title: Επίλυση προβλημάτων σχεδιασμού και λειτουργίας φωτοβολταϊκών συστημάτων με χρήση υπολογιστικών φύλλων
title: Solving design and operation problems of photovoltaic systems using spreadsheets
Creators: name: Ψημενος Ευαγγελος
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2023

description: Ο σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη των διαφόρων πτυχών της φωτοβολταϊκής τεχνολογίας και η ανάπτυξη υπολογιστικών φύλλων Excel για την επίλυση προβλημάτων που σχετίζονται με αυτήν. 
Το υλικό της εργασίας, παράλληλα με την επίλυση των αντίστοιχων προβλημάτων, παρουσιάζονται προοδευτικά: από την μελέτη του διαθέσιμου πόρου στο πρώτο κεφάλαιο (ηλιακή ακτινοβολία), στην ανάλυση των τεχνολογιών δέσμευσης του πόρου στο δεύτερο κεφάλαιο (φωτοβολταικά κελιά και πλαίσια) καταλήγοντας στην μελέτη των συστημάτων αυτής της τεχνολογίας στο τρίτο κεφάλαιο (φωτοβολταϊκά συστήματα). 
Αναλυτικότερα, στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται εισαγωγή σε βασικές έννοιες που αφορούν την σχετική κίνηση Γης – Ηλίου και τα διάφορα χαρακτηριστικά της ηλιακής ακτινοβολίας, (π.χ. η ηλιακή απόκλιση δ και η ηλιακή σταθερά G). Έπειτα γίνεται περιγραφή ενός από τα πολυάριθμα μοντέλα εκτίμησης της ηλιακής ακτινοβολίας, το μοντέλο Lui – Jordan. Το πρόβλημα που επιλύεται με την βοήθεια του Excel σε αυτό το κεφάλαιο αποτελεί εφαρμογή αυτού του μοντέλου με σκοπό την εκτίμηση της ηλιακής ακτινοβολίας που προσπίπτει σε μια επιφάνεια συγκεκριμένης κλίσης δεδομένου των αντίστοιχων μετρήσεων για μια επίπεδη επιφάνεια. 
Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται μια εις βάθος μελέτη της φωτοβολταϊκής τεχνολογίας ξεκινώντας από το δομικό της στοιχείο, δηλαδή το φωτοβολταϊκό κελί, και ύστερα επεκτείνεται στα φωτοβολταϊκά πλαίσια.  Μετά από την περιγραφή του φωτοβολταϊκού φαινομένου και της λειτουργίας των φωτοβολταϊκών κελιών παρουσιάζονται τα μαθηματικά μοντέλα των φωτοβολταϊκών κελιών και πλαισίων. Επιπλέον, αναλύεται η επίδρασης της θερμοκρασίας και της ηλιακής ακτινοβολίας στην απόδοση της φωτοβολταϊκής τεχνολογίας. Τα προβλήματα που επιλύονται με την βοήθεια του Excel στο δεύτερο κεφάλαιο εστιάζουν στην σχεδίαση της χαρακτηριστικής καμπύλης έντασης – τάσης τόσο για ένα φωτοβολταϊκό κελί όσο και για ένα πλαίσιο καθώς και στην μελέτη της επίδρασης της θερμοκρασίας και της ηλιακής ακτινοβολίας βάσει της προηγούμενης ανάλυσης. 
Τέλος, στο τρίτο κεφάλαιο περιγράφεται ο περιφερειακός εξοπλισμός των φωτοβολταϊκών όπως μπαταρίες, αντιστροφείς, ρυθμιστές φόρτισης κ.α., οι διάφοροι συνδυασμοί του οποίου δημιουργούν τα φωτοβολταϊκά συστήματα. Το πρόβλημα του τρίτου κεφαλαίου που επιλύεται με την βοήθεια του Excel αφορά τον σχεδιασμό και την ανάλυση ενός φωτοβολταϊκού συστήματος για μια αυτόνομη οικία. 
Κατά την ανάπτυξη των υπολογιστικών φύλλων στο Excel, ο στόχος ήταν η μέγιστη δυνατή αυτοματοποίηση της επίλυσης των προβλημάτων. Σε κάθε φύλλο, η θεμελιώδης λογική είναι πως ο χρήστης συμπληρώνει τα δεδομένα εισόδου του εκάστοτε προβλήματος και η επίλυση του γίνεται αυτόματα και με την ελάχιστη δυνατή συμμετοχή του χρήστη. 
Η παρούσα διπλωματική εργασία μπορεί να θεωρηθεί ως ένα εύχρηστο και διαδραστικό εργαλείο εκπαίδευσης που απευθύνεται σε όσους ενδιαφέρονται για την φωτοβολταϊκή τεχνολογία.
description: The purpose of this thesis is to study the various aspects of photovoltaic technology and to develop Excel worksheets which solve problems related with it. 
The material of the study, along with the solution to the corresponding problems, is presented progressively: from the study of the available resource (solar radiation) in chapter 1, to the analysis of the technologies which captures that resource (photovoltaic cells and panels) in chapter 2, ending with the study of systems of these technologies (photovoltaic systems) in chapter 3. 
Specifically, the first chapter introduces basic concepts concerning the relative motion of the Earth and the Sun as well as the various characteristics of solar radiation (e.g., sun deviation and solar constant). Then follows the description of one of the many models which are used to estimate solar radiation, namely the Lui – Jordan model. The problem solved with the help of Excel in this chapter is an application of this model in order to estimate the solar radiation incident on a surface of a specific slope given the corresponding measurements for a flat surface.
The second chapter includes an in – depth analysis of the photovoltaic technology beginning from its structural element i.e., the photovoltaic cell which then expands to the photovoltaic panel. Having described the photovoltaic phenomenon and the working principles of the photovoltaic cells, the mathematical models of the photovoltaic cells and panels are presented. In addition, the effect of temperature and solar radiation on the performance of photovoltaic technology is analyzed. The problems solved with the help of Excel in the second chapter focus on drawing the characteristic curve of current and voltage for both a photovoltaic cell as well as a panel and studying the effect of temperature and solar radiation based on the previous analysis.
Finally, the third chapter describes photovoltaics’ peripheral equipment such as batteries, inventers, charge regulators and more, the combination of which creates various photovoltaic systems. The problem solved with the help of Excel in the third chapter concerns the design and analysis of a photovoltaic system serving an autonomous house.
During the development of the Excel worksheets, the aim was to automate the solution as much as possible. In each worksheet, the fundamental logic is that the user fills in the input data of each problem and its solution is produced automatically and with the minimum possible involvement of the user.
This thesis can be considered as an easy-to-use and interactive educational tool aimed at those interested in photovoltaic technology.