Βελτίωση της απόδοσης φωτοβολταϊκών υλικών και διατάξεων, με εφαρμογή στην Αρχιτεκτονική των κτιρίων

Abstract

The building sector is very important in energy renovation and any step to reduce it and replace conventional sources where possible from renewable energy sources, will contribute to the global solution of the energy, environmental and economic issue.In this present work, the aim is to improve the performance of photovoltaic cells through computational methods, as well as devices, in order to be widely used in building photovoltaic installations (Building Integrated Photovoltaics - BIPVs) and to enhance the configuration of buildings with zero or near Zero Energy Building (ZEB / nZEB) and development of their architectural and aesthetic originality.Considering important data which collected through experimental measurements in an installed photovoltaic system, it is concluded that the installation of photovoltaic panels can be done even on the theoretically «forbidden» north side of the roof of buildings with satisfactory results for total annual electricity production. So, since we can use photovoltaic systems extensively in a building, improving the photovoltaic cells in terms of reflectivity at high angles and efficiency, it would be the absolute guarantee for the rapid development in their use and installation.Particular focus in this research is mainly on the nanostructure of photovoltaics at the cellular level. Silicon photovoltaics, quantum dot photovoltaic cells and pigment-sensitized photovoltaic cells are mainly computed. By the aim of the holistic approach to the installation of a photovoltaic system, the improvement of the characteristic Lithium batteries is investigated with interventions in their nanostructure.

Ο κτιριακός τομέας αποτελεί έναν από τους σημαντικότερους στην κατανάλωση ενέργειας και κάθε βήμα για την μείωση της και την αντικατάσταση των συμβατικών πηγών όπου είναι εφικτό από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, θα συμβάλλει στην παγκόσμια επίλυση του ενεργειακού, περιβαλλοντικού και οικονομικού ζητήματος. Στην παρούσα διδακτορική διατριβή, στόχο αποτελεί η βελτίωση της απόδοσης φωτοβολταϊκών στοιχείων μέσω υπολογιστικών μεθόδων, καθώς και διατάξεων, προκειμένου να χρησιμοποιηθούν ευρέως σε κτιριακές φωτοβολταϊκές εγκαταστάσεις (Building Integrated Photovoltaics – BIPVs) και να ενισχύσουν την διαμόρφωση κτιρίων μηδενικής ή σχεδόν μηδενικής κατανάλωσης (Zero or near Zero Energy Building – ZEB / nZEB) και ανάπτυξης της αρχιτεκτονικής και αισθητικής τους πρωτοτυπίας.Έπειτα από σημαντικά δεδομένα που συλλέχθηκαν μέσω πειραματικών μετρήσεων σε εγκατεστημένη φωτοβολταϊκή εγκατάσταση, απορρέει το συμπέρασμα ότι η τοποθέτηση των φωτοβολταϊκών πλαισίων μπορεί να γίνει ακόμη και στην θεωρητικά «απαγορευμένη» βορινή πλευρά στέγης κτιρίων με ικανοποιητικά αποτελέσματα, για την συνολικά ετήσια παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Εφόσον, λοιπόν, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε εκτεταμένα σε ένα κτίριο φωτοβολταϊκά συστήματα, το να βελτιώσουμε τα φωτοβολταϊκά κύτταρα ως προς την ανακλαστικότητα σε υψηλές γωνίες και την αποδοτικότητα, θα αποτελλούσε και την απόλυτη εγγύηση για την ραγδαία εξέλιξη στην χρήση και εγκατάσταση τους.Ιδιαίτερη εστίαση στην συγκεκριμένη έρευνα γίνεται κυρίως στην νανοδομή των φωτοβολταϊκών σε επίπεδο κυττάρου. Αναπτύσσονται υπολογιστικά κυρίως τα φωτοβολταϊκα πυριτίου, τα φωτοβολταϊκά στοιχεία κβαντικών τελειών και τα φωτοβολταϊκα στοιχεία ευαισθητοποιημένα με χρωστικές ουσίες. Με στόχο την ολιστική προσέγγιση εγκατάστασης ενός φωτοβολταϊκού συστήματος ερευνάται η βελτίωση των χαρακτηριστικών μπαταριών Λιθίου με παρεμβάσεις στην νανοδομή τους.