abstract: Demand for green energy alternatives to provide stable and reliable energy solutions has increased over the years which has led to the rapid expansion of global markets in renewable energy sources such as solar photovoltaic (PV) technology. Newest amongst these technologies is the Bifacial PV modules, which harvests incident radiation from both sides of the module. The overall power generation can be significantly increased by using these bifacial modules. The purpose of this research is to investigate and maximize the effect of back reflectors, designed to increase the efficiency of the module by utilizing the intercell light passing through the module to increase the incident irradiance, on the energy output using different profiles placed at varied distances from the plane of the array (POA). The optimum reflector profile and displacement of the reflector from the module are determined experimentally. Theoretically, a 60-cell bifacial module can produce 26% additional energy in comparison to a 48-cell bifacial module due to the 12 excess cells found in the 60-cell module. It was determined that bifacial modules have the capacity to produce additional energy when optimized back reflectors are utilized. The inverted U reflector produced higher energy gain when placed at farther distances from the module, indicating direct dependent proportionality between the placement distance of the reflector from the module and the output energy gain. It performed the best out of all current construction geometries with reflective coatings, generating more than half of the additional energy produced by a densely-spaced 60-cell benchmark module compared to a sparsely-spaced 48-cell reference module.ii A gain of 11 and 14% was recorded on cloudy and sunny days respectively for the inverted U reflector. This implies a reduction in the additional cells of the 60-cell module by 50% can produce the same amount of energy of the 60-cell module by a 48-cell module with an inverted U reflector. The use of the back reflectors does not only affect the additional energy gain but structural and land costs. Row to row spacing for bifacial systems(arrays) is reduced nearly by half as the ground height clearance is largely minimized, thus almost 50% of height constraints for mounting bifacial modules, using back reflectors resulting in reduced structural costs for mounting of bifacial modules / Dissertation/Thesis / Masters Thesis Mechanical Engineering 2019

Σκοπός αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη της απόδοσης των φωτοβολταϊκών πλαισίων σε διαφορετικές πόλεις ανά την Ελλάδα. Ως γνωστόν στην χώρα μας οι κλιματολογικές συνθήκες, κατά κύριο λόγο η ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας και η θερμοκρασία, διαφέρουν μεταξύ των περιοχών σε μεγάλο βαθμό έχοντας αυτό ασφαλώς μεγάλη επίδραση στην συμπεριφορά και απόδοση των φωτοβολταϊκών. Οι τύποι φωτοβολταϊκών πλαισίων που μελετήθηκαν είναι αυτοί του μονοκρυσταλλικού και του πολυκρυσταλλικού πυριτίου. Αρχικά, σε μια θεωρητική προσέγγιση του θέματος μας, μοντελοποιήσαμε και προσομοιώσαμε τις φωτοβολταϊκές εγκαταστάσεις με την βοήθεια του προγράμματος PV*SOL expert 4.5. Μελετήσαμε και συγκρίναμε τα αποτελέσματα της προσομοίωσης για εννέα περιοχές της Ελλάδας, προσπαθώντας να προσεγγίσουμε τους βασικούς τύπους κλίματος που επικρατούν στην περιοχή. Οι τύποι των εγκαταστάσεων που προσομοιώσαμε είναι τέσσερεις, εκ των οποίων δύο τύποι είναι εγκαταστάσεις με μονοκρυσταλλικό και πολυκρυσταλλικό πυρίτιο υπό σταθερή γωνία κλίσης ενώ οι άλλοι δύο περιλαμβάνουν την χρήση tracker δύο αξόνων. Συμπερασματικά από αυτή την ενότητα είδαμε ότι αυξάνεται η ενεργειακή απόδοση των εγκαταστάσεων όσο πιο νότια και ανατολικά είναι εγκατεστημένες. Την μεγαλύτερη ενεργειακή απόδοση είχαν της Κρήτης και των νησιών του Αιγαίου. Επίσης συγκρίνοντας τα υλικά των πλαισίων είδαμε ότι ο βαθμός απόδοσης ηm των πλαισίων από μονοκρυσταλλικό πυρίτιο είναι μεγαλύτερος από τον αντίστοιχο των πλαισίων πολυκρυσταλλικού πυριτίου κάτι που σημαίνει ότι για την ίδια ποσότητα ισχύος χρειαζόμαστε λιγότερο χώρο άρα και υλικό για εγκαταστάσεις με πλαίσια μονοκρυσταλλικού πυριτίου. Τέλος με την χρήση tracker δύο αξόνων είδαμε μεγάλη αύξηση της ενεργειακής απόδοσης των εγκαταστάσεων της τάξης του 23% περίπου και στα δύο είδη πλαισίων. Στο πειραματικό μέρος της διπλωματικής μας, πραγματοποιήσαμε μετρήσεις στον χώρο της ταράτσας του νέου κτιρίου του τμήματος των Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών, με ένα πλαίσιο από πολυκρυσταλλικό πυρίτιο ισχύος 80Wp υπό σταθερή κλίση 38ο . Οι μετρήσεις πραγματοποιηθήκαν την περίοδο Ιανουάριου έως Αυγούστου του 2011 τουλάχιστον δύο ημέρες ανά μήνα και για όλη την διάρκεια της ημέρας, με μετρήσεις περίπου ανά δέκα λεπτά. Για τις μετρήσεις αυτές, χρησιμοποιήθηκε το όργανο PVPM το οποίο ήταν συνδεμένο με τον υπολογιστή όπου έπαιρνε και αποθήκευε τις μετρήσεις. Με αυτές τις μετρήσεις μελετήσαμε την απόκριση του πλαισίου μας και πιο συγκεκριμένα τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά του (Voc, Isc, Pmpp, Vmax, Imax) σε σχέση με την ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας και την θερμοκρασία. Από αυτή μας την μελέτη επιβεβαιώσαμε αυτό που γνωρίζαμε θεωρητικά. Η αύξηση της έντασης της ακτινοβολίας προκαλεί γραμμική αύξηση της έντασης του ρεύματος του πλαισίου και πολύ μικρή αύξηση της τάσης που βέβαια μπορεί να θεωρηθεί σχεδόν αμελητέα. Αντίστοιχα λοιπόν και η ισχύς του πλαισίου αυξάνεται γραμμικά με την αύξηση της έντασης της ακτινοβολίας. Όσον αφορά την θερμοκρασία πλαισίου, επιδρά αρνητικά στη τιμή της τάσης. Όσο αυξάνεται η θερμοκρασία μειώνεται λογαριθμικά η τιμή της τάσης ενώ έχουμε μια πολύ μικρή αύξηση της έντασης του ρεύματος. Άρα στην ισχύ του πλαισίου η αύξηση της θερμοκρασίας επιδράει αρνητικά αλλά σε μικρότερο βαθμό σε σχέση με την ακτινοβολία. Στην συνέχεια υπολογίσαμε την ενεργειακή απόδοση του πλαισίου μας. Μετά την επεξεργασία των μετρήσεων του δικού μας πλαισίου, παρουσιάζουμε και επεξεργαζόμαστε δεδομένα από τις υπόλοιπές εγκαταστάσεις που έχουμε δεδομένα για διαφορετικές περιοχές ανά την Ελλάδα. Αυτές τις κατατάσσουμε στις τέσσερεις κατηγορίες που είδαμε και στην θεωρητική μοντελοποίηση και σύγκριση (εγκαταστάσεις με μονοκρυσταλλικό ή πολυκρυσταλλικό πυρίτιο υπό σταθερή κλίση ή με χρήση tracker δύο αξόνων). Για κάθε είδος εγκατάστασης έχουμε δεδομένα από πέντε έως εννιά περιοχές της Ελλάδας. Παραθέτοντας τα χαρακτηριστικά στοιχεία των πλαισίων σε κάθε εγκατάσταση και τα κλιματολογικά δεδομένα της κάθε περιοχής που αναφέρουμε, μπορούμε να κάνουμε μια πρώτη ανάλυση των αποτελεσμάτων της κάθε εγκατάστασης. Κύριος συντελεστής που εξετάζουμε για την απόδοση των πλαισίων είναι η μηνιαία αποδιδόμενη ενέργεια ανά kWp εγκατεστημένης ισχύος των συστημάτων και ο μέσος όρος του οχταμήνου. Από αυτή την διαδικασία επιβεβαιώσαμε αυτό που γνωρίζαμε για την απόδοση των πλαισίων στις διαφορετικές περιοχές της Ελλάδας. Επίσης είδαμε την αύξηση της ενεργειακής απόδοσης με την χρήση tracker δύο αξόνων που είναι της τάξης του 25%. Στα πειραματικά αποτελέσματα βέβαια είχαμε και μερικά αποτελέσματα που δεν ανταποκρινόταν στα αναμενόμενα. Αυτό μπορεί να οφείλεται στους τύπους πλαισίων που χρησιμοποιηθήκαν αφού σε κάθε εγκατάσταση έχουμε διαφορετικούς τύπους ή στην σχεδίαση της εγκατάστασης. Επίσης στις εγκαταστάσεις που παραθέσαμε είχαμε αρκετές βλάβες μέσα στο οχτάμηνο ειδικά σε αυτές με τους tracker δύο αξόνων κάτι που επηρέασε τα αποτελέσματα. Τέλος στην κάθε εγκατάσταση, η περιοχή που είναι υλοποιημένη μπορεί να έχει τοπικές ιδιαιτερότητες ως προς τα κλιματολογικά δεδομένα σε σχέση με τις μέσες τιμές της ευρύτερης περιοχής και άρα η απόδοση των πλαισίων να διαφοροποιείται σε σχέση με τα αναμενόμενα. Στο τελευταίο κεφάλαιο παραθέτουμε τα γενικά συμπεράσματα αυτής της εργασίας. / The aim of this diplomatic thesis is the study of attribution of photovoltaic modules in different cities of Greece. As we know in our country the climatic conditions, mainly the intensity of solar radiation and the temperature, differ between the regions, having certainly serious effect in the properties and output energy of the photovoltaic’s. The types of photovoltaic modules that were studied are these of the monocrystalline and polycrystalline silicon. Initially, in a theoretical approach, we modulate and simulate the photovoltaic installations using a software called PV*SOL expert 4.5. We studied and compare the results of the simulation for nine regions of Greece, trying to approach the basic types of climate that prevail in the region. The types of installations where simulated was four. Two types were installations with monocrystalline and polycrystalline silicon modules under constant tilt and the other two include the use of tracker two axes. In conclusion from this part, we observed that the energy attribution of installations is increasing as the PV installation is located from north to south and from west to east. The bigger energy output yielded in Crete and in the islands of Aegean. Also comparing the materials of the modules, we observed that the degree of performance (ηm ) of the modules from monocrystalline silicon is bigger than the equivalents of the polycrystalline silicon, therefore for the same quantity of force, we need less space therefore less material for the modules of monocrystalline silicon. Finally with the use of tracker two axes we observed big increase of output energy of the installations, about 23% , roughly in the two kinds of modules. In the experimental part of our diplomatic thesis, we collected measurements from a module of polycrystalline silicon of 80Wp force under constant tilt of 38o which was seated in the roof of the new building of department of Electrician Engineers and Technology of Computers. The measurements were realized in the period January until August 2011, at least two days per month and for all the duration of the day (we collected measurements every ten minutes). For these measurements, was used a device called PVPM which was connected with a computer where the measurements were stored. With these measurements, we studied the response of our module’s electric characteristics (Voc, Isc, Pmpp, Vmax, Imax) in combination with the intensity of solar irradiation and the temperature. From this, we confirmed the theory. The increase of the intensity of the radiation causes linear increase of intensity of current of module and very small increase of tendency that of course can be considered almost negligible. Respectively therefore, the force of frame is increased linearly with the increase of intensity of the radiation. Regarding to the temperature of the module, it effects negatively the price of tendency. As long as the temperature is increased, the value of tendency is decreased logarithmically while we have a very small increase of the intensity of current. Hence in the force of module, the increase of temperature effects negatively but less serious in combination with the radiation. Then we calculated the energy attribution of our module. Afterwards, the processing of our own module’s measurements, we present and processed data from the other installations that we have data, from different regions of Greece. They are classified in the four categories that we have also observed in the theoretical part (installations with monocrystalline or polycrystalline silicon under constant tilt or with use of tracker two axes). For each kind of installation we have data from five to nine regions of Greece. Importing the data of the characteristic facts of the modules in each installation and the climatic data of each region that we examine, we make a first analysis of the results of each installation. Main factor we examine, for the attribution of modules, is the monthly attributed energy per kWp installed force of the systems, in the period of eight month. From this process we confirmed what we knew for the attribution of modules in the different regions of Greece. We also observed the increase of energy output with the use of tracker two axes (about 25%). In this part we had results that did not correspond as expected. This can be owed in the types of modules that were used in each installation (they are different types) or in the designing of installation. Also the installations that we mention, had damages in the period of the eight month, specifically those with the tracker two axes, something that influenced the results. Finally in each installation, the region that is materialized can have local particularities in the climatic data in combination to the medium prices of the wider region and hence the attribution of modules to be differentiated in combination to the expected. After this process in the last capital we mention the conclusions.

Στόχος αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι να μελετήσουμε τη λειτουργία και τη συμπεριφορά φωτοβολταϊκών πλαισίων κάτω από πραγματικές συνθήκες και να σχεδιάσουμε ένα φωτοβολταϊκό σύστημα που θα καλύπτει πλήρως τις ενεργειακές ανάγκες μιας κατοικίας. Γι’ αυτόν το σκοπό πραγματοποιήσαμε μετρήσεις στην ταράτσα του κτιρίου Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών στο Πανεπιστήμιο Πατρών, οι οποίες διήρκησαν από τον Οκτώβρη του 2009 μέχρι τον Σεπτέμβρη του 2010. Οι μετρήσεις γίνονταν μια φορά την εβδομάδα κάτω από διάφορες καιρικές συνθήκες και είχαν συχνότητα μία ώρα από την ανατολή μέχρι τη δύση του ηλίου. Συλλέξαμε δεδομένα για πολλές κλίσεις τοποθέτησης (0ο,30ο,38ο,45ο,60ο, 80ο) ώστε να διαπιστώσουμε τη βέλτιστη κλίση για κάθε περίοδο του έτους. Καταγράφουμε την επίδραση των διαφορετικών κλίσεων στην αποδιδόμενη ενέργεια λόγω του ότι τα Φ/Β τοποθετούνται σε κτίρια όπου πολλές φορές ο χώρος δεν επιτρέπει την τοποθέτηση τους στη κλίση βέλτιστης απόδοσης. Ο προσανατολισμός των πλαισίων ήταν νότιος ώστε να πετυχαίνουμε καλύτερη αξιοποίηση της ηλιακής ακτινοβολίας, αφού η Ελλάδα βρίσκεται στο βόρειο ημισφαίριο. Τα πλαίσια που χρησιμοποιήθηκαν ήταν πολυκρυσταλλικού πυριτίου και δισεληνοϊνδιούχου χαλκού (CIS) ονομαστικής ισχύος 80Wp και 75Wp αντίστοιχα. Για την εξαγωγή των πειραματικών δεδομένων χρησιμοποιήσαμε ένα όργανο αποτύπωσης χαρακτηριστικών καμπυλών ρεύματος-τάσης PVPM 2540C ενώ επιπλέον καταγράφαμε την ακτινοβολία, τη θερμοκρασία πλαισίου, καθώς και την αποδιδόμενη ισχύ. Στην επεξεργασία των μετρήσεων εστιάσαμε στην επίδραση ορισμένων εξωτερικών παραμέτρων όπως η θερμοκρασία, η προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία και η σκίαση, στην παραγόμενη ισχύ και μελετήσαμε ηλεκτρικά μεγέθη όπως το ρεύμα βραχυκύκλωσης και η τάση ανοιχτοκύκλωσης. Σχετικά με την επίδραση της προσπίπτουσας ακτινοβολίας τα συμπεράσματά μας για τα δύο πλαίσια είναι κοινά. Όσο μεγαλώνει η ισχύς της ακτινοβολίας αυξάνεται ανάλογα και η παραγόμενη ισχύς τους, μέχρι τα 1000 W/m2 όπου φτάνουν τα ονομαστικά τους μεγέθη. Όσο αφορά στην επίδραση της θερμοκρασίας των πλαισίων στη λειτουργίας τους, το πλαίσιο CIS φαίνεται να υπερτερεί, αφού οι αρνητικές επιπτώσεις των υψηλών θερμοκρασιών στην απόδοσή του είναι μικρότερες από εκείνες του πλαισίου πολυκρυσταλλικού πυριτίου. Επίσης τα περισσότερα ηλεκτρικά μεγέθη του CIS εμφανίζουν μεγαλύτερη σταθερότητα με την άνοδο της θερμοκρασίας. Ακόμα, τα αποτελέσματα που πήραμε σκιάζοντας τα δύο πλαίσια έδειξαν πως η επίδραση της οριζόντιας σκίασης είναι παρόμοια στους δύο τύπους φωτοβολταϊκών σε αντίθεση με την κάθετη σκίαση, όπου το πλαίσιο CIS αποδίδει πολύ καλύτερα. Στη συνέχεια προσδιορίσαμε την βέλτιστη κλίση τοποθέτησης των πλαισίων ανά μήνα αλλά και μία βέλτιστη σταθερή κλίση τοποθέτησης για όλο το χρόνο, η οποία βρέθηκε 30ο. Επιπλέον, υπολογίσαμε την ετήσια παραγόμενη ενέργεια κάθε πλαισίου για σταθερή κλίση 30ο, η οποία αντιστοιχεί σε 1668,45 kWh/kWp∙έτος ή 207,26 kWh/m2∙έτος για το poly-Si και 1743,95 kWh/kWp∙έτος ή 159,5 kWh/m2∙έτος για το CIS. Σε αυτά τα μεγέθη δεν συμπεριλαμβάνονται συντελεστές απωλειών ανομοιογένειας, μεταφοράς, απώλειες στη δίοδο αντεπιστροφής και άλλες μειώσεις της τελικής παραγόμενης ενέργειας που υπάρχουν σε ένα εγκατεστημένο Φ/Β σύστημα. Στο τελευταίο μέρος της εργασίας αναλύσαμε τα μέρη ενός αυτόνομου Φ/Β συστήματος και σχεδιάσαμε ένα τέτοιο σύστημα για την κάλυψη των αναγκών μιας κατοικίας που κατοικείται όλο το χρόνο, με 4 μέρες αυτονομίας. Το ημερήσιο φορτίο το οποίο μπορεί να καλύψει το σύστημά μας ανέρχεται σε 8,3 kWh/ημέρα. Το τελικό κόστος εγκατάστασης υπολογίστηκε 25100 € ή 4550 €/kWp και η οριζόντια έκταση που καταλαμβάνει 63,4 m2. Με τη βοήθεια του προγράμματος PV*Sol επαληθεύσαμε την μελέτη κάνοντας μοντελοποίηση του αυτόνομου Φ/Β συστήματος που σχεδιάσαμε. Η διαστατοποίηση που προτείνει το πρόγραμμα, μας δίνει ένα σύστημα που έχει κοινές ηλεκτρικές διατάξεις και εγκατεστημένη ισχύ με αυτή που είχε υπολογισθεί. Προτείνοντας, τέλος, μια εναλλακτική λύση προσθέσαμε ένα επιπλέον φορτίο περίπου 7,8-9,3 kWh/ημέρα τους μήνες που έχουμε μεγάλο πλεόνασμα ηλιακής ακτινοβολίας με αποτέλεσμα την αύξηση κατά 50% του μέσου συντελεστή απόδοσης του Φ/Β συστήματος. / The aim of this diploma thesis is to study and analyze the operation of solar modules under real conditions and to design a photovoltaic system that will fully meet the needs of a typical suburban house. In order to achieve that, measurements have been realized on the roof of the building of the department of Electrical and Computer Engineering at the University of Patras, throughout a whole year (October 2009 - September 2010). These measurements were carried out once a week under several weather conditions, every hour from sunrise till sunset. It was essential to collect data within a range of tilt angles (0ο, 30ο, 38ο, 45ο, 60ο, 80ο) to define the optimum one for each period of the year as well as to estimate the energy produced for any probable scenario, since we often can’t place the P/V modules at the most efficient tilt angle due to the building’s space limitation. The module orientation was south to achieve the best utilization of solar radiation, as Greece is located in the northern hemisphere. We used solar modules made of polycrystalline silicon (poly-Si) and copper indium selenide (CIS) of peak power 80 Wp and 75 Wp respectively. In order to obtain the necessary data a device (PVPM 2540C) that plots current–voltage characteristics of P/V modules was used, while we noted down the solar radiation, the module temperature and its power output. During the data process we focused on the influence of certain external factors, such as temperature, solar radiation and shading, regarding the power output and other crucial electrical values as short circuit current and open circuit voltage. So we estimated an optimal tilt angle for each month as well as a fixed optimum angle for the whole year. In addition, we calculated the annual energy yield of each module and analyzed their properties comparing our results. In the final part of this thesis, we described the components of a stand-alone photovoltaic system and designed one that meets all the requirements of a normal house, which is occupied all year round, providing 4 days of autonomy. Finally, our previous report was verified by using a P/V simulating software (PV*Sol).

abstract: To increase the deployment of photovoltaic (PV) systems, a higher level of performance for PV modules should be sought. Soiling, or dust accumulation on the PV modules, is one of the conditions that negatively affect the performance of the PV modules by reducing the light incident onto the surface of the PV module. This thesis presents two studies that focus on investigating the soiling effect on the performance of the PV modules installed in Metro Phoenix area. The first study was conducted to investigate the optimum cleaning frequency for cleaning PV modules installed in Mesa, AZ. By monitoring the soiling loss of PV modules mounted on a mock rooftop at ASU-PRL, a detailed soiling modeling was obtained. Same setup was also used for other soiling-related investigations like studying the effect of soiling density on angle of incidence (AOI) dependence, the climatological relevance (CR) to soiling, and spatial variation of the soiling loss. During the first dry season (May to June), the daily soiling rate was found as -0.061% for 20o tilted modules. Based on the obtained soiling rate, cleaning PV modules, when the soiling is just due to dust on 20o tilted residential arrays, was found economically not justifiable. The second study focuses on evaluating the soiling loss in different locations of Metro Phoenix area of Arizona. The main goal behind the second study was to validate the daily soiling rate obtained from the mock rooftop setup in the first part of this thesis. By collaborating with local solar panel cleaning companies, soiling data for six residential systems in 5 different cities in and around Phoenix was collected, processed, and analyzed. The range of daily soiling rate in the Phoenix area was found as -0.057% to -0.085% for 13-28o tilted arrays. The soiling rate found in the first part of the thesis (-0.061%) for 20o tilted array, was validated since it falls within the range obtained from the second part of the thesis. / Dissertation/Thesis / Masters Thesis Engineering 2014

The Czech Republic has approximately 2 126 MWp of photovoltaic installed power capacity, most of the capacity was installed during the "solar boom" period around year 2010. Directive 2012/19/EU on waste electrical and electronic equipment led to the amendment of Act no. 185/2001 Coll. on Waste and the Decree no. 178/2013 Coll., which set the photovoltaic power plant operator´s obligation to pay a contribution for the module´s future recycling. The current rate for calculating the minimum total amount of the contribution is set at CZK 8.50/kg of module. The current amount of the contribution is a subject to criticism. The diploma thesis analyzes public administrations on issues of environmental protection and tools that may be used to motivate polluters. The thesis proposes a new amount of recycling contribution at the amount of CZK 5.2-7.8/kg. Huge temporal inconsistency is the most dangerous risk in determining the contribution, which may threaten many variables essential for the whole calculation.

abstract: The popularity of solar photovoltaic (PV) energy is growing across the globe with more than 500 GW installed in 2018 with a capacity of 640 GW in 2019. Improved PV module reliability minimizes the levelized cost of energy. Studying and accelerating encapsulant browning and solder bond degradation—two of the most commonly observed degradation modes in the field—in a lab requires replicating the stress conditions that induce the same field degradation modes in a controlled accelerated environment to reduce testing time. Accelerated testing is vital in learning about the reliability of solar PV modules. The unique streamlined approach taken saves time and resources with a statistically significant number of samples being tested in one chamber under multiple experimental stress conditions that closely mirror field conditions that induce encapsulant browning and solder bond degradation. With short circuit current (Isc) and series resistance (Rs) degradation data sets at multiple temperatures, the activation energies (Ea) for encapsulant browning and solder bond degradation was calculated. Regular degradation was replaced by the wear-out stages of encapsulant browning and solder bond degradation by subjecting two types of field-aged modules to further accelerated testing. For browning, the Ea calculated through the Arrhenius model was 0.37 ± 0.17 eV and 0.71 ± 0.07 eV. For solder bond degradation, the Arrhenius model was used to calculate an Ea of 0.12 ± 0.05 eV for solder with 2wt% Ag and 0.35 ± 0.04 eV for Sn60Pb40 solder. To study the effect of types of encapsulant, backsheet, and solder on encapsulant browning and solder bond degradation, 9-cut-cell samples maximizing available data points while minimizing resources underwent accelerated tests described for modules. A ring-like browning feature was observed in samples with UV pass EVA above and UV cut EVA below the cells. The backsheet permeability influences the extent of oxygen photo-bleaching. In samples with solder bond degradation, increased bright spots and cell darkening resulted in increased Rs. Combining image processing with fluorescence imaging and electroluminescence imaging would yield great insight into the two degradation modes. / Dissertation/Thesis / Doctoral Dissertation Systems Engineering 2020

This thesis deals with usage of bypass diodes in photovoltaic panels. Familiarize us with principles of photovoltaic modules and functions, their electrical characteristics and features. The central objective of this work is description of influence of bypass diodes on particularly shading photovoltaic panels and its volt-ampere characteristics. By the help of created software in Agilent VEE 8.0 simulate the shading panel and compare with real measurement.

In 2014 the Cuban government announced that 24% of the country’s generated electricity will come from renewable energy sources by 2030. In Cuba the emissions have drastically risen over the past decade due to the increasing amount of electricity demand. Today most of the generated electricity is produced by burning oil. To achieve this goal before 2030 major investments in renewable energy will be required. There is also a big concern in Cuba about climate change, as Cuba’s geographical position is very vulnerable to drastic weather changes. This drive efforts towards a more sustainable society, in addition to the economic aspect of being independent of imported oil.   The objective of the study is to evaluate the economical, ecological and social profitability of PV systems in Cuba. The main purpose will consist of making economic and technical calculations using the software Matlab (version R2016a) for the installation of the PV system on the building most suitable at The University of Havana. The study will consider both a PV system with and without energy storage. The PV module that will be investigated in this study is the crystalline silicone cells, since this is the most common used in PV system in Cuba. This is to enable for the university to become partly or completely independent from the electricity generated by the government owned electricity company (UNE). It is important for the university to become independent from the national electricity grid due to the high number of power-cuts and since the electricity company in Cuba regulates how much electricity that can be consumed each month. The project will consider both economic, ecological and social aspects to find the best solution for the installation of PV system at The University of Havana.   The study showed that the most suitable building for a PV system installation is the building of Institute of Science and Technology of Materials. All three orientations examined in this study cover the electricity consumption during an average day and can work as a backup system. The result concluded that the most economical and optimized installation, taking into account the desired function of the PV system for the building of IMRE is an incline angle of 20°, 270 number of installed PV modules and an orientation towards south if installing a PV system with energy storage. The excess electricity from the PV system has assumed to be used for recharging the battery or sold back to the grid for same price as the private PV companies sell electricity for, 0,06-0,07 USD/kWh. It was concluded that the cost of generated electricity from a PV system installed at The University of Havana is 5,5-32,5 % cheaper with battery and without battery the cost is 47,8-62,7 % cheaper than current price of generated electricity at 0,15-0,21 USD/kWh. The result from this study complements other studies done and validates that also smaller PV systems are economical profitable in Cuba. This study has shown that it is economic, ecological and social profitable to install a PV system at The University of Havana. / År 2014 meddelade den kubanska regeringen att 24 % av landets elproduktion ska vid år 2030 komma från förnybara energikällor. På Kuba har utsläppen ökat drastiskt under det senaste decenniet på grund av den ökande efterfrågan på el. Idag produceras majoriteten av den genererade elen från olja och för att uppnå målet om en ökad mängd förnybara energikällor före år 2030 krävs stora investeringar. Det finns en stor oro på Kuba kring klimatförändringarna, på grund av att landets geografiska position är mycket sårbar för drastiska väderförändringar. Detta driver ansträngningarna mot ett mer hållbart samhälle, utöver den ekonomiska aspekten att vara oberoende av importerad olja.   Syftet med studien är att utvärdera PV-systemets ekonomiska, ekologiska och sociala lönsamhet på Kuba. Huvudsyftet kommer att bestå av att göra ekonomiska och tekniska beräkningar med softwareprogrammet Matlab (version 2016a) för installation av PV-systemet på de byggnader som anses lämpligast att installera på. Studien kommer att utvärdera både ett PV-system med och utan energilagring. I denna studie är de kristallina silikoncellerna som tillämpas eftersom dessa är de mest förekommande på Kuba. Installation av ett PV system kommer kunna göra det möjligt för universitetet att bli helt eller delvis oberoende av den el som genereras av det statligt ägda elbolaget (UNE). Det är viktigt för universitetet att bli oberoende av det nationella elnätet på grund av det stora antalet strömavbrott som existerar idag och eftersom Kubas elbolag reglerar hur mycket el som kan konsumeras varje månad. Projektet kommer att överväga både ekonomiskt, sociala och ekologiska aspekter för att finna den bästa lösningen för installation av ett PV-system vid Havannas Universitet.   Studien visade att den lämpligaste byggnaden för en installation av PV-system är på en av byggnaderna som tillhör Institute of Science and Technology of Materials. Alla tre orienteringar för en installation som undersöktes i denna studie täcker elförbrukningen under en genomsnittlig dag och kan även fungera som ett backupsystem. Resultatet visade att den mest ekonomiska och optimala installationen med hänsyn till PV-systemets önskvärda funktion för byggnaden, är en lutningsvinkel på 20 °, en installation på 270 PV-moduler och med en orientering mot söder om PV-systemet installeras med energilagring. Överskottselen från PV systemet har antagits att användas till att ladda upp batterierna eller säljas tillbaka till nätet för samma pris som för privata solcellsföretag säljer för, 0,06–0,07 USD/kWh. Slutsatsen för kostnaden för genererad el från ett PV-system installerat vid Havannas Universitet är att det blir 5,5–32,5% billigare med batteri och utan batteri är kostnaden 47,8–62,7% billigare än nuvarande elproduktion i landet, 0,15-0,21 USD/kWh. Resultatet av denna studie kompletterar andra studier som gjorts och validerar att även mindre installation av PV-system är ekonomiskt lönsamma på Kuba. Denna studie har visat att det är ekonomiskt, ekologiskt och socialt lönsamt att installera ett PV-system vid Havannas Universitet. / Las emisiones de gases de invernaderos en Cuba han aumentado drásticamente en la última década, a causa de la creciente demanda del uso de la electricidad. En la actualidad la mayor parte de la electricidad generada en el país se obtiene por la quema del petróleo. En el año 2014, el gobierno de Cuba se propuso la meta, de que un 24% de la electricidad generada en el país en el 2030, fuese obtenida a partir de las fuentes de energías renovables. Para cumplir este objetivo antes del año 2030, será imprescindible hacer grandes inversiones en nuevas tecnologías para el uso de las fuentes de energías renovables. En Cuba también existe una gran preocupación por el cambio climático debido a las vulnerabilidades de la isla frente a los fenómenos atmosféricos que afectan al país por su situación geográfica. Esto ha incrementado los esfuerzos para alcanzar un desarrollo socioeconómico sostenible y la independencia energética del país. El objetivo de este estudio es evaluar la rentabilidad económica, ecológica y social de los sistemas fotovoltaicos (FV) en Cuba. Para lograr este fin se hacen cálculos económicos y técnicos utilizando el software Matlab versión R2016a para la instalación de los sistemas FV en los edificios de la Universidad de La Habana. El estudio considera ambos tipos de sistemas FV, con y sin almacenamiento de energía. Los módulos FV que se investigan en este trabajo son los basados en celdas solares de silicio cristalino porque estas son las celdas más usadas en los sistemas FV de Cuba. Este proyecto contribuirá a que la universidad se independice parcial o completamente de la electricidad generada en el país. La independencia de la red eléctrica nacional es muy importante para la universidad por la gran cantidad de cortes eléctricos a causa de las regulaciones del consumo energético de cada mes. El proyecto considera los aspectos socioeconómicos y ecológicos para encontrar el sistema FV óptimo en la Universidad de La Habana.   El estudio demuestra que uno de las edificaciones que cumple con las condiciones óptimas para la instalación de un sistema fotovoltaico en la Universidad de La Habana es el edifico central del IMRE. Los aspectos examinados en este estudio consideran el consumo energético promedio en el día y la capacidad de respaldo del sistema FV. Teniendo en cuenta, las características de un sistema FV con almacenamiento de energía en los edificios de IMRE, se concluyó que la instalación óptima y más económica tiene un ángulo de inclinación de 20°, una cantidad de 270 módulos FV instalados y una orientación hacia el sur. Los resultados indicaron que el costo de un sistema FV instalado en la Universidad de La Habana es 5,5-32,5%, más económico con batería, y sin batería el costo es 47,8-62,7% más económico que la electricidad generada actualmente. Estos resultados complementan otros estudios realizados y demuestran que el uso de sistemas FV más pequeños son rentables económicamente en Cuba. Este estudio ha demostrado que la instalación de un sistema FV en la Universidad de La Habana es ecológica, económica y socialmente rentable.

Este trabalho buscou entender a situação da atividade de fabricação de módulos fotovoltaicos no Brasil com o objetivo de avaliar a possibilidade de estimular a indústria nacional e o uso dessa fonte alternativa mais acentuadamente. Para tanto, foi necessário analisar os benefícios energéticos e econômicos da cadeia de produção, além de entender o estado da arte atual de todo o processo. É um ramo industrial que está sendo implantado no Brasil e este estudo teve como objetivo obter informações relevantes dos problemas e facilidades que os empreendedores enfrentam, e quais são os custos e benefícios à sociedade em geral, inclusive para obtenção dos sistemas fotovoltaicos pelo consumidor final. O trabalho contém uma avaliação do estado da produção e utilização dos sistemas de energia solar fotovoltaica no mundo e o que ocorre no Brasil. Buscou-se conhecer as possíveis, e/ou mais relevantes, ações regulatórias e iniciativas da área privada para viabilizar este ramo industrial. São considerados os impactos da atividade em pauta, procurando mostrar as relações de custo-benefício em projetos de geração centralizada (Leilões de Energia de Reserva) e de geração distribuída. / This study aims to understand the status of the manufacturing activity of photovoltaic modules in Brazil to evaluate the possibility of stimulating the local production and its widespread use. It was necessary to evaluate the energetic and economic benefits of the production chain. In addition, the study focused the understanding of the current state of the art of the whole process. Photovoltaic solar energy is an industrial branch recently receiving impulse in Brazil. This study aims to obtain relevant information about the difficulties faced by the entrepreneurs and the benefits and costs to the society. The study assess the state of the production and use of solar PV systems in the world and what happens in Brazil. At this study, we sought to understand what are the possible, and/or more relevant, regulatory actions and private area initiatives to enable this industrial branch and its diffusion to the final consumers. The impacts of the related activity are considered, trying to show the cost-benefit relationship in centralized generation projects (Reserve Energy Auctions) and distributed generation.

Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας, είναι η μελέτη της συμπεριφοράς φωτοβολταϊκού πλαισίου λεπτής ταινίας CIS, σε πραγματικές συνθήκες λειτουργίας. Μελετάται η επίδραση διάφορων εξωτερικών παραγόντων και κυρίως της θερμοκρασίας, της ηλιακής ακτινοβολίας και της σκίασης. Με στόχο την εκτίμηση της παραγόμενης DC ισχύος σε διάφορες συνθήκες λειτουργίας., έχουν πραγματοποιηθεί μετρήσεις ρεύματος-τάσης στο χώρο του Πανεπιστημίου Πατρών, σε φωτοβολταϊκό πλαίσιο CIS ονομαστικής ισχύος 75W. Οι μετρήσεις ήταν συνήθως ημερήσιες και καταγράφονταν οι τιμές για διάφορες συνθήκες λειτουργίας και σε διαφορετικές εποχές του έτους. Με ένα μεταβλητό φορτίο συνδεδεμένο με το εν λόγω φωτοβολταϊκό πλαίσιο, ήταν δυνατός ο προσδιορισμός της χαρακτηριστικής I-V καμπύλης σε κάθε μέτρηση και ως εκ τούτου, ο υπολογισμός του σημείου μέγιστης ισχύος. Για κάθε μέτρηση καταγράφονταν, εκτός του ρεύματος και της τάσης, η λαμβανόμενη ηλιακή ακτινοβολία, η θερμοκρασία αέρα καθώς και οι θερμοκρασίες στις δύο όψεις του συλλέκτη. Αρχικά, υπολογίζεται η απόδοση του πλαισίου σε διαφορετικές θερμοκρασίες λειτουργίας ενώ σε αυτό προσπίπτουν ίδια ποσά της ηλιακής ακτινοβολίας. Επίσης, μελετάται ποιες χαρακτηριστικές παράμετροι επηρεάζονται περισσότερο όπου διαπιστώνεται πως η αύξηση της θερμοκρασίας προκαλεί μείωση της τάσης και μία μικρή αύξηση του ρεύματος η οποία όμως, δεν είναι ικανή να αντισταθμίσει την μείωση της τάσης, με αποτέλεσμα η αύξηση της θερμοκρασίας να επιδρά αρνητικά στην απόκριση ισχύος. Στη συνέχεια, γίνεται αντίστοιχος υπολογισμός και για την ηλιακή ακτινοβολία όπου παρουσιάζεται η θετική της επίδραση στην απόδοση του πλαισίου, ενώ ταυτόχρονα μελετάται η συμπεριφορά του CIS σε συνθήκες ηλιοφάνειας αλλά και συννεφιάς. Κατά την επεξεργασία των αποτελεσμάτων αυτών, ήταν δυνατός ο υπολογισμός μίας μέσης τιμής της αποδιδόμενης ισχύος τόσο για τη θερινή όσο και για τη χειμερινή περίοδο. Τέλος, προκαλώντας τεχνητή σκίαση στο 30% περίπου της επιφάνειας του φωτοβολταϊκού πλαισίου κατά τη διάρκεια κάποιων μετρήσεων, υπολογίζεται το ποσοστό μείωσης της παραγόμενης DC ισχύος, συγκριτικά με τις περιπτώσεις όπου κάτω από τις ίδιες εξωτερικές συνθήκες, το πλαίσιο δεν σκιάζεται. / The objective of this diploma thesis, is to study the behavior of a thin film photovoltaic module CIS, under real conditions of operation. The effect of various exterior factors is studied and mainly the factors of temperature, solar radiation and shading. To estimate the produced DC Power in various conditions, measurements has been took place at the University of Patras using a CIS photovoltaic module, of 75W Maximum Power. Measurements were usually daily and were taken in all seasons of year. With a variable load connected to the photovoltaic module, the determination of the I-V curve was possible for each measurement and consequently, the calculation of the Maximum Power Point could be made. At each measurement, were noted the current, the voltage and also the received solar radiation, the air temperature as well as the temperatures at the two sides of the module. At first, the output and the efficiency of the module in different temperatures of operation are calculated , while the received solar radiation is the same in every case. Also, it is studied witch parameters are more influenced by increasing temperature and it is proved that voltage is decreased and current is a little increased. However, the increasing current is not capable to compensate the decreasing voltage, so the increase of temperature affects negatively the output power and the efficiency. Afterwards, a similar calculation has been made, studying the influence of solar radiation at the characteristic parameters of the CIS photovoltaic module. During these calculations, except the positive effect of solar radiation it is presented the behavior of CIS in sunlight and also cloudy conditions. As a result, an average output power of the module has calculated for the aestival and the wintry period. Finally, causing artificial shading in about the 30% of the module's surface, it is determined the rate of reduction of produced DC power, comparatively the case where the module is not shading under the same exterior conditions.