Ανάπτυξη και αξιολόγηση Forecast-Based Smart EMS Controller για οικιακό φωτοβολταϊκό σύστημα
Date Issued
May 2026
Author(s)
Καρασάββας, Ανδρέας
Advisor
Abstract
Η αυξανόμενη χρήση φωτοβολταϊκών συστημάτων σε οικιακές εγκαταστάσεις έχει
δημιουργήσει την ανάγκη για πιο αποδοτική και έξυπνη διαχείριση της παραγόμενης
ενέργειας. Σε αρκετά συμβατικά συστήματα, η λειτουργία βασίζεται σε απλούς κανόνες, χωρίς
να αξιοποιείται πρόβλεψη παραγωγής, πρόβλεψη καιρού ή πληροφορίες σχετικά με τις ώρες
χαμηλής χρέωσης του δικτύου. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε μεγαλύτερη κατανάλωση από το
δίκτυο, χαμηλότερη αυτοκατανάλωση της φωτοβολταϊκής ενέργειας και αυξημένο κόστος
λειτουργίας.
Η παρούσα πτυχιακή εργασία ασχολείται με την ανάπτυξη και αξιολόγηση ενός Smart Energy
Management System (Smart EMS) για οικιακό φωτοβολταϊκό σύστημα. Το σύστημα
προσομοιώθηκε σε MATLAB και συγκρίθηκε με ένα απλό Baseline EMS, το οποίο λειτουργεί
χωρίς forecast και χρησιμοποιεί βασικούς κανόνες, όπως φόρτιση του EV από το δίκτυο σε
ώρες χαμηλής χρέωσης. Το μοντέλο περιλαμβάνει φωτοβολταϊκό σύστημα ισχύος 5 kWp,
οικιακή μπαταρία 12 kWh, ηλεκτρικό όχημα με μπαταρία 50 kWh και δεξαμενή ζεστού νερού
150 L. Για την προσομοίωση χρησιμοποιήθηκαν ωριαία δεδομένα φωτοβολταϊκής παραγωγής,
οικιακού φορτίου, μετεωρολογικών συνθηκών και προβλέψεων.
Το προτεινόμενο Smart EMS χρησιμοποιεί PV forecast, weather forecast και πληροφορίες low
tariff, με στόχο την καλύτερη αξιοποίηση της διαθέσιμης φωτοβολταϊκής ενέργειας. Η βασική
λογική του συστήματος είναι να δίνει προτεραιότητα στην κάλυψη του οικιακού φορτίου, στη
φόρτιση της μπαταρίας, στη φόρτιση του ηλεκτρικού οχήματος και στη διαχείριση του ζεστού
νερού, ανάλογα με τις συνθήκες κάθε ώρας. Το ηλεκτρικό όχημα μπορεί να φορτίζεται από
PV surplus όταν βρίσκεται στο σπίτι, ενώ η φόρτιση από το δίκτυο περιορίζεται σε
συγκεκριμένα επίπεδα ασφαλείας. Παράλληλα, η διαχείριση του ζεστού νερού λαμβάνει
υπόψη την πρόβλεψη καιρού και το solar thermal gain, ώστε να αποφεύγεται η άσκοπη
ηλεκτρική θέρμανση όταν οι συνθήκες είναι ευνοϊκές.
Τα αποτελέσματα της προσομοίωσης έδειξαν ότι το Smart EMS παρουσιάζει καλύτερη
ενεργειακή και οικονομική συμπεριφορά σε σχέση με το Baseline EMS. Το ετήσιο grid import
μειώθηκε από 3295.53 kWh σε 1675.06 kWh, ενώ το καθαρό κόστος ενέργειας μειώθηκε από
89.52 € σε 36.09 €. Επιπλέον, η αυτοκατανάλωση της φωτοβολταϊκής ενέργειας αυξήθηκε από
57.34% σε 77.32%, ενώ η ενεργειακή αυτονομία του συστήματος αυξήθηκε από 56.52% σε
77.79%. Παρόλο που η οικονομική διαφορά είναι περίπου 53.43 € ετησίως, η σημαντικότερη
βελτίωση είναι ενεργειακή, καθώς το Smart EMS μειώνει την εξάρτηση από το δίκτυο και
αξιοποιεί καλύτερα τη διαθέσιμη φωτοβολταϊκή παραγωγή. Συνολικά, τα αποτελέσματα
δείχνουν ότι ένα forecast-based rule-based Smart EMS μπορεί να συμβάλει στη βελτίωση της
αυτοκατανάλωσης, στη μείωση του grid import και στην πιο αποδοτική λειτουργία ενός
οικιακού ενεργειακού συστήματος.
δημιουργήσει την ανάγκη για πιο αποδοτική και έξυπνη διαχείριση της παραγόμενης
ενέργειας. Σε αρκετά συμβατικά συστήματα, η λειτουργία βασίζεται σε απλούς κανόνες, χωρίς
να αξιοποιείται πρόβλεψη παραγωγής, πρόβλεψη καιρού ή πληροφορίες σχετικά με τις ώρες
χαμηλής χρέωσης του δικτύου. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε μεγαλύτερη κατανάλωση από το
δίκτυο, χαμηλότερη αυτοκατανάλωση της φωτοβολταϊκής ενέργειας και αυξημένο κόστος
λειτουργίας.
Η παρούσα πτυχιακή εργασία ασχολείται με την ανάπτυξη και αξιολόγηση ενός Smart Energy
Management System (Smart EMS) για οικιακό φωτοβολταϊκό σύστημα. Το σύστημα
προσομοιώθηκε σε MATLAB και συγκρίθηκε με ένα απλό Baseline EMS, το οποίο λειτουργεί
χωρίς forecast και χρησιμοποιεί βασικούς κανόνες, όπως φόρτιση του EV από το δίκτυο σε
ώρες χαμηλής χρέωσης. Το μοντέλο περιλαμβάνει φωτοβολταϊκό σύστημα ισχύος 5 kWp,
οικιακή μπαταρία 12 kWh, ηλεκτρικό όχημα με μπαταρία 50 kWh και δεξαμενή ζεστού νερού
150 L. Για την προσομοίωση χρησιμοποιήθηκαν ωριαία δεδομένα φωτοβολταϊκής παραγωγής,
οικιακού φορτίου, μετεωρολογικών συνθηκών και προβλέψεων.
Το προτεινόμενο Smart EMS χρησιμοποιεί PV forecast, weather forecast και πληροφορίες low
tariff, με στόχο την καλύτερη αξιοποίηση της διαθέσιμης φωτοβολταϊκής ενέργειας. Η βασική
λογική του συστήματος είναι να δίνει προτεραιότητα στην κάλυψη του οικιακού φορτίου, στη
φόρτιση της μπαταρίας, στη φόρτιση του ηλεκτρικού οχήματος και στη διαχείριση του ζεστού
νερού, ανάλογα με τις συνθήκες κάθε ώρας. Το ηλεκτρικό όχημα μπορεί να φορτίζεται από
PV surplus όταν βρίσκεται στο σπίτι, ενώ η φόρτιση από το δίκτυο περιορίζεται σε
συγκεκριμένα επίπεδα ασφαλείας. Παράλληλα, η διαχείριση του ζεστού νερού λαμβάνει
υπόψη την πρόβλεψη καιρού και το solar thermal gain, ώστε να αποφεύγεται η άσκοπη
ηλεκτρική θέρμανση όταν οι συνθήκες είναι ευνοϊκές.
Τα αποτελέσματα της προσομοίωσης έδειξαν ότι το Smart EMS παρουσιάζει καλύτερη
ενεργειακή και οικονομική συμπεριφορά σε σχέση με το Baseline EMS. Το ετήσιο grid import
μειώθηκε από 3295.53 kWh σε 1675.06 kWh, ενώ το καθαρό κόστος ενέργειας μειώθηκε από
89.52 € σε 36.09 €. Επιπλέον, η αυτοκατανάλωση της φωτοβολταϊκής ενέργειας αυξήθηκε από
57.34% σε 77.32%, ενώ η ενεργειακή αυτονομία του συστήματος αυξήθηκε από 56.52% σε
77.79%. Παρόλο που η οικονομική διαφορά είναι περίπου 53.43 € ετησίως, η σημαντικότερη
βελτίωση είναι ενεργειακή, καθώς το Smart EMS μειώνει την εξάρτηση από το δίκτυο και
αξιοποιεί καλύτερα τη διαθέσιμη φωτοβολταϊκή παραγωγή. Συνολικά, τα αποτελέσματα
δείχνουν ότι ένα forecast-based rule-based Smart EMS μπορεί να συμβάλει στη βελτίωση της
αυτοκατανάλωσης, στη μείωση του grid import και στην πιο αποδοτική λειτουργία ενός
οικιακού ενεργειακού συστήματος.
Affiliation
File(s)![Thumbnail Image]()
Name
ΑΝΔΡΕΑΣ ΚΑΡΑΣΑΒΒΑΣ.bsc.2026.abstract.pdf
Size
243.04 KB
Format
Adobe PDF
Checksum (MD5)
05f4a5abcf45ff18a0fc1990b3707c5d