Δημιουργία ολοκληρωμένης εφαρμογής, σε γραφικό περιβάλλον, για τον υπολογισμό της απόδοσης φωτοβολταϊκής μονάδας

Abstract

Κατά τη διάρκεια των τελευταίων δεκαετιών, το διεθνές ενδιαφέρον για την φωτοβολταϊκή μετατροπή της ηλιακής ακτινοβολίας αυξάνει συνεχώς. Η χρήση των φωτοβολταϊκών συστημάτων είναι πλέον αρκετά διαδεδομένη και συμβάλλει στην περαιτέρω υιοθέτηση των ήπιων μορφών ενέργειας, οι οποίες είναι φιλικές προς το περιβάλλον. Έχει δοθεί ιδιαίτερη σημασία στην ανάπτυξη φωτοβολταϊκών πλαισίων,έτσι ώστε να αξιοποιείται η ηλιακή ακτινοβολία για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, με τον καλύτερο δυνατό τρόπο. Για την ευρεία χρήση των φωτοβολταϊκών συστημάτων έχει πραγματοποιηθεί σημαντική ερευνητική προσπάθεια σε διάφορους τομείς όπως στη χρήση διαφορετικών υλικών για την κατασκευή φωτοβολταϊκών πλαισίων, στους τρόπους υπολογισμού τηςενεργειακής απόδοσης των φωτοβολταϊκών συστημάτων, καθώς και στην ανάπτυξη εργαλείων σχεδίασης και απεικόνισης. Ειδικότερα, στον τομέα της ανάπτυξης εργαλείων σχεδίασης και απεικόνισης, υπάρχουν προγράμματα τα οποία παρέχουν την δυνατότητα ‘πιστής’ απεικόνισης των φωτοβολταϊκών συστημάτων και με αυτό τον τρόπο συντελούν στην δημιουργία αξιόπιστων αναλύσεων στον τομέα αυτό. Τα φωτοβολταϊκά συστήματα χρησιμοποιούνται ευρέως για ένα μεγάλο διάστημα ετών και έχουν αρχίσει να εμφανίζονται τα αποτελέσματα και τα συμπεράσματα από την χρήση τους. Έχει διαπιστωθεί ότι, τα φωτοβολταϊκά συστήματα κατά την λειτουργία τους αντιμετωπίζουν ορισμένες αστοχίες ή προβλήματα, τα οποία επιδρούν στην λειτουργία των συστημάτων αλλά και στην απόδοση τους. Οι αιτίες των αστοχιών αυτών είναι ποικίλες. Αρχικά, αυτό που είναι πρωτεύοντος σημασίας είναι να ανιχνευτούν και να εντοπιστούν οι αστοχίες. Στην κατεύθυνση αυτή συντελούν οι τεχνικές ανίχνευσης, με πιο διαδεδομένες, τις μη καταστροφικές μεθόδους αξιολόγησης και κυρίως την υπέρυθρη θερμογραφία. Επίσης, είναι πολύ σημαντικό να διαπιστωθεί πως και σε ποιο βαθμό αυτές οι αστοχίες επηρεάζουν την απόδοση των φωτοβολταϊκών συστημάτων. Στόχος της παρούσας πτυχιακής εργασίας είναι η δημιουργία μιας ολοκληρωμένης εφαρμογής σε γραφικό περιβάλλον για τον υπολογισμο της απόδοσης της φωτοβολταικής μονάδας αφού εισαχθούν διάφοροι παράγοντες όπως ο τύπος του φωτοβολταικού στοιχείου, ο προσανατολισμός των στοιχείων και της μονάδας σε σχέση με τον ήλιο και ο αριθμός των στοιχείων που απαρτίζουν την μονάδα Στο πρώτο κεφάλαιο πραγματοποιείται η ανάλυση της λειτουργίας των φωτοβολταϊκών συστημάτων. Αρχικά, γίνεται μια σύντομη αναφορά στην πηγή ενέργειας αυτών των συστημάτων, την ηλιακή ακτινοβολία. Στη συνέχεια, αναλύεται λεπτομερώς ο τρόπος λειτουργίας τους και το φωτοβολταϊκό φαινόμενο. Έπειτα, αναλύεται η δομή των ηλιακών κυψελών, των φωτοβολταϊκών πλαισίων και των φωτοβολταϊκών συστημάτων για την περαιτέρω κατανόηση της λειτουργίας τους. Τέλος, αναλύονται οι πιθανές αστοχίες που μπορεί να εμφανιστούν στα φωτοβολταϊκά συστήματα. Το δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζει το θεωρητικό υπόβαθρο για την απόδοση των φωτοβολταϊκών πλαισίων. Σ’ αυτό το κεφάλαιο, αναλύεται το ηλεκτρικό κύκλωμα της ιδανικής και της μη ιδανικής ηλιακής κυψέλης. Επίσης, παρουσιάζεται η απόδοση της ηλιακής κυψέλης και του φωτοβολταϊκού πλαισίου, καθώς και η αξιολόγηση της απόδοσης με την βοήθεια μαθηματικών σχέσεων. Στο τέλος του κεφαλαίου, αναλύονται ορισμένοι από τους παράγοντες που επηρεάζουν την απόδοση των φωτοβολταϊκών πλαισίων. Μετέπειτα στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζεται αναλυτικά η εφαρμογή που υλοποιήθηκε για τον υπολογισμό της απόδοσης της φωτοβολταικής μονάδας (εγχειρίδιο χρήσης) στο περιβάλλον της C++ Borland Builder 6, η βάση δεδομένων που χρειάστηκε υλοποιημένη στην Microsoft Office Access 2007 ,αλλα και ο κώδικας του προγράμματος που γράφτηκε έτσι ώστε να κατασκευαστεί η εφαρμογή. Εν συνεχεία, στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζεται η προσομοίωση του ηλεκτρικού κυκλώματος των φωτοβολταϊκών πλαισίων. Αρχικά, γίνεται περιγραφή των χαρακτηριστικών των πλαισίων που μελετήθηκαν κατά την διάρκεια των μετρήσεων. Σ’ αυτό το κεφάλαιο, παρουσιάζεται το πρόγραμμα προσομοίωσης Multisim και γίνεται η κατασκευή του ηλεκτρικού κυκλώματος της ηλιακής κυψέλης και του φωτοβολταϊκού πλαισίου στο πρόγραμμα αυτό.