Εργαστήριο Κυκλωμάτων, Αισθητήρων και Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας

Μόνιμο URI για αυτήν την κοινότηταhttps://dspace.library.tuc.gr/handle/123456789/33

Νέα

Περιηγούμαι

Τώρα δείχνει 1 - 7 από 7

Design optimization of an electric energy production system for power supplying the nodes of wireless sensor networks
(Technical University of Crete, 2015) Mandourarakis Ioannis; Μανδουραρακης Ιωαννης; Koutroulis Eftychios; Κουτρουλης Ευτυχιος; Kalaitzakis Kostas; Καλαϊτζακης Κωστας; Stavrakakis Georgios; Σταυρακακης Γεωργιος
The widespread utilization of the Wireless Sensor Networks (WSNs) that are power supplied by Renewable Energy Sources (RES) is now leading scientific research towards the development of innovative sizing optimization techniques and configurations that aim in the service of multi-criteria objectives of economical and/or technical nature. The most frequently used ones have to do with the minimization of the overall cost and the maximization of the overall system efficiency, in terms of energy redundancy and operational reliability. Sizing optimization techniques are being introduced, where there is a tradeoff amongst similar to the aforementioned criteria that often contradict to each other (e.g. reliability is improved when economical cost or energy redundancy are increased). In this thesis, two complementary design optimization methods (a circuit level and a system level study) are presented for deriving the optimal configuration of the RES based energy production system of a WSN node, such that its total lifetime cost is minimized, while simultaneously guaranteeing that the data acquisition equipment is uninterruptedly power supplied during the entire year. The experimental results verify that, by applying the design variables as they were derived by the proposed optimization techniques at both the circuit and the system level, RES-based power-supply structures with a lower lifetime cost and higher power-processing efficiency are derived, compared to the non-optimally designed configurations. The design optimization and experimental results indicate that by using the proposed techniques, the total cost of the RES-based power supply system is reduced by 15.7 % and the DC DC converter efficiency is increased by 5.5 % compared to the corresponding results obtained by non-optimized power-supply structures.
Βελτιστοποίηση αξιοπιστίας φωτοβολταϊκών μετατροπέων DC/AC
(Technical University of Crete, 2014) Grammatikos Anastasios; Γραμματικος Αναστασιος; Koutroulis Eftychios; Κουτρουλης Ευτυχιος; Kalaitzakis Kostas; Καλαϊτζακης Κωστας; Stavrakakis Georgios; Σταυρακακης Γεωργιος
Σημαντικό ποσοστό των βλαβών των φωτοβολταϊκών (Φ/Β) συστημάτων σχετίζεται με τους μετατροπείς ισχύος DC/AC (αντιστροφείς), οι οποίες προκαλούν αύξηση του κόστους συντήρησης του συστήματος κατά τη διάρκεια του χρόνου ζωής του. Στην παρούσα διπλωματική εργασία υλοποιήθηκε μια μέθοδος σχεδίασης Φ/Β αντιστροφέων στην οποία λαμβάνονται υπόψη τα μετεωρολογικά στοιχεία της περιοχής εγκατάστασης του Φ/Β συστήματος, καθώς και η αξιοπιστία του αντιστροφέα. Χρησιμοποιούνται κατάλληλα μαθηματικά μοντέλα για τον υπολογισμό του αριθμού βλαβών του Φ/Β αντιστροφέα σε κάθε χρόνο λειτουργίας του και στη συνέχεια εξετάζεται η επίδραση της αξιοπιστίας του αντιστροφέα σε σχέση με δείκτες επίδοσης όπως είναι το κόστος ανά μονάδα παραγόμενης ενέργειας, η συνολική παραγόμενη ενέργεια και το συνολικό κόστος κατασκευής και συντήρησης του αντιστροφέα. Τα αποτελέσματα σχεδίασης δείχνουν ότι οι μετατροπείς DC/AC που σχεδιάζονται με αυτή τη μέθοδο έχουν μικρότερο συνολικό κόστος κατασκευής και συντήρησης ανά μονάδα παραγόμενης ενέργειας.
Ευφυής αυτόματος έλεγχος σε κτίριο με χρήση δυναμικών ενεργειακών μοντέλων
(Technical University of Crete, 2014) Chatziagapoglou Konstantinos; Χατζηαγαπογλου Κωνσταντινος; Kalaitzakis Kostas; Καλαϊτζακης Κωστας; Kolokotsa Dionysia; Κολοκοτσα Διονυσια; Stavrakakis Georgios; Σταυρακακης Γεωργιος
Τα τελευταία χρόνια ένα από τα βασικότερα παγκόσμια προβλήματα είναι το ενεργειακό, και ένα σκέλος του είναι αυτό της ενεργειακής κατανάλωσης και εξοικονόμηση ενέργειας σε κτίρια. Οι συμβατικές μέθοδοι θέρμανσης και ψύξης κατοικιών και γραφείων είναι ιδιαίτερα ενεργοβόρες και σε συνδυασμό με τις κατασκευαστικές ατέλειες των κτιρίων αποτελούν ένα περίπλοκο πρόβλημα με πολλές πτυχές για την εύρεση τις βέλτιστης λύσης. Για τη μείωση των ενεργειακών απωλειών ενός κτιρίου αναπτύχτηκε και ο τομέας του βιοκλιματικού σχεδιασμού και των συστημάτων ελέγχου των ενεργειακών στοιχείων αυτού, όπως συστήματα σκίασης, εξαερισμού, ηλιακά συστήματα, σύγχρονα συστήματα ψύξης θέρμανσης και συστήματα παραγωγής ενέργειας. Τα αποτελέσματα αυτού του τομέα είναι πολύ ενθαρρυντικά, αλλά αφορούν μόνο την κατασκευή νέων κτιρίων, αφού για η προσαρμογή αυτών των στοιχείων σε υπάρχοντα κτίρια ισοδύναμες με μεγάλο κόστος. Όμως επειδή τα καινούργια κτίρια είναι πολύ λίγα σε σχέση με τα ήδη υπάρχοντα, για αυτό το λόγο δίνεται ιδιαίτερη προσοχή για την ανάπτυξη θερμικών μοντέλων και την προσομοίωση αυτών. Με αυτόν τον τρόπο δίνεται η δυνατότητα να δοκιμαστούν διάφορα μοντέλα ώστε να προσδιοριστεί το βέλτιστο μοντέλο για ένα σύστημα κτιρίου που είναι από τα πιο περίπλοκα διότι αποτελείται από πολλές μεταβλητές. Η παρούσα εργασία παρουσιάζει αναλυτικά την δημιουργία ενός συστήματος προσομοίωσης για την δόκιμη δυναμικών μεθόδων αυτομάτου έλεγχου. Χρησιμοποιήσαμε το πρόγραμμα Energy Plus για λογισμικό ανάπτυξης του θερμικού μοντέλου και το πρόγραμμα BCVTB για να επικοινωνήσει το μοντέλο με το σύστημα αυτόματου ελέγχου. Το σύστημα αυτομάτου έλεγχου υλοποιήθηκε στο πρόγραμμα Simulink με την χρήση μοντέλων ασαφούς λογικής.
Μοντελοποίηση και προσομοίωση συνδεδεμένων σε τροφοδοσία ηλεκτρικών αυτοκινήτων ως κατανεμημένες πηγές ρύθμισης συχνότητας των ηλεκτρικών δικτύων
(Πολυτεχνείο Κρήτης, 2015) Neofytou Neofytos; Νεοφυτου Νεοφυτος; Stavrakakis Georgios; Σταυρακακης Γεωργιος; Kalaitzakis Kostas; Καλαϊτζακης Κωστας; Koutroulis Eftychios; Κουτρουλης Ευτυχιος
Η ραγδαία ανάπτυξη της τεχνολογίας των ηλεκτρικών οχημάτων και ειδικότερα η διείσδυση τους στα δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας αποτελεί μια μεγάλη πρόκληση για το τομέα των συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας. Η αξιοποίηση της χωρητικότητας των μπαταριών των διασυνδεδεμένων οχημάτων μπορεί να επιφέρει σημαντικά οφέλη προς τα δίκτυο μέσω της Vehicle to Grid (V2G) λειτουργίας. Η V2G λειτουργία είναι μια διαδικασία που μπορεί να παρέχει υπηρεσίες πρωτεύουσας ρύθμισης συχνότητας στο ηλεκτρικό δίκτυο εκμεταλλευόμενη την συνολική χωρητικότητα ενός στόλου ηλεκτρικών οχημάτων. Στην παρούσα εργασία διερευνάται ο τρόπος συμμετοχής των ηλεκτρικών οχημάτων στην πρωτεύουσα ρύθμιση συχνότητας, καθώς και τις επιπτώσεις που επιφέρουν σε αυτήν στα μη διασυνδεδεμένα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας. Παράλληλα λαμβάνονται υπόψη και οι απαιτήσεις των χρηστών σχετικά με τη φόρτιση των οχημάτων τους. Η V2G διαδικασία μπορεί να πραγματοποιηθεί είτε με αυξομειώσεις της ισχύος φόρτισης των οχημάτων, είτε με φόρτιση ή εκφόρτιση των συσσωρευτών τους. Έτσι ένας χρήστης ηλεκτρικού οχήματος μπορεί να συμμετάσχει στη V2G διαδικασία είτε κατά τη διάρκεια της φόρτισης του οχήματος του στο σταθμό φόρτισης, είτε με την σύνδεση του οχήματος στο σταθμό φόρτισης χωρίς να επιθυμεί περαιτέρω φόρτιση της μπαταρίας του. Με την αποσύνδεση των ηλεκτρικών οχημάτων από το σημείο σύνδεσης τους στο ηλεκτρικό δίκτυο θα πρέπει η κατάσταση φόρτισης της μπαταρίας τους να διατηρείται στα επιθυμητά επίπεδα από το χρήστη. Με τη σύνταξη κώδικα στο Matlab έγινε προσομοίωση της αντίδρασης των ηλεκτρικών οχημάτων στις διακυμάνσεις συχνότητας του δικτύου. Επιπρόσθετα, χρησιμοποιώντας το Power World Simulator διενεργήθηκαν προσομοιώσεις για το σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας της Κύπρου, προκειμένου να αποδειχθεί η αποτελεσματικότητα της V2G λειτουργίας στην πρωτεύουσα ρύθμιση συχνότητας.
Οφέλη από την εξοικονόμηση ενέργειας στο ηλεκτρικό δίκτυο της περιοχής των Χανίων
(Technical University of Crete, 2015) Ntalaperas Georgios; Νταλαπερας Γεωργιος; Kalaitzakis Kostas; Καλαϊτζακης Κωστας; Stavrakakis Georgios; Σταυρακακης Γεωργιος; Tsikalakis Antonios; Τσικαλακης Αντωνιος
Ένας από τους σημαντικότερους παράγοντες ενίσχυσης του φαινομένου της θερινής αιχμής είναι η συνεχώς διαδιδόμενη χρήση συσκευών κλιματισμού. Αποτέλεσμα είναι συχνά η επιτακτική ανάγκη προσθήκης στο σύστημα νέων μονάδων παραγωγής καθώς και ευέλικτων αιχμιακών μονάδων με άμεση συνέπεια το αυξημένο κόστος παραγωγής. Σε κάποιες περιπτώσεις, όπως το 2001 στον Υ/Σ Χανίων, η αύξηση της ζήτησης οδηγούσε σε κορεσμό του και την ανάγκη λειτουργίας του Αεριοστροβίλου 1 Χανίων (ΑΕΡ1ΧΑΝ) μίας πολύ ακριβής μονάδας παραγωγής για την προστασία του από την υπερφόρτιση ιδιαίτερα κατά τη θερινή περίοδο οπότε οι εξωτερικές θερμοκρασίες έχριζαν επιτακτική τη χρήση κλιματισμού. Στόχος της μελέτης που πραγματοποιήθηκε είναι η αξιολόγηση των οφελών που θα προκύπτανε για το ΣΗΕ Κρήτης με την υλοποίηση μιας εφαρμογής - δράσης εξοικονόμησης ηλεκτρικής ενέργειας από τη πλευρά των καταναλωτών έχοντας ως γνώμονα επιτυχημένα αντίστοιχα προγράμματα που υλοποιήθηκαν στο παρελθόν τόσο στην Ελλάδα όσο και στο εξωτερικό. Μελετώντας τη συμπεριφορά της επίμαχης μονάδας Αερ1Χαν παρουσίασε μεγάλο ενδιαφέρον η μελέτη της εξοικονόμησης μέσω αντικατάστασης μονάδων κλιματισμού στον εμπορικό τομέα. Ο λόγος της επιλογής αυτής ήταν ο υψηλός ταυτοχρονισμός λειτουργίας της επίμαχης μονάδας ,άρα και της ζήτησης, τόσο με το ωράριο του εμπορικού τομέα, που άγγιξε το 89% σε ορισμένες περιπτώσεις όσο και ο ταυτοχρονισμός με τη χρήση συσκευών κλιματισμού που κυμάνθηκε στο 97%. Η εξοικονόμηση υπολογίστηκε σύμφωνα με την αντικατάσταση μίας συσκευής κλιματισμού 12.000 BTU ενεργειακής κλάσης C, για κάθε εμπορική επιχείρηση που υπάγεται στον Υ/Σ Χανίων, 11.916 στο σύνολο, με μία αντίστοιχη μονάδα κλάσης Α και υπολογίστηκε η ενέργεια που εξοικονομήθηκε η οποία είναι άμεσα συσχετισμένη με τη θερμοκρασία εξωτερικού περιβάλλοντος αλλά και την ανάγκη περιορισμού της ζήτησης λόγω κορεσμού. Δύο σενάρια προσομοιώθηκαν και συγκρίθηκαν μεταξύ τους: το πρώτο αφορούσε την αντικατάσταση συσκευών αποκλειστικά σε περιοχές κάλυψης του Υ/Σ Χανίων και δεύτερο θεώρησε ότι η δράση αυτή έγινε διασκορπισμένα σε εμπορικές επιχειρήσεις στο υπόλοιπο μέρος του νησιού. Αξιολογήθηκαν και στις δύο περιπτώσεις τα οφέλη σχετικά με τη κατανάλωση καυσίμων και το οικονομικό όφελος, τη μείωση των ρύπων και τη μείωση της αιχμής. Η μεταξύ τους σύγκριση αναδεικνύει τα οφέλη που προκύπτουν για τον Διαχειριστή του συστήματος στην επιλογή περιοχών κάλυψης του Υ/Σ Χανίων για την εφαρμογή προγραμμάτων εξοικονόμησης ενέργειας. Τελικά με τη χρήση πιθανοτικής μεθοδολογίας πραγματοποιείται εκτίμηση της ετήσιας εξοικονόμησης που προκύπτει από την αντικατάσταση λιγότερων αποδοτικών συσκευών κλιματισμού από αντίστοιχες αποδοτικότερες συσκευές.
Σύστημα διαχείρισης ενέργειας πιεζοηλεκτρικών γεννητριών
(Technical University of Crete, 2014) Markakis Onoufrios; Μαρκακης Ονουφριος; Koutroulis Eftychios; Κουτρουλης Ευτυχιος; Kalaitzakis Kostas; Καλαϊτζακης Κωστας; Stavrakakis Georgios; Σταυρακακης Γεωργιος
Οι πηγές συγκομιδής ενέργειας (energy harvesting) χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές ασύρματων αισθητήρων, λόγω της ικανότητας τους να συλλέγουν την ενέργεια που είναι διαθέσιμη στο περιβάλλον τους (πχ. ηλιακή, θερμική κλπ.). Οι πιεζοηλεκτρικές γεννήτριες είναι μία τέτοια πηγή ενέργειας, η οποία μετατρέπει την μηχανική ενέργεια δονήσεων σε ηλεκτρική ενέργεια. Σε αυτή τη διπλωματική εργασία πραγματοποιήθηκε η ανάπτυξη ενός συστήματος για την μεγιστοποίηση της παραγωγής ισχύος των πιεζοηλεκτρικών γεννητριών. Το σύστημα που υλοποιήθηκε αποτελείται από έναν μετατροπέα ισχύος τύπου Buck-Boost και ένα ηλεκτρονικό κύκλωμα ελέγχου το οποίο ρυθμίζει κατάλληλα τον κύκλο λειτουργίας του μετατροπέα, ώστε να παράγεται η μέγιστη ισχύς από την πιεζοηλεκτρική γεννήτρια. Η ενέργεια που παράγεται χρησιμοποιείται για την φόρτιση μίας μπαταρίας. Τα πειραματικά αποτελέσματα επιβεβαιώνουν την επιτυχή λειτουργία του συστήματος που αναπτύχθηκε.
Συστήματα παρακολούθησης και καταγραφής ενέργειας για την ενεργειακή διαχείριση κτηρίων και εξαγωγή καμπυλών εκτίμησης κατανάλωσης
(Technical University of Crete, 2014) Alexopoulos Dimitrios; Αλεξοπουλος Δημητριος; Kalaitzakis Kostas; Καλαϊτζακης Κωστας; Stavrakakis Georgios; Σταυρακακης Γεωργιος; Tsikalakis Antonios; Τσικαλακης Αντωνιος
Tα προηγμένα μετρητικά συστήματα συμβάλλουν στην αποτελεσματικότερη κατανόηση της κατανάλωσης ενέργειας σε μία κτιριακή εγκατάσταση και κατά συνέπεια στην ανάπτυξη των κατάλληλων στρατηγικών διαχείρισής της. Η χρήση των συστημάτων αυτών, είναι απαραίτητη τόσο στη συμμετοχή στην αγορά ηλεκτρικής ενέργειας, όσο και στην εξοικονόμηση χρηματικών πόρων, από τον περιορισμό της αλόγιστης σπατάλης της. Οι κτιριακές εγκαταστάσεις έχουν αυξήσει σημαντικά τις καταναλώσεις ενέργειας ώστε να αντιπροσωπεύουν το 40% της ενεργειακής κατανάλωσης στην Ευρωπαϊκή Ένωση. Πολλές κτιριακές εγκαταστάσεις τόσο στην Ελλάδα όσο και στο εξωτερικό, προσπαθούν να μειώσουν την κατανάλωση ενέργειας. Αρκετά πανεπιστημιακά ιδρύματα, όπως και το Πολυτεχνείο Κρήτης, έχουν εστιάσει τις προσπάθειές τους στην πληρέστερη καταγραφή των καταναλώσεων τους, ώστε να εντοπιστούν πιθανά σημεία παρεμβάσεων εξοικονόμησης ενέργειας. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η περαιτέρω κατανόνηση της ενεργειακής κατανάλωσης του κτηρίου Επιστημών, που βρίσκεται στην Πολυτεχνειούπολη. Ως ενδιάμεσο στόχο για την επίτευξη του σκοπού αυτού, θέσαμε την υλοποίηση ενός συστήματος καταγραφής των καταναλώσεων του Μετασχηματιστή (Μ/Σ 2), του κτηρίου Επιστημών. Αυτό προϋποθέτει την κατανόηση των μετρητικών οργάνων και των πρωτοκόλλων επικοινωνίας που χρησιμοποιεί ο μετρητής τύπου ZEPTO 96 του μετασχηματιστή. Αφού υλοποιήθηκε αλγόριθμος ανάγνωσης και καταγραφής δεδομένων, τα δεδομένα που συλλέχθησαν επεξεργάστηκαν προκειμένου να εξαχθούν συμπεράσματα για την κατανάλωση ενεργού και άεργου ισχύος την εξαγωγή τυπικών καμπύλων κατανάλωσης ισχύος για καθημερινές μέρες, Σάββατα και Κυριακές ανάλογα με τον πληθυσμό του κτιρίου, την περίοδο λειτουργίας, τη θερμοκρασία και τις καιρικές συνθήκες. Παρουσιάστηκαν επίσης στοιχεία για τη ζήτηση ανά φάση και τη συμπεριφορά τάσης και ρεύματος. Επιχειρήθηκε επίσης κατανομή της ζήτησης του συγκεκριμένου Μ/Σ σε τελικές χρήσεις. Τα δεδομένα ενεργού ισχύος από τον Μ/Σ 2 συσχετίστηκαν τόσο με μετρήσεις ισχύος των κλιματιστικών VRV, όσο και μετρήσεις ισχύος της Πολυτεχνειούπολης από το μετρητικό σύστημα του ΔΕΔΔΗΕ. Έτσι μπορούν να εξαχθούν συμπεράσματα για τις παραμέτρους που επηρεάζουν τη ζήτηση (ενεργειακή και αιχμή) όλης της Πολυτεχνειούπολης. Το γεγονός αυτό αποκτά μεγαλύτερη αξία καθώς ο συγκεκριμένος Μ/Σ αποτελεί περίπου το 15% της κατανάλωσης της Πολυτεχνειούπολης, ενώ η Πολυτεχνειούπολη αποτελεί το 0.88% της ενεργειακής κατανάλωσης της περιοχής εξυπηρέτησης του Υ/Σ Χανίων με σημαντική συμβολή στη μεσημεριανή αιχμή του Υ/Σ ειδικά σε περιόδους χαμηλών ή υψηλών θερμοκρασιών. Τέλος παρουσιάστηκαν κάποιες προτάσεις προς διερεύνηση για την εξοικονόμηση ενέργειας στην Πολυτεχνειούπολη που όχι μόνο θα συμβάλλουν στη μείωση του ενεργειακού κόστους αλλά θα ανακουφίσουν την κορεσμένη δικτυακά περιοχή της χερσονήσου του Ακρωτηρίου.

Περιηγούμαι

Πλοήγηση Εργαστήριο Κυκλωμάτων, Αισθητήρων και Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας ανά Συγγραφέα "Kalaitzakis Kostas"