title: Βελτιστοποίηση της διαχείρισης ενέργειας κτηρίου με φωτοβολταϊκά συστήματα και κυψέλες καυσίμου
title: Optimization of energy management in building with photovoltaic systems and fuel cells

Creators: name: Μαντελος Βασιλειος
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2024

description: Ο βασικός στόχος της συγκεκριμένης διπλωματικής εργασίας είναι η βελτιστοποίηση της διαχείρισης ενέργειας συστήματος που μπορεί να καλύψει τα ηλεκτρικά αλλά και θερμικά φορτία ενός κτηρίου. Το σύστημα αυτό, στην αρχική του μορφή, αποτελείται από συστοιχία φωτοβολταϊκών (Φ/Β) σαν κύρια πηγή ενέργειας του συστήματος, κυψέλη καυσίμου ως συμπληρωματική πηγή ηλεκτρικής και θερμικής ενέργειας του συστήματος και συστοιχία μπαταριών που λειτουργεί εξίσου συμπληρωματικά για την κάλυψη των φορτίων σε ώρες αιχμής. Στην εργασία αρχικά μελετώνται και αναλύονται τα υποσυστήματα που απαρτίζουν το βασικό σύστημα. Συγκεκριμένα, παρουσιάζονται και αναλύονται τόσο τα τεχνικά χαρακτηριστικά όσο και ο τρόπος λειτουργίας των Φ/Β πλαισίων, των κυψελών καυσίμου, των μπαταριών αλλά και του συστήματος ηλεκτρόλυσης που είναι υπεύθυνο για την παραγωγή υδρογόνου σε κάποιες περιπτώσεις. Στην συνέχεια, γίνεται μια σύντομη ανάλυση του αλγορίθμου Particle Swarm Optimization (PSO) που χρησιμοποιείται στην βελτιστοποίηση της ενεργειακής διαχείρισης με στόχο την ελαχιστοποίηση του κόστους του συστήματος αλλά και του αλγορίθμου Εξαντλητικής Αναζήτησης (Exhaustive Search), ο οποίος επαληθεύει και επιβεβαιώνει το αποτέλεσμα της PSO. Έπειτα, παρουσιάζεται η προσομοίωση του συστήματος στην βασική του μορφή αλλά και σε διαφοροποιημένες μορφές, με στόχο την παρατήρηση της συμπεριφοράς του συστήματος και του κόστους σε κάποιες παραλλαγές. Η συμπεριφορά αυτή αποτυπώνεται στα αποτελέσματα μέσω γραφημάτων που προέκυψαν από την υλοποίηση του κώδικα στο πρόγραμμα Matlab. Τέλος, αναφέρονται συμπεράσματα και παρατηρήσεις σχετικά με την απόδοση λειτουργίας αλλά και το οικονομικό κόστος του συστήματος ανάλογα με την δομή του και τις διαφορετικές κρίσιμες συνθήκες που εξετάζονται.
description: The current thesis is formulated to enhance the energy management of a system capable of covering both the electrical and thermal loads of a building. Initially, the basic system form comprises a photovoltaic array as the primary energy source, fuel cells as a supplementary source of electrical and thermal energy, and a battery bank that operates equally supplementarily to cover loads during peak hours. In the thesis, the subsystems and components that constitute the core system are initially studied and analyzed. Specifically, the characteristics and operation of photovoltaic modules, fuel cells, batteries, and an electrolyzer, which is used for ‘green’ hydrogen production in certain cases, are presented. Subsequently, a brief analysis of the Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm used for optimizing the energy management and system cost is conducted, along with the Exhaustive Search algorithm, which verifies and confirms the results obtained by PSO. Next, the system’s simulation is examined and applied in its basic form but also in different variations, aiming to outcome some useful conclusions for the technical behavior and the financial results under various scenarios. The results are depicted through graphs generated from the implementation of the algorithm coded in Matlab. Finally, conclusions and observations regarding the performance and the cost of the system are discussed based on its structure and the different critical conditions considered.