Ενεργειακή ανάλυση κτιρίων με ενσωματωμένα φωτοβολταϊκά συστήματα

Ντελαλής, Παναγιώτης; Ntelalis, Panagiotis

dc.contributor.author	Ντελαλής, Παναγιώτης	el
dc.contributor.author	Ntelalis, Panagiotis	en
dc.date.accessioned	2018-03-29T08:34:22Z
dc.date.available	2018-03-29T08:34:22Z
dc.date.issued	2018-03-29
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/46804
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.8107
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Παραγωγή και Διαχείρηση Ενέργειας”	el
dc.rights	Default License
dc.subject	Φωτοβολταϊκά	el
dc.subject	Κτίρια	el
dc.subject	Ενεργειακή ανάλυση κτιρίων	el
dc.subject	Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας	el
dc.subject	ΑΠΕ	el
dc.subject	Προσομοίωση	el
dc.subject	Ηλιακή ενέργεια	el
dc.subject	Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας	el
dc.subject	Photovoltaics	en
dc.subject	BIPV	en
dc.subject	TRNSYS	en
dc.subject	Buildings	en
dc.subject	Building energy analysis	en
dc.subject	Renewable energy sources	en
dc.subject	RES	en
dc.subject	Simulation	en
dc.subject	Solar energy	en
dc.subject	Electricity generation	en
dc.title	Ενεργειακή ανάλυση κτιρίων με ενσωματωμένα φωτοβολταϊκά συστήματα	el
dc.title	Energy analysis of buildings with integrated photovoltaic systems	en
dc.contributor.department	Παραγωγή και Διαχείριση Ενέργειας	el
heal.type	masterThesis
heal.classification	ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΑ	el
heal.classification	Φωτοβολταϊκά συστήματα ενσωματωμένα σε κτίρια	el
heal.classification	ΗΛΙΑΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ	el
heal.classification	ΜΟΝΤΕΛΟΠΟΙΗΣΗ ΚΑΙ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ	el
heal.classification	Ενεργειακή ανάλυση κτιρίων	el
heal.classification	Ενεργειακά αποδοτικά κτίρια	el
heal.classification	PHOTOVOLTAICS	en
heal.classification	Building-integrated photovoltaic systems	en
heal.classification	SOLAR ENERGY	en
heal.classification	MODELING AND SIMULATION	en
heal.classification	Building energy analysis	en
heal.classification	Energy efficient building	en
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/539a861d1833223336e68108413557ca45506b5c
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/e7b90a6ad212d31a3951b11cab47fa22956e9b7a
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/f85383fcd7c211714084d7fca897998d7d759c5d
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/539a861d1833223336e68108413557ca45506b5c
heal.classificationURI	http://id.loc.gov/authorities/subjects/sh96007020
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/e7b90a6ad212d31a3951b11cab47fa22956e9b7a
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/f85383fcd7c211714084d7fca897998d7d759c5d
heal.classificationURI	http://zbw.eu/stw/descriptor/18508-2
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2018-03-07
heal.abstract	Τα φωτοβολταϊκά (ΦΒ) αποτελούν σήμερα ώριμη τεχνολογία, υπάρχουν όμως εφαρμογές τους που ακόμα δεν είναι ιδιαίτερα διαδεδομένες. Η αρχιτεκτονική ενσωμάτωση φωτοβολταϊκών συστημάτων στα κτίρια (Φωτοβολταϊκά Συστήματα Ενσωματωμένα στα Κτίρια, ΦΒΕΚ – Buiding Integrated Photovoltaics, BIPV) είναι μία από αυτές. Η ενσωμάτωση ΦΒ συστημάτων σε κτίρια, υπό την έννοια της υποκατάστασης συμβατικών δομικών υλικών του κελύφους, είναι μια καινοτόμος πρακτική με μεγάλες μελλοντικές προοπτικές, λόγω και της μεγάλης διαθέσιμης επιφάνειας προς εκμετάλλευση. Στο πλαίσιο της συνεχούς προσπάθειας για ευρύτερη εξοικονόμηση ενέργειας στα κτίρια, με πρότυπο τα κτίρια σχεδόν μηδενικής κατανάλωσης ενέργειας, τα ΦΒ συστήματα ενσωματωμένα σε κτίρια έχουν προσελκύσει αυξανόμενο ενδιαφέρον τα τελευταία χρόνια. Ο λόγος είναι ότι προσφέρουν τεράστιο δυναμικό παραγωγής πράσινης ηλεκτρικής ενέργειας, στο σημείο κατανάλωσής της. Η παρούσα εργασία πραγματεύεται την ενεργειακή ανάλυση κτιρίων με ενσωματωμένα φωτοβολταϊκά συστήματα. Για τη θεωρητική θεμελίωση του θέματος, στα πρώτα κεφάλαια παρουσιάζονται θεωρητικά στοιχεία από βιβλιογραφική έρευνα που εκπονήθηκε. Aρχικά παρατίθενται στοιχεία σχετικά με τα κτίρια σχεδόν μηδενικής κατανάλωσης ενέργειας, για τα οποία ιδιαίτερη σημασία έχει η ενσωμάτωση τεχνολογιών ΑΠΕ. Μια από τις περισσότερο πρόσφορες μεθόδους για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, στο σημείο της κατανάλωσής της στα κτίρια, είναι η χρήση ΦΒ συστημάτων. Στα ΦΒ συστήματα πραγματοποιείται συγκομιδή της ηλιακής ενέργειας, οπότε είναι τόσο αναγκαία όσο και ενδιαφέρουσα η παράθεση στοιχείων σχετικών με αυτή. Ακολούθως, παρέχονται τα αποτελέσματα βιβλιογραφικής έρευνας σχετικά με τη φωτοβολταϊκή τεχνολογία στο σύνολό της, με έμφαση στην εφαρμογή της σε πρακτικό επίπεδο. Η σχετική θεωρία παρουσιάζεται ξεκινώντας από τα ΦΒ στοιχεία, που αποτελούν τα “κύτταρα” ενός ΦΒ πεδίου, και καταλήγοντας στο ΦΒ πεδίο και στο ΦΒ σύστημα στο σύνολό του. Η θεωρητική θεμελίωση ολοκληρώνεται με ανάλυση των ενσωματωμένων σε κτίρια ΦΒ συστημάτων. Παρουσιάζονται τα χαρακτηριστικά των συστημάτων αυτών, συμπεριλαμβανομένων των δυνατοτήτων και μεθόδων ενσωμάτωσης, των προϊόντων BIPV που υπάρχουν, των ιδιαιτεροτήτων τους και των προοπτικών για τη μελλοντική ανάπτυξή τους. Για την ευρύτερη ανάπτυξη σε επίπεδο έρευνας και εφαρμογής των συγκεκριμένων ΦΒ συστημάτων, είναι πολύ χρήσιμη η ενεργειακή ανάλυση μέσω προσομοίωσης με λογισμικό Η/Υ. Ένα λογισμικό ενεργειακής προσομοίωσης που προσφέρει πολλές δυνατότητες για το σκοπό αυτό είναι το TRNSYS. Αρχικά γίνεται παρουσίαση του λογισμικού και του τρόπου με τον οποίο μοντελοποιούνται σε αυτό τα ενσωματωμένα σε κτίρια φωτοβολταϊκά, ενώ γίνεται αναφορά και σε σχετικές έρευνες που έχουν γίνει από διάφορους ερευνητές. Απώτερος σκοπός της εκπόνησης και συγγραφής της παρούσας εργασίας είναι η μοντελοποίηση και προσομοίωση με το TRNSYS ενός υποθετικού κτιρίου κατοικίας 100 m2 στην περιοχή της Αθήνας, με ενσωματωμένο διασυνδεδεμένο ΦΒ σύστημα εγκατεστημένης ισχύος αιχμής 4,8 kWp (DC). Με στόχο την ενεργειακή ανάλυση του υπό μελέτη κτιρίου και ΦΒ συστήματος, παρουσιάζονται και αξιολογούνται τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων. Κύριος στόχος της ενεργειακής ανάλυσης είναι η διερεύνηση διαφόρων παραμέτρων του ΦΒ συστήματος, όπως ο προσανατολισμός και η κλίση των ΦΒ πλαισίων, η θερμοκρασία των ΦΒ στοιχείων των πλαισίων, ο βαθμός απόδοσης κ.λπ., καθώς και η αξιολόγηση της ετήσιας παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από το ΦΒ πεδίο. Για την εκτίμηση της παραγόμενης ενέργειας γίνεται χρήση και του διαδικτυακού εργαλείου PVGIS. Επιπλέον, γίνεται διερεύνηση των ενεργειακών απαιτήσεων του κτιρίου για θέρμανση και ψύξη, καθώς και της επίδρασης του ενσωματωμένου ΦΒ πεδίου σε αυτές. Εν τέλει, διαπιστώνεται ότι τα ΦΒ συστήματα ενσωματωμένα σε κτίρια δύνανται να οδηγήσουν σε ένα νέο καθεστώς στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας παγκοσμίως, στο άμεσο μέλλον. Η δικαιολογημένα εδραιωμένη αντίληψη ότι η παραγωγή ενέργειας από φωτοβολταϊκά είναι ακριβή και οικονομικά μη ανταγωνιστική της συμβατικής παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, έχει ήδη αρχίσει να αναστρέφεται σε μεγάλο βαθμό. Η ευρεία ανάπτυξη και εφαρμογή των ενσωματωμένων σε κτίρια ΦΒ συστημάτων είναι, για το λόγο αυτό, αναμενόμενη.	el
heal.abstract	Photovoltaics (PV) is today a mature technology, but there are applications that are still not very widespread. The architectural integration of photovoltaic systems in buildings (Building Integrated Photovoltaics, BIPV) is one of them. The incorporation of PV systems into buildings, in the sense of replacing conventional building envelope materials, is an innovative practice with great future prospects, due to the large exploitable surface. In the context of the ongoing effort to achieve greater energy savings in buildings, with nearly zero energy buildings being the role model, PV systems integrated in buildings have attracted increasing interest in recent years. The reason is that they offer huge potential for green electricity production, at the point of consumption. The present thesis deals with the energy analysis of buildings with integrated photovoltaic systems. In order to form a theoretical foundation of the subject, the first chapters present theoretical framework based on bibliographic research that was elaborated. Firstly, framework regarding nearly zero energy buildings is presented, for which the integration of RES technologies is of particular importance. One of the most convenient methods of producing electricity, at the point of its consumption in buildings, is the use of PV systems. PV systems harvest solar energy, so it is both necessary and interesting to provide data regarding solar energy. Subsequently, the results of bibliographic research on photovoltaic technology in its entirety are provided, with an emphasis on its practical application. The relevant theory is presented starting from the PV cells, which constitute the “cells” of a PV array, and ending in the PV array and total PV system. The theoretical foundation is completed with analysis of PV systems integrated in buildings. The features of these systems are presented, including the capabilities and methods of integration, existing BIPV products, their peculiarities and prospects for their future development. In order to achieve wider research and application development of particular PV systems, energy analysis using computer simulation software is very useful. An energy simulation software that offers many possibilities for this purpose is TRNSYS. Initially, the software and the way it models building integrated photovoltaics are presented, while reference is made to relevant research conducted by various researchers. The ultimate aim of this thesis is the modeling and simulation of a hypothetical 100 m2 residence building in Athens, with a 4.8 kWp (DC) peak power grid-connected BIPV system, using TRNSYS. In order to perform the energy analysis of the building and BIPV system under study, the results of the simulations are presented and evaluated. The main objective of the energy analysis is the investigation of various parameters of the PV system, such as the orientation and slope of the PV modules, the temperature of the PV cells, the PV modules efficiency, etc., as well as the assessment of the annual electricity generation from the PV array. The PVGIS web tool is also used to estimate the energy generated. Furthermore, the energy requirements of the building for heating and cooling, as well as the effect of the BIPV array on them, are investigated. Finally, it is concluded that building integrated PV systems can lead to a new global electricity generation regime in the near future. The justifiably well-established perception that photovoltaic energy production is expensive and economically uncompetitive to conventional energy generation has already begun to be reversed to a large extent. The widespread development and implementation of BIPV systems is therefore expected.	en
heal.advisorName	Κορωνάκη, Ειρήνη	el
heal.committeeMemberName	Ριζιώτης, Βασίλειος	el
heal.committeeMemberName	Ρογδάκης, Εμμανουήλ	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	185 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true