Παραμετρική Ανάλυση Ν - πλήθους Υβριδικών Φωτοβολταϊκών / Θερμικών Συλλεκτών νερού συνδεμένων σε σειρά

Abstract

Η συγκεκριμένη διπλωματική εργασία πραγματεύεται ένα φλέγων και επίκαιρο αντικείμενο, το οποίο έχει να κάνει με ηλιακά συστήματα ενσωματωμένα σε κτίρια (Building Integrated Solar Systems). Τα συγκεκριμένα ηλιακά συστήματα θα αντικαταστήσουν σταδιακά τα συμβατικά υλικά που χρησιμοποιούνται στα περιβλήματα των κτιρίων, όπως για παράδειγμα οι οροφές, οι φεγγίτες και οι προσόψεις. Επιπλέον, βασικός στόχος αυτής της διπλωματικής είναι να αποδείξει ότι τα υβριδικά φωτοβολταϊκά συστήματα, ανεξάρτητα από τις μεταβολές του περιβάλλοντος, τις συνθήκες που επικρατούν και τις αλλαγές στη δομή τους, είναι αποδοτικότερα σε σχέση με τα κλασσικά φωτοβολταϊκά συστήματα. Σε αντίθεση με τα κλασσικά φωτοβολταϊκά, τα οποία παράγουν μόνο ηλεκτρική ενέργεια, τα υβριδικά φωτοβολταϊκά παράγουν και ηλεκτρική και θερμική ενέργεια. Επίσης, μέσω της διπλωματικής, θα αποδειχθεί ότι τα φωτοβολταϊκά και πόσο μάλλον τα υβριδικά φωτοβολταϊκά, δεν αποτελούν μόνο συστήματα παραγωγής ενέργειας, αλλά και δομικά στοιχεία των κτιρίων, τα οποία επηρεάζουν τα θερμικά και ψυκτικά φορτία. Αρχικά, στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μια εισαγωγή στις βασικές έννοιες της φωτοβολταϊκής τεχνολογίας και στα υβριδικά φωτοβολταϊκά. Στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζεται η δομή του υβριδικού φωτοβολταϊκού που θα εξεταστεί και θα συγκριθεί με ένα κλασσικό φωτοβολταϊκό. Στο τρίτο κεφάλαιο εξετάζονται τρεις περιπτώσεις δομικών στοιχείων για ένα κτίριο. Η πρώτη έχει να κάνει με κτίριο, του οποίου ο τοίχος έχει διπλή στρώση από τούβλα με κενό ανάμεσα τους, η δεύτερη με κτίριο του οποίου ο τοίχος είναι της ίδιας σύστασης, αλλά έχει και εξωτερική μόνωση και η τρίτη με ένα κλασσικό φωτοβολταϊκό πάνω στον τοίχο του κτιρίου της πρώτης περίπτωσης. Ουσιαστικά, στο συγκεκριμένο κεφάλαιο δίνεται το τυπολόγιο, μέσω του οποίου γίνεται ο υπολογισμός της ηλεκτρικής απόδοσης του φωτοβολταϊκού και των θερμικών κερδών και απωλειών που υπάρχουν στο κτίριο. Στο τέταρτο κεφάλαιο εξετάζονται τα ίδια πράγματα με το προηγούμενο κεφάλαιο, με τις μόνες εξαιρέσεις ότι στην τρίτη περίπτωση ενσωματωμένο στον τοίχο του κτιρίου είναι το υβριδικό φωτοβολταϊκό και υπολογίζεται επιπλέον και η θερμική του απόδοση. Στο πέμπτο κεφάλαιο δίνεται το τυπολόγιο που αφορά την προσπίπτουσα ακτινοβολία. Τέλος, στο έκτο και στο έβδομο κεφάλαιο δίνονται ενδεικτικά αποτελέσματα που προέκυψαν τρέχοντας στην γλώσσα προγραμματισμού του Excel, Visual Basic, το τυπολόγιο του τρίτου, του τέταρτου και του πέμπτου κεφαλαίου. Τα αποτελέσματα αυτά απεικονίζονται σε διαγράμματα και αφορούν κατά κύριο λόγο τις μεταβολές των βαθμών απόδοσης και των θερμικών κερδών και απωλειών, κατά την διάρκεια μιας ημέρας του Χειμώνα και μιας ημέρας του Καλοκαιριού. This thesis project deals with a hot subject, which has to do with solar systems integrated into buildings (Building Integrated Solar Systems). These solar systems will gradually replace conventional materials used in building enclosures, such as roofs, skylights and facades. Moreover, the main objective of this project is to demonstrate that hybrid photovoltaic systems, regardless of environmental changes, the circumstances and the changes in their structure is more efficient compared to conventional photovoltaic systems. Unlike conventional photovoltaic systems, which only generate electricity, hybrid photovoltaic systems produce electrical and thermal energy. Also, through this thesis project, it will be proved that photovoltaic systems, let alone hybrid photovoltaic systems, are not only energy production systems, but structural elements of buildings too, which affect the heating and cooling loads. Initially, the first chapter is an introduction to the basics of photovoltaic systems and hybrid photovoltaic systems. The second chapter presents the structure of the hybrid photovoltaic system, that will be reviewed and compared with a conventional photovoltaic system. The third chapter examines three cases of structural elements of a building. The first has to do with a wall with double layer of bricks and space between them, the second with a wall of the same structure, but also with external insulation and the third with an ordinary photovoltaic system over the wall of the first indent. Essentially, this chapter is given the formula, through which the electrical efficiency of photovoltaic system and thermal gains and losses will be calculated. The fourth chapter examines the same things with the previous chapter, with the only exception that in the third case built into the building wall is the hybrid photovoltaic system and the thermal efficiency will be calculated too. In the fifth chapter is given the formula of the incident radiation. Finally, the sixth and the seventh chapters provide ostensive results obtained by running in the programming language of Excel, Visual Basic, the formula of third and fourth chapter. These results are depicted in diagrams and have to do mainly with the changes in the efficiency of photovoltaic systems and in thermal gains and losses during a day of winter and a day of summer.