Μελέτη ηλιακής ακτινοβολίας για χρήση σε φωτοβολταϊκά συστήματα (Εφαρμογή σε κτίριο στον Ταύρο Αττικής)

Abstract

Ο σκοπός της διπλωματικής εργασίας ήταν η ανάπτυξη της μεθοδολογίας υπολογισμού της ωριαίας ακτινοβολίας που προσπίπτει στην επιφάνεια ενός κεκλιμένου συλλέκτη σε οποιαδήποτε κλίση και τυχαίο προσανατολισμό λαμβανομένων υπόψιν και τυχόν σκιάσεων από φυσικά εμπόδια. Το δεύτερο μέρος της εργασίας περιλαμβάνει εφαρμογή των παραπάνω σε κτίριο γραφείων στον Ταύρο. Αναπτύχθηκαν δύο μοντέλα υπολογισμού. Το πρώτο μοντέλο υπολογίζει την μέση ωριαία ακτινοβολία κεκλιμένου συλλέκτη για την αντιπροσωπευτική μέρα του μήνα. Η βάση δεδομένων για την υλοποίηση αυτού του μοντέλου προήλθε από την Εθνική Μετεωρολογική υπητεσία. Το δεύτερο μοντέλο υπολογίζει την ωριαία ακτινοβολία κεκλιμένου συλλέκτη για κάθε μέτα του μήνα. Η βάση δεδομένων που χρησιμοποιήθηκε ήταν του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου. Στην συνέχεια αυτά τα δύο μοντέλα συγκρίθηκαν με στατιστικούς ελέγχους για να διαπιστωθεί αν τα αποτελέσματα διαφέρουν σημαντικά ή όχι. Τα αποτελέσματα από το μοντέλο που θεωρήθηκε πιο αξιόπιστο χρησιμοποιήθηκαν στον υπολογισμό της απόδοσης φβ πλαισίων σε κτίριο στον Ταύρο. Διερευνήθηκαν οι επιφάνειες στις οποιές ήταν εφικτό να τοποθετηθούν πλαίσια, η σκίαση αυτών και τελικά επιλέχθηκε η βέλτιστη λύση. Στην συνέχεια, υπολογ΄΄ιστηκε η μέση ωριαία αποδιδόμενη από τα πλαίσια ενέργεια για κάθε μήνα καθώς και το οικονομικό όφελος από την διασύνδεση της εγκατάστασης με το δίκτυο της ΔΕΗ. Υπολογίστηκε επίσης η ενεργειακή κατανάλωση του κτιρίου και διερευνήθηκαν οι δυνατότητες κάλυψης μέρους αυτών των ενεργειακών αναγκών από την φβ εγκατάσταση, παρ' όλο που λόγω τιμολογιακής πολιτικής είναι σε κάθε περίπτωση συμφέρουσα η πώληση της παραγόμενης ενέργειας στην ΔΕΗ. Τέλος, στην περίπτωση όπου η φβ εγκατάσταση συνδέεται σε έναν τυπικό υποσταθμό διανομής της ΔΕΗ, υπολογίστηκε το ποσοστό υποκατάστασης ρεύματος παραγωγής ΔΕΗ από αυτήν. Επίσης, διερευνήθηκε το ποσό της ηλεκτρικής ενέργειας που εξοικονομείται σ' ένα τυπικό οικοδομικό τετράγωνο ύστερα από την εγκατάσταση φβ συστημάτων στα δώματα.

The purpose of this thesis was to develop the methology for the calculation of the hourly radiation incident on the surface of a collector inclined at any angle, with taking into account a random orientation and any possible shades because of natural obstacles. The second part includes the application of the above in an office building in Tauros, Athens. There were developed two different models for calculation of the above. The first one calculates the average hourly solar radiation of an inclined collector for the most representative day of each month of the year. The database for the application of this model was taken from the National Weather Service. The second one calculates the hourly radiation of an inclined collector for every day of every month of the year. The database for this application was taken from the National Technical University. Then these two models were compared with statistical tests to determine if the differences of their results are significant. The results of the most accurate model were used to calculate the performance of the pv modules in the application building in Tauros, Athens. There were explored all the possible surfaces to place the modules and their shades and the optimum solution was selected. Then, there were calculated the average hourly output energy of the modules for every month and the economic benefits of the connection of the installation to the electricity distribution networkof their PPC. It was also calculated the energy consumption of the building and the potential part coverage of the building energy needs from the pv installation, although the sale of the produced energy to the PPC is in every case economical. Finally, in the case where the pv installation is connected to a typical PPC distribution substation, the percentage of the PPC electrical current substitutedwas calculated. Furthermore, an approximation of the electrical saving is estimated, if pv panels were installed on the terraces of the buildings in a typical structural block.