Βελτιστοποίηση της παραγωγής ενέργειας από φωτοβολταϊκά με την χρήση τεχνολογιών ενσωματωμένων συστημάτων και IoT

Abstract

Αυτή η Διπλωματική εργασία γράφτηκε στα πλαίσια του Μεταπτυχιακού Προγράμματος Σπουδών «Ηλεκτρικές και Ηλεκτρονικές Επιστήμες μέσω Έρευνας» του τμήματος Ηλεκτρολόγων και Ηλεκτρονικών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Δυτικής Αττικής. Το αντικείμενο της εργασίας αφορά την αξιολόγηση των ενσωματωμένων συστημάτων και συμπληρωματικά των IoT τεχνολογιών που χρησιμοποιούνται για την βελτιστοποίηση της παραγόμενης ενέργειας από Φ/Β συστήματα. Οι τεχνολογίες που χρησιμοποιούνται για την ενεργειακή βελτιστοποίηση του Φ/Β συστήματος είναι η τοπολογία string inverter, οι DC-DC power optimizers, οι microinverters και τα cell string οoptimizers. Για την αξιολόγηση αυτών των τεχνικών χρησιμοποιούνται δύο λογισμικά προγράμματα το PVSYST και το HOMER Grid. Η πρώτη μελέτη περίπτωσης αφορά την προσομοίωση πραγματικού διασυνδεδεμένου Φ/Β συστήματος ισχύος 9,84kWp. Η δέυτερη μελέτη περίπτωσης αφορά την προσομοίωση διαφόρων ειδών σκίασης για το Φ/Β σύστημα αναφοράς καθώς επίσης και την προσομοιώση ενός Demand-Response προγράμματος για την κάλυψη των ενεργειακών αναγκών του κτιρίου επί του οποίου υφίσταται το Φ/Β σύστημα. Το συγκεκρκιμένο τμήμα αυτής της εργασίας παρουσιάστηκε στο συνέδριο TMREES Conference Series : Technologies and Materials for Renewable Energy, Environment and Sustainability, τον Σεπτέμβριο του 2019, ενώ δημοσιεύτηκε στο AIP Confernce Proceedings στις 11 Δεκεμβρίου 2019 (AIP Conference Proceedings 2190, 020053 (2019); https://doi.org/10.1063/1.5138539). Ολόκληρο το άρθρο παρατίθεται στο Παράρτημα 1. Η τρίτη μελέτη περίπτωσης αφορά ένα οικιακό Φ/Β σύστημα το οποίο κατά καιρούς λειτούργησε με power optimizers αλλά και με string inverter μόνο και για το οποίο υπάρχουν καταγεγραμμένα στοιχεία και πληροφορίες τεσσάρων ετών για την παραγόμενη ενέργεια του. Ακολουθεί παράθεση και σύγκριση των δεδομένων του συστήματος, ενώ τέλος αναπτύσσεται μοντέλο προσομοίωση στο PV Syst με σκοπό να συγκριθούν τα πραγματικά δεδομένα με τα αποτελέσματα της προσομοίωσης. Ο κύριος στόχος της εργασίας είναι η ανάδειξη της καλύτερης τοπολογίας για την βελτιστοποίηση της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας από Φ/Β συστήματα που παρουσιάζουν ανομοιομορφία στην παραγωγή των επιμέρους πλαισίων της λόγο πιθανών σκιάσεων από διπλανά εμπόδια. Να συγκρίνει σε τεχνοοικονομικό επίπεδο τις νέες πολλά υποσχόμενες τεχνολογίες και να αξιολογήσει τα περιβαλλοντολογικά οφέλη σε σχέση με τις συμβατικές τεχνολογίες που χρησιμοποιούνται σε εγκαταστάσεις Φ/Β συστημάτων. Να επισημάνει τα πολλαπλά οφέλη της επιλογής ενός Demand Response προγράμματος με διασυνδεδεμένο Φ/Β σύστημα και τέλος να παραθέσει και να συγκρίνει στοιχεία μιας πραγματικής εγκατάστασης με τοπολογία power optimizers και string inverter. Η έρευνα για την ολοκλήρωση της συγκεκριμένης εργασίας βασίζεται στην βιβλιογραφική ανασκόπηση στο ευρύτερο πεδίο, στην παράθεση πραγματικών μεγεθών που αφορούν υφιστάμενο Φ/Β σύστημα και τις προσομοιώσεις των διαφόρων συστημάτων και καταστάσεων λειτουργίας τους, με τα αναφερθέντα λογισμικά πακέτα. Το πρώτο κεφάλαιο αναφέρεται στην έρευνα που έχει γίνει στον τομέα και δίνονται πληροφορίες για την επικρατούσα κατάσταση στον Ελλαδικό χώρο. Στο 2ο κεφάλαιο δίνονται τεχνικές πληροφορίες αλλά και όλα τα αποτελέσματα των επι μέρους τμημάτων της έρευνας. Αρχικά για την εγκατάσταση του Φ/Β συστήματος της πρώτης μελέτης περίπτωσης γίνεται προσομοίωση με την χρήση του PVSYST όλων των διαθέσιμων τοπολογιών. Στην συνέχεια γίνεται προσομοίωση διαφόρων ειδών σκίασης και ενσωμάτωση ενός Demand Response προγράμματος με το διασυνδεδεμένο Φ/Β σύστημα αναφοράς. Τέλος στο ίδιο κεφάλαιο παρατίθενται και συγκρίνονται δεδομένα και πληροφορίες από εν λειτουργία Φ/Β σύστημα με σύνθεση string inverter αλλά και τεχνολογίας maximizers. Στο 3ο κεφάλαιο συζητιούνται τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων αλλά και η σύγκριση των πραγματικών δεδομένων και εξάγονται τα τελικά συμπεράσματα πάνω στα αποτελέσματα των σεναρίων της κάθε μελέτης περίπτωσης ξεχωριστά.