title: Ενεργειακά αυτόνομη κατοικία εξοπλισμένη με ηλιακό φωτοβολταϊκό σύστημα μετατροπής υδρογόνου
title: An energy autonomous house equipped with a solar PV - hydrogen conversion system
Creators: name: Μερταρακης Ανδρεας
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2024

description: Η παρούσα διπλωματική εργασία διερευνά τη δυνατότητα κάλυψης των ενεργειακών αναγκών μιας κατοικίας τεσσάρων ατόμων μέσω ενός υβριδικού συστήματος ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, το οποίο συνδυάζει φωτοβολταϊκά συστήματα και τεχνολογία υδρογόνου. Το προτεινόμενο σύστημα αξιοποιεί την πλεονάζουσα ενέργεια που παράγεται από τα φωτοβολταϊκά πάνελ, μετατρέποντάς την σε υδρογόνο μέσω μιας μονάδας ηλεκτρόλυσης. Το υδρογόνο αυτό αποθηκεύεται σε ειδική δεξαμενή και, κατά τις περιόδους όπου η ηλιοφάνεια είναι περιορισμένη, χρησιμοποιείται σε κυψέλες καυσίμου για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, εξασφαλίζοντας έτσι την κάλυψη του απαιτούμενου φορτίου της κατοικίας.
Η μοντελοποίηση του συστήματος πραγματοποιήθηκε με τη χρήση του λογισμικού HOMER και περιλαμβάνει την εξέταση τριών σεναρίων, καθένα εκ των οποίων αποτελεί διαφορετική παραλλαγή του συστήματος. Τα σενάρια διαφοροποιούνται βάσει του ποσοστού συμμετοχής των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας (ΑΠΕ) στην ηλεκτροπαραγωγή: το πρώτο σενάριο προβλέπει συμμετοχή 50%, το δεύτερο 80% και το τρίτο 100%. Η συγκριτική ανάλυση των σεναρίων στοχεύει στην εξεύρεση της βέλτιστης λύσης από ενεργειακή και οικονομική σκοπιά.
Αρχικά, η εργασία παρουσιάζει τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και τα πλεονεκτήματά τους, παρέχοντας μια συνολική επισκόπηση των φωτοβολταϊκών συστημάτων και της σημασίας τους για τη βιώσιμη ενέργεια. Ακολουθεί αναλυτική παρουσίαση της τεχνολογίας υδρογόνου και των κυψελών καυσίμου, αναδεικνύοντας τη λειτουργικότητά τους σε συνδυασμό με τα φωτοβολταϊκά. Στη συνέχεια, εξετάζονται τα μικροδίκτυα και τα χαρακτηριστικά τους, τα οποία αποτελούν σύγχρονες λύσεις για την ενσωμάτωση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας στην καθημερινή ζωή.
Στο πειραματικό μέρος, δίνεται έμφαση στη χρήση του λογισμικού HOMER για τη μοντελοποίηση του υβριδικού συστήματος. Η ανάλυση περιλαμβάνει την προσομοίωση των τριών προαναφερθέντων σεναρίων με στόχο την επίτευξη βέλτιστης απόδοσης και οικονομικής βιωσιμότητας. Τα αποτελέσματα καταδεικνύουν ότι το προτεινόμενο σύστημα μπορεί να καλύψει πλήρως τις ενεργειακές ανάγκες της κατοικίας, προσφέροντας μια βιώσιμη και αποδοτική λύση. Επίσης, συμβάλλει σημαντικά στη μείωση του περιβαλλοντικού αποτυπώματος, ενώ προτείνονται κατευθύνσεις για μελλοντική έρευνα και βελτιώσεις, λαμβάνοντας υπόψη τις τεχνολογικές εξελίξεις και τις δυναμικές της αγοράς.

description: This thesis investigates the potential for meeting the energy needs of a household of four using a hybrid renewable energy system that combines photovoltaic (PV) technology with hydrogen fuel cells. The proposed system utilizes excess energy generated by photovoltaic panels, converting it into hydrogen via an electrolysis unit. This hydrogen is stored in a dedicated tank and, during periods of limited sunlight, is used in a fuel cell to produce electricity, thereby ensuring that the household's energy demands are consistently met.
The system was modeled using the HOMER software and includes an examination of three scenarios, each representing a different system configuration. The scenarios differ based on the proportion of renewable energy sources (RES) contributing to electricity production: the first scenario assumes 50% RES participation, the second 80%, and the third 100%. The comparative analysis of these scenarios aims to identify the optimal solution from both an energy and economic perspective.
Initially, the thesis reviews renewable energy sources and their advantages, offering an overview of photovoltaic systems and their importance for sustainable energy. It then presents a detailed analysis of hydrogen technology and fuel cells, highlighting their functionality in conjunction with photovoltaics. Following this, the study explores microgrids and their characteristics, positioning them as contemporary solutions for integrating renewable energy sources into daily life.
The experimental section emphasizes the use of HOMER software for the system's modeling. The analysis includes simulating the aforementioned three scenarios to achieve optimal performance and economic feasibility. The results demonstrate that the proposed system can fully meet the household's energy needs, providing a sustainable and efficient solution while significantly reducing the environmental footprint. The thesis concludes with suggestions for future research and improvements, considering technological advancements and market dynamics.