Rotary wing aircrafts in any flight conditions suffer from excessive vibration which makes the passengers feel uncomfortable and causes fatigue failure in the structure. The main sources of vibration are the rotor harmonic airloads which originate primarily from the rapid variation of flow around the blade due to the vortex wake. In this thesis, a mathematical model is developed for rotor blades to compute the harmonic airloads at rotor blades for two flight conditions vertical takeoff and landing, and forward flight. The sectional lift, drag, and pitching moment are computed at a radial blade station for both flight conditions. The lift at a particular radial station is computed considering trailing and shed vortices and summing over each blade. The results for airloads are obtained after considering zeroth, first, and second harmonics. The calculated results for airloads are compared to the experimental flight-test data.

Solar cells is one of the cleanest and most environmentally friendly ways to produce electricity. Västerås city has invested in a number of solar systems in public buildings as a step to solve the energy issues of the future and contribute to a sustainable environment. The purpose of this project is to compare the real system yield from Västerås city´s solar plants with simulations. Produces the solar plants as expected or not, and if not, what might be the cause. Data were collected about the solar cell installations, by Mälarenergi Elnät and Västerås city. The real system yield was calculated and then the solar plants were simulated in PVGIS (Photovoltaic Geographical Information System) to obtain the theoretical yield. This project shows that most of Västerås city´s solar plants have a yield that is as expected according to the simulations or higher. However, there are some solar plants with a low or very low yield compared to the simulations. The yield varies considerably during the year. For those plants where the yield has been studied monthly, the real yield is higher in the second half of the year compared with the first half. The self-consumption varies greatly between the different solar plants, but generally it is high. Some solar plants have a very high self-consumption of 100 % and some have a very low of 30-40 %. Some solar plants have a higher yield than expected and it may depends to the fact that the installed power is a few percent higher than what the manufacturer states. The simulations might be unsure, because losses, solar radiation and weather may vary. The solar plants that have a low yield compared to the simulations may have a broken or disconnected component, shading and dirt may also affect. To have as high self-consumption as possible is an economically advantage, as long as the plant is not under-dimensioned because the goal is to produce electricity. There is no clear pattern showing which of the four PVGIS simulations is best matched to reality.

Τα φωτοβολταϊκά είναι κατάλληλες ενεργειακές συσκευές τόσο για εφαρμογή σε κεντρικές μονάδες παραγωγής ηλεκτρισμού (φωτοβολταϊκά πάρκα) όσο και σε ξεχωριστές μονάδες (κατοικίες και άλλα κτήρια). Και στις δύο αυτές περιπτώσεις, η εγκατάσταση των φωτοβολταϊκών επιδιώκεται να έχει την βέλτιστη κλίση και αζιμούθια γωνία των φβ πλαισίων, για να επιτυγχάνεται μεγιστοποίηση του παραγόμενου ηλεκτρισμού. Εκτός από τις περιπτώσεις που είναι εφικτή η βέλτιστη εγκατάσταση των φβ, υπάρχουν και περιπτώσεις που η εγκατάσταση παρουσιάζει ιδιαιτερότητα ως προς την τοποθέτηση και χρειάζεται ειδική μελέτη για την επίτευξη ικανοποιητικού αποτελέσματος. Στις περιπτώσεις αυτές και εκτός από το αυξημένο κόστος τα άλλα κριτήρια είναι κυρίως η επιλογή του κατάλληλου φβ πλαισίου και η λειτουργική και αισθητική ιδιαιτερότητα της εγκατάστασης, σε συνδυασμό με τις ενεργειακές και περιβαλλοντικές προεκτάσεις. Σκοπός της εργασίας αυτής είναι η μελέτη νέων τρόπων εγκατάστασης φωτοβολταϊκών, με την εξέταση των παραμέτρων που επηρεάζουν την ενεργειακή συμπεριφορά τους, ανάλογα του είδους και της τοποθέτησης των φβ πλαισίων, των συνθηκών θερμοκρασίας λειτουργίας, του πνέοντος ανέμου και φωτισμού και των ειδικών απαιτήσεων της εφαρμογής, στην κάλυψη των αναγκών σε ηλεκτρισμό. Ιδιαίτερη αναφορά γίνεται και στις συνέπειες από την ικανοποίηση αισθητικών απαιτήσεων των εγκαταστάσεων των φβ, επιδιώκοντας τον βέλτιστο συγκερασμό. Στην εργασία μελετάται πειραματικά και σε συνθήκες φυσικού ηλιασμού η συνεισφορά των διάχυτων και κατοπτρικών ανακλαστήρων στην ενεργειακή απόδοση των φβ, η απαγωγή θερμότητας από τα φβ με νερό ή αέρα, η εγκατάσταση των φβ σε δυσμενή ενεργειακά κλίση και αζιμούθια γωνία, η χρήση διαπερατών στο φως φβ πλαισίων, κλπ. Δοκιμάστηκαν διάφορα φβ πλαίσια (πυριτίου, CIS, λεπτού φιλμ, οργανικά, άκαμπτα, εύκαμπτα, κλπ) και προτείνονται σχεδιάσεις φβ εγκαταστάσεων για ειδικές περιπτώσεις εφαρμογών. Επιπλέον, υπολογίστηκαν και τα περιβαλλοντικά οφέλη από την ευρεία χρήση των φωτοβολταϊκών, ανάλογα με τις ιδιαιτερότητες των εφαρμογών τους. / Photovoltaics are solar energy devices suitable for applications in both central power generation units (solar farms) and in separate units (residential and other buildings). In both cases, the aim is to install the photovoltaic modules with optimum tilt and azimuth angle, so that the electrical output is maximized. However, there are times where the photovoltaic modules cannot be placed with optimum angles and special considerations must be done in order to achieve a satisfactory result. In such cases, besides the increased cost, there are other things that need to be considered, such as the selection of a suitable type of photovoltaic module, the functional and aesthetic particularities of the installation in combination with the energy and environmental implications. The aim of this thesis is to study new ways of installing photovoltaics, by examining the parameters that affect their energy behavior, depending on the type of pv module and the way they are installed, the operating temperature conditions, the wind, the lighting and the specific requirements of the installation, in order to meet the electrical needs. A particular reference is made at the consequences of satisfying the aesthetic requirements of pv installations, seeking the optimal solution between functional and aesthetic application. In this thesis, experiments are conducted in natural conditions in order to determine the effects of the sunlight contribution of diffuse and specular reflectors at the energy efficiency of photovoltaics, the heat dissipation with water or air, the installation of pv modules with an unfavorable inclination and azimuth angle, the use of transparent pv modules, etc. Furthermore, several types of pv modules are tested (silicon, CIS, thin film, organic, rigid, flexible, etc.) and suggestions are made for special applications. In addition, an estimation of the environmental benefits of the widespread use of photovoltaics is done, according to the particularities of their applications.

Στις χώρες της Ευρωπαϊκής Ένωσης ο κτιριακός τομέας απορροφά περίπου το 40% της συνολικής ενεργειακής κατανάλωσης, γεγονός που καθιστά απαραίτητο το λειτουργικό και φιλικό προς το περιβάλλον σχεδιασμό των κτιρίων, παράλληλα με τον περιορισμό των συνολικών ενεργειακών αναγκών τους για την εξοικονόμηση ενέργειας. Όσον αφορά τα ήδη υπάρχοντα κτίρια, μπορούν να γίνουν διάφορες παρεμβάσεις ώστε να επιτευχθεί η μέγιστη δυνατή εξοικονόμηση ενέργειας. Από την άλλη, η Ε.Ε.,στα πλαίσια της βιώσιμης ανάπτυξης και της προστασίας του περιβάλλοντος, έχει θέσει ως στόχο για το 2020 τα καινούρια κτίρια να είναι μηδενικών εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα. Για την υλοποίηση του στόχου αυτού, είναι αναγκαίος ο σχεδιασμός των κτιρίων σύμφωνα με τις αρχές της βιοκλιματικής αρχιτεκτονικής, για την ελαχιστοποίηση των ενεργειακών τους αναγκών αλλά και η εφαρμογή συστημάτων Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας για την παραγωγή θερμικής και ηλεκτρικής ενέργειας και την ελαχιστοποίηση έτσι των εκπομπών CO2 στην ατμόσφαιρα από τα ορυκτά καύσιμα. Στην παρούσα διπλωματική εργασία, αναπτύσσονται στρατηγικές που αποσκοπούν στην αρμονική ένταξη των κτιρίων στο φυσικό περιβάλλον, παρουσιάζονται τα θέματα εξοικονόμησης ενέργειας στα κτίρια, διατυπώνονται οι βασικές παράμετροι για την επίτευξη ολιστικής ενεργειακής κάλυψης των κτιρίων και την προετοιμασία του επόμενου βήματος σχετικά με την ενέργεια στα κτίρια για το έτος 2020 και δίνονται νέες τεχνολογικές λύσεις που αναπτύχθηκαν στο εργαστήριο ηλιακής ενέργειας, με σκοπό την βέλτιστη αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας και των άλλων ΑΠΕ στα κτίρια. Στα πλαίσια της πλήρους κάλυψης των κτιριακών ενεργειακών αναγκών από ΑΠΕ και της προώθησης των κτιρίων σχεδόν μηδενικής κατανάλωσης από συμβατικές ενεργειακές πηγές, μελετάται πειραματικά η συμβολή των φωτοβολταϊκών σε δυσμενή κλίση και προσανατολισμό. Εξετάζεται η συνεισφορά διάχυτων ανακλαστήρων στην ενεργειακή τους απόδοση, η επίδραση του υλικού της θερμομόνωσης και του περιορισμού των θερμικών απωλειών. Τέλος, εξετάζεται η αξιοποίηση κάθε τμήματος του κτιρίου που μπορεί να έχει θετική συμβολή στο ενεργειακό θέμα. Έτσι προτείνονται τρόποι τοποθέτησης φωτοβολταϊκών σε οριζόντιες και επικλινείς στέγες και στις προσόψεις των κτιρίων, με προσθήκη ανακλαστήρα όπου είναι δυνατό, που μπορούν να συνεισφέρουν στην επίτευξη μηδενικού ενεργειακού ισοζυγίου στα κτίρια. / In the countries of the European Union the building sector accounts for about 40% of the total energy consumption, so it is necessary that the buildings should be designed in a functional and environmentally-friendly way, in addition to the minimization of of the total energy needs to achieve energy savings. As for the existing buildings, they should be renovated so that maximum energy savings is achieved. On the other hand, the EU’s target for 2020 is that new buildings must be of zero carbon dioxide emissions. For the implementation of this goal, buildings should be designed according to the principles of bioclimatic architecture to minimize energy needs, but also systems of Renewable Energy Sources should be applied to produce thermal energy and electricity, in order to minimize carbon dioxide emissions from fossil fuels. In the present thesis, strategies aiming to harmonic integration of buildings in the natural environment are developed, holistic energy saving aspects for buildings are presented, aspects regarding the next step to the target for 2020 are given, and some new designs of building integrated RES, investigated at the Solar Energy Laboratory, are suggested. Approaching the holistic contribution of the renewable energy sources (RES) to buildings for total cover of their energy demand, and the achievement of nearly zero energy buildings, the contribution of photovoltaics in disadvantageous inclination and azimuth angle is experimentally studied. The contribution of diffuse reflectors to pV’s energy efficiency, the impact of thermal insulation materials and the impact of limitating the thermal losses to PV’s operation, are studied as well. Furthermore, the use of every single part of the building in order to contribute to its energy supply, is considered. Designs for photovoltaic integration on horizontal and inclined roofs and facades are suggested, combined with booster reflector if possible, aiming to achieve zero energy balance of buildings.