title: Αξιολόγηση ενσωματωμένων σε κτίριο ημιπερατών φωτοβολταϊκών (BIPV) σε μεσογειακές συνθήκες. Φωτισμός, ενέργεια, περιβάλλον
title: Evaluation of building integrated semi-transparent photovoltaics (BIPV) in Mediterranean conditions. Lighting, energy, environment
Creators: name: Παπαγεωργιου Κωνσταντινος
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2020

description: Σκοπός της συγκεκριμένης εργασίας είναι η αξιολόγηση ενσωματωμένων σε κτίριο ημιπερατών φωτοβολταϊκών σε μεσογειακό κλίμα, σε τρεις άξονες: τον εσωτερικό φωτισμό, την παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια και το περιβάλλον όσον αφορά τις εκπομπές ρύπων στην ατμόσφαιρα. Το ερώτημα που τίθεται είναι κατά πόσο, με κριτήριο τους τρεις αυτούς άξονες, είναι βιώσιμη η επιλογή ημιπερατών φωτοβολταϊκών.
Κατά την εκπόνηση της παρούσας εργασίας αρχικά μελετήθηκε η επίδραση που υπάρχει στο φυσικό φωτισμό του εσωτερικού του υπό μελέτη χώρου με την τοποθέτηση ημιπερατών φωτοβολταϊκών έναντι των κλασσικών υαλοπινάκων. Έγιναν προσομοιώσεις φωτεινότητας με τρεις διαφορετικές διαπερατότητες, 10%, 50% και 85% με τις πρώτες δύο διαπερατότητες να αντιστοιχούν σε δύο ημιπερατά φωτοβολταϊκά και την τρίτη να αντιστοιχεί στους ήδη υπάρχοντες υαλοπίνακες. Οι προσομοιώσεις αυτές έγιναν για τα δύο ηλιοστάσια και τις δύο ισημερίες του χρόνου και για τρεις διαφορετικές ώρες της μέρας, ώστε να δημιουργηθεί μια αντιπροσωπευτική εικόνα της φωτεινότητας για όλο το χρόνο. Στη συνέχεια, έγιναν πραγματικές μετρήσεις της φωτεινότητας στο πεδίο για δύο από τις τέσσερεις μέρες που έγιναν οι προσομοιώσεις, ώστε να υπολογιστεί η απόκλιση που έχει η προσομοίωση από την πραγματικότητα. Υπολογίστηκε μια απόκλιση της τάξης του 16%. Έπειτα, έγινε φωτοτεχνική μελέτη του εξεταζόμενου χώρου, στην οποία τοποθετήθηκαν οι απαραίτητοι λαμπτήρες τελευταίας τεχνολογίας συνολικής ισχύος 678W, οι οποίοι δημιουργούν τον κατάλληλο φωτισμό κάτω από οποιεσδήποτε συνθήκες φυσικού φωτισμού. Υπολογίστηκε ότι η ενέργεια που χρειάζονται οι λαμπτήρες αυτοί για να λειτουργούν κατά τις ώρες λειτουργίας του κτιρίου είναι 1.9MWh/a. Επιπλέον, έγινε προσομοίωση της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από τα ημιπερατά φωτοβολταϊκά κάθε διαπερατότητας και υπολογίστηκε και το ποσοστό κάλυψης των ενεργειακών αναγκών του ΜΗΠΕΡ. Υπολογίστηκαν, επίσης, και οι ετήσιες εκπομπές ισοδύναμου CO2 που αποφεύγονται με τη χρήση των ημιπερατών φωτοβολταϊκών για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας στην Κρήτη (3.8tn eq CO2-eq /a).
Τέλος, με γνώμονα τους τρεις προαναφερθέντες άξονες, έγινε επιλογή του βέλτιστου σεναρίου, το οποίο είναι η τοποθέτηση φωτοβολταϊκών διαπερατότητας 50% στην οροφή του κτιρίου.
description: The purpose of this Diploma Thesis is to evaluate building integrated semi-transparent photovoltaics in a Mediterranean climate, in three axes: indoor lighting, electricity generation and the environment, in terms of air emissions. The question is whether, according to these three axes, the choice of transparent photovoltaics is sustainable or not.
During the elaboration of the present Diploma Thesis, the effect on the interior natural lighting of the studying space was initially evaluated by placing semi-transparent photovoltaics against the classical glass panels. Daylight simulations were performed with three different transparencies, 10%, 50% and 85% with the first two transparencies corresponding to two semi-transparent photovoltaics and the third one corresponding to the already existing glass panels. These simulations were performed for the two solstices and the two equinoxes of the year and for three different hours of the day, in order to create a representative picture of the daylight for the whole year. Then, real measurements of the daylight were made in the field for two of the four days of the simulations, in order to calculate the deviation of the simulation from the reality. A deviation of 16% was calculated. Then, a lighting design of the area under consideration was carried out, in which the necessary state-of-the-art lamps with a total power of 678W were placed. Those lamps create the appropriate lighting conditions under any daylight condition. It was estimated that the energy required for these lamps to operate during the building’s operating hours is 1.9MWh/a. In addition, the production of electricity from the semi-transparent photovoltaics of each transparency was simulated and the percentage of coverage of the energy needs of the Environmental Engineering buildings was calculated. The annual emissions of equivalent CO2 that are avoided by the use of semi-transparent photovoltaics for the production of electricity in Crete (3.8tn CO2-eq/a) were also calculated.
Finally, based on the three aforementioned axes, the optimal scenario was selected, which is the placement of 50% transparent photovoltaic on the roof of the building.