μοντελοποίηση του. Το επόμενο βήμα αποτελείται από την ανάλυση του κυκλώματος ελέγχου του συστήματος καθώς και τη μοντελοποίηση μηχανής συνεχούς ρεύματος συνδεδεμένη ως αντλία. Κατόπιν συνδέονται όλα τα μοντέλα και εξετάζεται η συνολική συμπεριφορά του συστήματος σε περιβάλλον SIMULINK. Τέλος κατασκευάζονται ο μετατροπέας και το κύκλωμα ελέγχου και αξιολογείται η συμπεριφορά τους βάσει πειράματος σε εργαστηριακές συνθήκες. / --

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται την μελέτη, ανάλυση και προσομοίωση ενός τυπικού μικροδικτύου με δυνατότητα σύνδεσης στο δίκτυο χαμηλής τάσης το οποίο είναι εγκατεστημένο στο Κτήριο Βαρέων Ηλεκτρολόγων του Πανεπιστημίου Πατρών. Επιπρόσθετα πραγματεύεται την κατασκευή ενός εξομοιωτή ηλεκτρικής κατανάλωσης φορτίου μονοκατοικίας, με απώτερο στόχο την εξαγωγή συμπερασμάτων από την σύνδεση του με το εν λόγω μικροδίκτυο. Η εργασία αυτή εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών. Σκοπός της εργασίας είναι η μελέτη ενός μικροδικτύου, το οποίο συγκροτείται από μια φωτοβολταϊκή συστοιχία ονομαστικής ισχύος 1920W, τρεις αντιστροφείς συνδεδεμένου συστήματος, που πραγματοποιούν την αντιστροφή της παραγόμενης από τα φωτοβολταϊκά συνεχούς τάσης σε εναλλασσόμενη, ένα μετατροπέα αυτόνομου συστήματος, ο οποίος αναλαμβάνει την δημιουργία και τον συνεχή έλεγχο του αυτόνομου συστήματος και τους συσσωρευτές οι οποίοι αξιοποιούνται για την αποθήκευση της παραγόμενης ενέργειας από τις πηγές παραγωγής ενέργειας του συστήματος. Ακόμα, σκοπός της εργασίας αποτελεί η κατασκευή ενός εξομοιωτή ηλεκτρικής κατανάλωσης φορτίου μιας μέσης κατοικίας, ώστε μελλοντικά, με πειράματα πάνω σε αυτή τη διάταξη, να διαστασιολογηθεί ένα μικροδίκτυο το οποίο θα επαρκεί για τη σταθερή, συνεχόμενη και αξιόπιστη κάλυψη της απαιτούμενης ενέργειας μιας μέσης κατοικίας. Αρχικά, παρατίθενται τα μειονεκτήματα που παρουσιάζουν οι συμβατικές πηγές ενέργειας, τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα καθώς και οι λύσεις που μπορούν να προσφέρουν οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας σχετικά με το ενεργειακό πρόβλημα που έχει παρουσιαστεί τις τελευταίες δεκαετίες. Κατόπιν δίνεται ο ορισμός των μικροδικτύων, αναλύονται τα δομικά μέρη από τα οποία αποτελούνται και μελετούνται οι αρχές λειτουργίας τους. Εξετάστηκαν οι μονάδες παραγωγής ενέργειας, με έμφαση στα φωτοβολταϊκά, τις μονάδες αποθήκευσης ενέργειας καθώς και τις μονάδες που έχουν πολύ σημαντικό ρόλο σε ένα μικροδίκτυο: τους μετατροπείς ισχύος. Στη συνέχεια, παρουσιάζονται όλες οι εμπλεκόμενες μονάδες του μικροδικτύου που είναι εγκατεστημένο στο εργαστήριο Παραγωγής, Μεταφοράς, Διανομής και Χρησιμοποίησης Ηλεκτρικής Ενεργείας, καθώς και μια σειρά πειραμάτων που διεξήχθησαν. Το επόμενο βήμα ήταν η προσομοίωση τόσο της φωτοβολταϊκής συστοιχίας, όσο και της μεθόδου μέγιστης απομάστευσης ισχύος που χρησιμοποιήθηκε καθώς και του συνολικού συστήματος. Τέλος, αναλύεται η διαδικασία υλοποίησης του εξομοιωτή φορτίου, ο οποίος εξομοιώνει ποικίλες οικιακές συσκευές που ελέγχονται από έναν προγραμματιζόμενο λογικό ελεγκτή και παρατίθενται παλμογραφήματα και μετρήσεις που προέκυψαν από τα πειράματα που διενεργήθηκαν μετά την ολοκλήρωση της κατασκευής σε εργαστηριακό περιβάλλον. / The current thesis deals with the study of the operation, as well as the construction of a typical microgrid. Furthermore, the thesis deals with the construction of a resistive-inductive load that emulates the energy consumption of a household. This thesis was conducted in the Laboratory of Electromechanical Energy Conversion, Department of Electrical and Computer Engineering School of Engineering, University of Patras. The outer purpose of this study is the construction a resistive-inductive load that simulates the energy consumption of a household. The device uses a programmable logic controller (PLC) in order to implement the necessary automation. The main subject of this current thesis was the programming of the PLC and the emulation of the daily operation of electrical devices of a household. Once completed, it will be possible to connect this load emulator to a microgrid so as to optimize its performance and study its operational behavior. This whole thesis was fulfilled through continuous cooperation with colleagues Mpilianos Sotirios and Paraskevas Pavlos. Initially, the energy problem is presented, a fact that naturally leads to the finding of new energy sources. In addition, the advantages and disadvantages of renewable energy sources are discussed as well as the current state regarding their utilization. Afterwards, the definition and the common components of a microgrid are presented through theoretical analysis of all the related units (energy production, conversion and storage units). Moreover, every installed unit of an existing microgrid in the laboratory is mentioned and analyzed. Aiming to study its operation, evaluate its capabilities and estimate its present state, measurements with varying loads are cited. . The profile and size of a typical energy consumption of a household are presented. Given that, the final choice of the emulation method in laboratory environment was made, using appropriate passive elements (resistors, inductors). Finally, the energy consumption of the load emulator is presented, as it was recorded through the connection to the utility grid, and certain conclusions concerning its operation are made.

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.

Decaying fossil fuel resources, international relation complexities, and the risks associated with nuclear power have led to an increased demand for alternative energy sources. Renewable energy sources offer adequate solutions to these challenges. Forecasting of solar energy has also increased over the past decade due to its use in photovoltaic (PV) system design, load balance in hybrid systems, and projected potential future PV system feasibility. Artificial neural networks (ANN) have been used successfully for solar energy forecasting. In this work, several meteorological variables from Saudi Arabia as a case study will be used to determine the most effective variables on Global Solar Radiation (GSR) prediction. Those variables will be used as inputs for a proposed GSR prediction model. This model will be applicable in different locations and conditions. This model has a simple structure and offers better results in terms of error between actual and predicted solar radiation values.

Thesis (M.E. Mechanical Engineering)--University of Waikato, 2007. / Title from PDF cover (viewed May 6, 2008) Includes bibliographical references (p. 102-108)

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.

Σε αυτή την εργασία ερευνήθηκε λεπτομερώς η ηλεκτρομαγνητική συμβατότητα (EMC) και η ασφάλεια ενός Φ/Β συστήματος. Τα συμπεράσματα από αυτές τις έρευνες θα συμβάλουν στη βελτίωση ή/και τη δημιουργία προτύπων σχετικά με την EMC και την ασφάλεια των συστημάτων . Τα κύρια θέματα που καλύπτονται από την εργασία είναι - έρευνες σχετικά με το ηλεκτρομαγνητικό περιβάλλον (π.χ. επίδραση από κεραυνό, μετρήσεις στο δίκτυο χαμηλής τάσης και υπερτάσεις) - έρευνες όσον αφορά τις εκπομπές (παρεμβολές στη περιοχή ραδιοφωνικών συχνοτήτων και περεμβολές λόγω αγωγής στις γραμμές συνεχούς.) - έρευνες που στοχεύουν στην διαμόρφωση των απαιτήσεων ασφαλείας. Οι κοινές δοκιμές ασφαλείας έναντι σε πλήγμα κεραυνού είναι βασισμένες σε ξεπερασμένα δεδομενα και δεν απεικονίζουν την πραγματική καταπόνηση. Για να υπερκεραστει αυτή η κατάσταση που διαπιστωθηκε σχετικά με την έμμεση επίδραση πλήγματος κεραυνού σε φ/β σύστημα, πραγματοποιήθηκε έρευνα σε έναν πειραματικό σταθμό που εγκαταστάθηκε σε θέση με υψηλό ποσοστό πληγμάτων από κεραυνό (Ng) (βουνό "Gaisberg", Αυστρία). Ένα σημαντικό αποτέλεσμα από τις μετρήσεις είναι ότι η κλήση του μετώπου του ρεύματος κεραυνού είναι κατά μέσον όρο 4 φορές υψηλότερη από τον τυποποιημένο παλμό ρεύματος 1.2/50 μs. Ένα σύστημα ανάλυσης αυτόνομων φ/β συστημάτων που χρησιμοποιείται στη νήσο Fuerteventura και εκτελέστηκε από την EnEtica, την arsenal research και την ISET έχει παρουσιάσει ποικιλία προβλημάτων όσον αφορά τα φ/β συστήματα. Μεταξύ αυτών, είναι προβλήματα με υπερρεύματα και βραχυκυκλώματα, ραδιο εκπομπή, αρμονικές, κλιματολογική επιρροή (κάλυψη από άμμο, διάβρωση), και άλλα. Τα αποτελέσματα από αυτές τις έρευνες χρησιμοποιήθηκαν για να υπογραμμίσουν την ανάγκη για νέες δοκιμές σε μερικά ηλεκτρονικά τμήματα των φ/β συστημάτων . ΟΙ μετρήσεις για το δίκτυο χαμηλής τάσης εκτελέσθηκαν από την EAM. Πρώτα, δίνεται μια επισκόπηση για τα χαρακτηριστικά του δικτύου χαμηλής τάσης από την άποψη των διακυμάνσεων της τάσης, της ανάλυσης αρμονικών, της σύνθετης αντίστασης, και άλλων παραμέτρων. Αφετέρου ερευνήθηκε η ανατροφοδότηση των Φ/Β συστημάτων στο δίκτυο χαμηλής τάσης . Η κύρια προσοχή της έρευνας της ISET εστιάστηκε στις έρευνες σχετικά με τη παρεμβολή των φ/β συστημάτων στις ραδιοφωνικές συχνότητες. Ένα αποτέλεσμα αυτών των ερευνών είναι χαρακτηριστικά, η σύνθετη αντίσταση και ο συντελεστής κεραίας των φ/β συστημάτων. Με βάση αυτήν την έρευνα προτείνεται μια εργαστηριακή εγκατάσταση με προσομοιωτή δικτύου με συνθετη αντίσταση γραμμής συνεχούς ρεύματος . Η έρευνα για άλλες απαιτήσεις, σχετικά με τους αντιστροφείς όσον αφορά τις παρεμβολές σε γραμμές εναλασσόμενου ρεύματος και τις αρμονικές, έχουν οδηγήσει σε πολλές νέες βελτιώσεις και προτάσεις σχετικά με την οργάνωση των δοκιμών και τα εφαρμόσιμα όρια. Οι έρευνες συνοδεύτηκαν από μια σειρά δοκιμών που διενεργήθηκαν σε διάφορους αντιστροφείς, για σύνδεση με δίκτυο, αντιστροφείς για αυτόνομα συστήματα και ρυθμιστές φόρτισης μπαταριών. Μεταξύ των άλλων θα μπορούσε να αποδειχθεί ότι ένας σημαντικός αριθμός αντιστροφέων διαθέσιμος σήμερα στην αγορά παράγει σήματα σε ραδιοσυχνότητες που ξεπερνούν τα όρια αντοχής των οικιακών συσκευών. Ένα είδος παρέμβασης είναι σήματα που εκπέμπονται στις γραμμές συνεχούς ρευματος από τους αντιστροφείς, και μπορούν να οδηγήσουν στη δημιουργεία σημαντικών ηλεκτρομαγνητικών πεδίων. Η εργασία που πραγματοποιήθηκε από την arsenal research επικεντρώθηκε γύρω από την επεξεργασία των νέων απαιτήσεων ασφάλειας για τα Φ/Β συστήματα. Ερευνήθηκαν επίσης όλες οι πιθανές διαταραχές που μπορούν να προκληθούν: υπερτάσεις λόγω βραχυκυκλωμάτων και διακοπτικών ενεργειών, υψηλές αρμονικές στο κύκλωμα εξόδου του αντιστροφέα, εργαστηριακές μετρήσεις των διαταραχών λόγω επαγωγής, κτλ. Διάφοροι μέθοδοι και μετρήσεις αναπτύχθηκαν για να αποφευχθούν αυτές οι διαταραχές ή για να επιτευχθεί το απαραίτητο επίπεδο ασφάλειας. Με βάση τις έρευνες έχουν αναπτυχθεί πλέον νέοι μέθοδοι δοκιμών και νέα κυκλώματα δοκιμών και επιπλέον προτείνονται νέες οδηγίες ασφάλειας.Αυτή η εργασία ολοκληρώθηκε με πρόσθετες δοκιμές που εκτελέσθηκαν σε αναστροφείς για παράλληλη λειτουργία δικτύου και ρυθμιστές φόρτισης μπαταριών. Αποτελέσματα ορισμένων δοκιμών είναι: a) Οι υψηλές διαταραχές στις συχνότητες των γραμμών εναλλασσόμενου ρεύματος σε φάσμα συχνότητας 10kHz - 150kHz. b) Πολλοί αντιστροφείς είναι πάρα πολύ ευαίσθητοι έναντι των σημάτων ελέγχου (200Hz - 3kHz). c) Το επαγωγικό μέρος του δικτύου μπορεί να οδηγήσει σε υψηλές αρμονικές στο κύκλωμα εξόδου του αντιστροφέα. d) ρεύματα μπορούν να οδηγήσουν σε μια σημαντική μείωση της τάσης παραγωγής των αντιστροφέων κάτι που αποτελεί κίνδυνο για συνδεδεμένους καταναλωτές. / In this project electromagnetic compatibility (EMC) and safety aspects of PV systems have been investigated in detail. The conclusions from these researches will contribute in the improvement and the creation of models with regard to the EMC and the safety of systems. The main topics covered by the project are: -inquiries concerning the electromagnetic environment (e.g. impact of lightning, measurements in low-voltage network and overvoltages manipulation.) -researches concerning emissions (scrambled area radio frequencies and conducted interference on mains and DC lines). -researches aimed at the formulation of safety requirements. The common safety tests versus lightening surge are based on outdated data and do not reflect the actual force. To overcome this situation in concern with the indirect lightening surge in PV systems, a research was performed, at an experimental station installed at a location with a high natural lightening rate (Ng). An important result of the measurement is that the call of the front of the lightning surge is on average 4 times higher than the standard pulse power 1.2/50 μs. A system of analysis autonomous PV systems used on the island of Fuerteventura and carried out by the EnEtica, arsenal research and ISET has presented a variety of problems with regard to the PV systems. Among them are problems with overcurrents and short circuits, radio broadcast, Harmonics, climatic influence (covered by sand and erosion), and more. The results of these surveys used to emphasize the need for new tests in some electronic parts of PV systems. Measurements for the low-voltage network have been carried out by the EAM. At first, was given an overview of the characteristics of the low-voltage network in terms of fluctuations of the voltage, harmonic analysis, impedance, and other parameters. The main attention of the investigation of ISET focused on the interference of PV systems in radio frequencies. A result of these investigations is the impedance and the antenna factor of PV systems. In addition with this survey was proposed a lab network Simulator installation with advanced DC line impedance. The investigation of other requirements concerning inverters with regard to interferences in AC lines and harmonics, have led to many new improvements and proposals concerning the Organization of the tests and the applicable limits. The investigations have been accompanied by a series of tests carried out on various inverters, for connection to a network, inverters for stand-alone systems and regulators battery chargers. From these investigations was proved that a significant number of inverters which are available on the market today produces on radio frequencies which go beyond resistance of household appliances. A type of interference is signals emitted by inverters on the lines and can lead to important electromagnetic fields. The work performed at arsenal research was concentrated around the elaboration of new immunity and safety requirements for PV systems. Analysis was made for all the possible disturbances likely to cause: surge due to short circuits and switching actions, high harmonics in the circuit of the inverter, laboratory measurements of the disturbances due to induction, etc. Various methods and measurements were developed to avoid these disorders, or in order to achieve the necessary level of security. Using the results of the investigations have been developed new methods of testing and new testing circuits and in addition are proposed new directives for security. This task was completed with additional tests carried out in inverters for parallel network operation and regulators battery chargers. Results of certain tests are: a) High disturbances in the frequencies of AC lines in range of frequency 10 kHz-150kHz b) Many inverters are very sensitive to the trade signals (200Hz-3 kHz) c) The inductive part of the net may lead to high harmonics in the output of the inverter circuit. d) impact currents can lead to a significant reduction in the production of the inverter’s voltage which constitutes a risk for linked consumers. Pilot PV systems have been created by the cooperation of ISET, and EnEtica. These systems are used to demonstrate and to investigate the EMC of PV systems (System ISET), the safety requirements (arsenal system) and problems that are created specifically for distributed PV systems in different areas. (System EnEtica).