Προσομοίωση και έλεγχος παραγωγής και διανομής ηλιακής
ενέργειας αυτόνομης πλωτής κατασκευής

Μπεθάνης, Χρήστος

dc.contributor.author	Μπεθάνης, Χρήστος
dc.date.accessioned	2020-11-21T10:37:20Z
dc.date.available	2020-11-21T10:37:20Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/51986
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.19684
dc.rights	Default License
dc.subject	προσομοίωση, ηλιακή ενέργεια, μικροελεγκτής, ενεργειακή αυτονομία, έλεγχος διανομής ενέργειας	el
dc.subject	simulation, solar energy, microcontroller, energy autonomous system, energy distribution control	en
dc.title	Προσομοίωση και έλεγχος παραγωγής και διανομής ηλιακής ενέργειας αυτόνομης πλωτής κατασκευής	el
dc.contributor.department	Συστήματα Αυτοματισμού	el
heal.type	masterThesis
heal.classification	Συστήματα Αυτοματισμού	el
heal.classification	Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2020-07-22
heal.abstract	Η παρούσα μεταπτυχιακή εργασία αποτελείται από δύο τμήματα, τα οποία συμπληρώνουν το ένα το άλλο, με σκοπό την συνολική προσέγγιση ενός συστήματος για την παραγωγή, αποθήκευση και διανομή ηλεκτρικής ενέργειας, προερχόμενη από φωτοβολταϊκά πάνελ, για την κάλυψη των ενεργειακών απαιτήσεων μιας πλωτής διάταξης συλλογής και μετάδοσης οπτικών δεδομένων. Το πρώτο τμήμα της εργασίας είναι η προσομοίωση μιας γενικής διάταξης, σε περιβάλλον Simulink, που αποτελείται από φωτοβολταϊκά πάνελ, ηλεκτρικά φορτία και μπαταρίες που αποθηκεύουν ηλεκτρική ενέργεια ώστε να τροφοδοτούν με ηλεκτρική ισχύ τα φορτία της διάταξης για όση διάρκεια δεν προσλαμβάνεται η απαιτούμενη ηλεκτρική ισχύς μέσω των φωτοβολταϊκών πάνελ. Στο δεύτερο τμήμα της εργασίας παρουσιάζεται η σύνθεση, η κατασκευή και οι δοκιμές μιας υπό κλίμακα διάταξης παραγωγής, αποθήκευσης, διανομής και κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας προερχόμενη από φωτοβολταϊκά πάνελ. Για την προσομοίωση χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα ηλιακής ακτινοβολίας, χωρικά βελτιστοποιημένα για την περιοχή της Αθήνας, βήματος τριών ωρών. Συγκεκριμένα χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα από 1/1/1979 έως και 31/12/2016. Τα δεδομένα αυτά παραχωρήθηκαν σε εμάς μαζί με επιπλέον δεδομένα για ορισμένα γεωγραφικά σημεία της Ελλάδας που βρίσκονται σε ανοιχτή θάλασσα. Με αυτό τον τρόπο, το μοντέλο προσομοίωσης είναι εφαρμόσιμο και σε ορισμένες επιθυμητές θαλάσσιες τοποθεσίες. Στα δεδομένα ηλιακής ακτινοβολίας εφαρμόστηκε γραμμική παλινδρόμηση για να εξάγουμε μια συνεχή, ως προς τον χρόνο, προσέγγιση. Στο περιβάλλον του Simulink, χρησιμοποιώντας την βιβλιοθήκη Simscape Electrical, συντέθηκε γενική διάταξη, αποτελούμενη από τα φωτοβολταϊκά πάνελ, τα ηλεκτρικά φορτία και τις μπαταρίες, η οποία βασίζεται σε “block” που μας δίνουν την δυνατότητα παραμετροποίησης των χαρακτηριστικών και του τύπου τους. Επιπλέον, για τα φωτοβολταϊκά πάνελ παρέχεται και η δυνατότητα επιλογής του ακριβούς μοντέλου φωτοβολταϊκού πάνελ από την βιβλιοθήκη που παρέχεται από το περιβάλλον προσομοίωσης. Η προσομοίωση που αναπτύχθηκε δύναται να μας πληροφορήσει για το πώς κυμαίνεται μια πληθώρα από σημαντικά μεγέθη, όπως είναι το ποσοστό φόρτισης των μπαταριών και η παραγόμενη από τα πάνελ ηλεκτρική ισχύς, για μεγάλα χρονικά διαστήματα παρελθοντικών πραγματικών δεδομένων που εν τέλει, δίνουν πληροφορίες για τις πιο δυσμενείς περιπτώσεις που μπορούν να προκύψουν βάσει της διαστασιολόΓησης και της επιλογής των αποτελούμενων στοιχείων. Σε δεύτερο στάδιο κατασκευάστηκε μία υπό κλίμακα διάταξη αποτελούμενη από έναν μικροελεγκτή για τον έλεγχο των φορτίων και τη μέτρηση της ηλεκτρικής τάσης των μπαταριών, τέσσερα φωτοβολταϊκά πάνελ, τρεις μπαταρίες, μια ηλεκτρονική διάταξη για την ενεργοποίηση των ηλεκτρικών φορτίων από τον μικροελεγκτή και τρεις αντιστάσεις ισχύος. Η διάταξη τοποθετήθηκε σε εξωτερικό χώρο για να δοκιμαστεί σε πραγματικές συνθήκες και να διασταυρωθούν τα αποτελέσματα των δοκιμών και τα αποτελέσματα που προκύπτουν από την προσομοίωση για μία διάταξη με τα ίδια χαρακτηριστικά. Συνοψίζοντας την συγκριτική ανάλυση των δύο σταδίων της εργασίας, τα αποτελέσματα που προκύπτουν είναι πολύ ικανοποιητικά, καθώς όσον αφορά τα συμπεράσματα για το ελάχιστο ποσοστό φόρτισης των μπαταριών κατά την διάρκεια της νύχτας, που είναι και το πιο κρίσιμο μέγεθος για να μην απενεργοποιηθεί η διάταξη, το μοντέλο της προσομοίωσης προσέγγισε την συμπεριφορά της διάταξης με ικανοποιητική ακρίβεια.	el
heal.abstract	This thesis consists of two complementary sections, which approach a solar system for the production, storage and distribution of electricity produced from photovoltaic panels to meet the energy requirements of a floating device that collects and transmits optical data. The first section is a simulation of a generic appliance, created in the Simulink environment, consisting of photovoltaic panels, electrical charges and batteries that store electricity to power the loads of the device for as long as the photovoltaic panels cannot provide the required electrical power. The second section presents the design, construction and testing of a small-scale solar device for the production, storage, distribution and consumption of electric energy produced from photovoltaic panels. For the part of the simulation, localized irradiation data were used for the area of Athens in a three-hour step. Specifically, the data that were used are from 1/1/1979 until 31/12/2016. This data was provided to us together with additional irradiance data for some specific geographical locations located on the Greek seas. In this way, it is possible to further apply the simulation model to some desired marine locations. Linear interpolation was applied to the irradiance data to derive a continuous time approach. In the Simulink environment, using the Simscape Electrical library, we composed a general layout consisting of photovoltaic panels, electrical charges and batteries which are based on “blocks” that allow us to configure their type and characteristics. Specifically for the photovoltaic panels, the user could also select the exact model of the photovoltaic panel from the library provided by the simulation environment. The simulation developed can inform us how a variety of important quantities, such as the state of charge of the battery and the electrical power generated by the panels, fluctuate over long periods of past real data that ultimately inform us of the most adverse cases that may happen based on the sizing and selection of the constituent components. Following the simulation, a small scale appliance was manufactured consisting of a microcontroller to control the loads and measure the electrical voltage of the batteries, four photovoltaic panels, three batteries, an electronic device for activating the electric charges by the microcontroller and three power resistors. The appliance was placed outdoors to be tested in real conditions and to cross-check the operation results and the results obtained from the simulation based on a layout with the same characteristics. Summing up, the results obtained were quite satisfactory since the state of charge of the battery during the night, which is the most critical size in order the device to remain turned on, the simulation model approached the behavior of the device with satisfactory accuracy.	en
heal.advisorName	Παπαλάμπρου, Γεώργιος
heal.committeeMemberName	Παπαδόπουλος, Χρήστος
heal.committeeMemberName	Κυριακόπουλος, Κωνσταντίνος
heal.academicPublisher	Σχολή Ναυπηγών Μηχανολόγων Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.fullTextAvailability	false