I n d on e s i an   Jo u r n al   o f  El e c t r i c al   En gi n e e r i n g   an d   C o m p u te r   S c i e n c e   V o l .   16 ,   N o .   3 ,  D e c e m b e r   201 9 ,   pp .   1136 ~ 1143   IS S N :   2502 - 4752 ,   D O I :   10. 1 1591 / i j e e c s . v 1 6 .i 3 . pp 113 6 - 1143             1136       Jou r n al   h o m e pa ge :  ht t p: / / i ae s c or e . c om / j our na l s / i nde x . php/ i j e e c s   Hy b r i d   c o n c e n t r a t e d   p h o t o v o l t a i c   t h e r m a l   t e c h n o l o g y   f o r   d o m e st i c   w a t e r   h e a t i n g       M . K . P an jw an i 1 ,   S . X . Y an g 2 ,   F . X i ao 3 ,   K . H . M an g i 4 ,   R . M . L ar i k 5 ,   F . H . M an gi 6 ,   M . M e n gh w a r 7 ,     J. A n s ar i 8 ,   K . H . A l i 9   1, 2 , 3 , 7 R e ne w a bl e   E ne r gy   S c hoo l ,   N o r t h   C h i na   E l e c t r i c   P o w e r   U n i v e r s i t y   B e i j i ng   C h i na ,   C hi n a   4 G E P E A - U M R   614 4  C N R S ,   L a bo r a t o r y   S a i nt   N a z a i r e ,   U n i v e r s i t y   o f   N a nt e s ,   F r a nc e   1 , 6 , 9 D e pa r t m e nt   o f   E ne r gy   S y s t e m s   E ng i ne e r i ng ,   S ukk ur   I B A   U ni v e r s i t y   P a ki s t a n ,   P a k i s t a n   5 S c ho o l   o f   E l e c t r i c a l   E ng i ne e r i ng ,   U ni v e r s i t i   T e kno l o g i   M a l a y s i a   S kuda i ,   M a l a y s i a   8 S c ho o l   o f   E l e c t r i c a l   a nd   E l e c t r o n i c   E ng i ne e r i ng ,   N o r t h   C h i na   E l e c t r i c   P o w e r   U n i v e r s i t y   B e i j i ng   C hi na ,   C h i n a       A r ti c l e   I n fo     A B S TR A C T   Ar t i c l e   h i s t or y :   R e c e i v e d  M a r   1 ,   20 19   R e v i s e d   J un   4 ,   2019   A c c e pt e d  J un   26 ,   201 9       T he r e   i s   a n  i nc r e a s i ng   r e l i a nc e   o n  r e ne w a b l e   e ne r g y   e s pe c i a l l y   S o l a r   E ne r gy   a s   t he   f o s s i l s   a r e   o n  t he   w a y   t o   de pl e t i o n.   I t   o f f e r s   a n  e nv i r o nm e n t a l   f r i e nd l y   s o l ut i o n  w i t h  a n  a f f o r da bl e   c o m pa r a t i v e   p a r a di g m .   S o l a r   pho t o vo l t a i c - t he r m a l   c o l l e c t o r s   ha v e   r e m a i n e d  o f   t h e   p a r t i c u l a r   i nt e r e s t   b e c a us e   o f   t he i r   hi g he r   o v e r a l l   e f f i c i e nc i e s .   M o s t   o f   i t s   a p pl i c a t i o ns   r e l a t e d  w i t h  s o l a r   h y br i d  P V T   s y s t e m s   f o c us e s   m o r e   o n  e l e c t r i c a l   o ut pu t   r a t he r   t h a n  t h e r m a l   o ut pu t ,   a nd  t he   c o nt a c t i ng   f l u i d  i s   a l l o w e d  t o   a c t   a s   a   c o o l a nt   t o   a s s ur e   t h a t   t h e   s o l a r   c e l l   o pe r a t e s   i n  t he   r a ng e s   s p e c i f i e d  by   t he   m a nuf a c t ur e r   t o   g ua r a n t e e   h i g he r   e l e c t r i c a l   e f f i c i e nc y .   T hi s   ul t i m a t e l y   a l l o w s   f l ui d  t o   r e t a i n  hi g he r   t e m pe r a t u r e   t ha t   c o ul d  be   ut i l i z e d  f o r   m e e t i ng   t h e   he a t i ng   de m a n d  o f   a n y   r e s i de n t i a l   ho us e ho l d.   F i r s t ,   t he   P V T   a n a l y s e s   a r e   pe r f o r m e d  o v e r   a   s y s t e m   c o m pr i s i ng   o f   F r e s ne l - ba s e d  S o l a r   M o dul e   t o   a l l o w   hi g he r   i r r a di a nc e   t o   f a l l   f o r   r e l a t i v e   hi g he r   c o nv e r s i o n  o f   e f f i c i e nc y   a nd  t o   a c hi e v e   hi g he r   t e m p e r a t u r e   r a ng e s   i n   t he   c o nt a c t i ng   f l ui d  ( w a t e r ) .   T h e   e l e c t r i c a l   p a r a m e t e r s   a r e   c o m pa r e d,   a nd  a   s i g ni f i c a n t   i nc r e a s e   i n  t he   po w e r   r a ng e s   i s   c o nc l ude d.   S e c o ndl y ,   a   s i m u l a t e d   t he r m a l   s t r uc t ur e   o f   t h e   h e a t i ng   t a n k  i s   pr e s e nt e d  t ha t   ut i l i s e s   t he   h e a t e d   w a t e r   f r o m   t he   P V T   s y s t e m   i n  m e e t i ng   t he   he a t i ng   de m a nd  o f   a   r e s i de n t i a l   ho us e ho l d.   W he n   a c c o unt i ng   a l l   t h e   e l e c t r i c a l   pa r a m e t e r s ,   a ppr o xi m a t e l y   10%   i nc r e a s e   i s   no t i c e d  i n  po w e r   pr o duc e d ,   a nd  s uf f i c i e n t   e ne r g y   us e d  f o r   t he   t r a di t i o na l   he a t i ng   o f   w a t e r   i s   r e t a i ne d .   Ke y w or ds :   E n e rgy   e ff i c i e n c y     H y b r i d  t h e r m a l   t e c hn o l o gi e s   P h o t o vo l t a i c s   S o l a r  c o n c e n t ra t o r s   W a t e r  h e a t i n g   C opy r i gh t   ©   201 9   I n s t i t ut e   o f   A dv anc e d  E ng i ne e r i ng   and   S c i e nc e .     A l l   r i gh t s   r e s e r v e d .   Cor r e s pon di n g   Au t h or :   M a n o j   K um a r  P a n j w a ni ,    D e pa rt m e n t   o f   E n e r gy   S y s t e m s   E n gi n e e ri n g ,   S u kku r  IB A   U ni v e r s i t y   P a ki s t a n   R e n e w a b l e   E n e r gy   S c h o o l ,   N o r t h  C h i na   E l e c t ri c   P o w e r   U n i v e r s i t y   B e i j i n g  C hi n a   E m a i l :   m a n o j . pa n j w a n i @ i b a - s uk . e du. p k       1.   I N TR O D U C TI O N     S o l a r  e n e r gy   i s   p r o v i n g  o ut   t o   b e   a   p r o m i s i ng  e n e r gy   s o ur c e   w h i c h  c a n   b e   c o n v e r t e d  i nt o   h e a t   a n d   us e f ul   e l e c t r i c i t y   i n   a   r e l i a b l e   w a y .   It   po s s e s s e s   t h e   c o n s i d e r a b l e   po t e n t i a l   o f   r e pl a c i ng  t h e   f o s s i l s   fo r   t h e   pr o duc t i o n   o f   p ow e r   a n d  h e a t   i n  t h e   n e a r   f ut u r e .   T h e   s o l a r   r e s o ur c e   ha s   a   hi g h e r   p r e di c t i o n   a s   c o m pa r e d  t o   o t h e r   r e n e w a b l e   e n e r gy   s o ur c e s ,   e . g.   w i nd.   O n e   o f   t h e   r e a s o n s   f o r   t h e   f a s t   pe n e t r a t i o n  o f   t h i s   t e c hn o l o gy   i s   b e c a us e   of   t h e i r   n o nm o v i n g  p a r t s ,   l o w   m a i nt e n a n c e   a n d  r u nni n g  c o s t   a s   c o m pa r e d  w i t h   o t h e r   a v a i l a b l e   r e s o ur c e s .   T h e   da i l y   v a r y i n g  e n e r gy   de m a n d  f o r   t h e   h e a t   a n d  e l e c t r i c i t y   fo r   t h e   pu r po s e   of   e l e c t r i c i t y   ge n e ra t i o n   a n d  t h e rm a l   s t o ra ge   a t   pa rt i c ul a r   l o w e r   i rr a di a n c e   i s   r e a di l y   a c h i e v a b l e .   In   a d di t i o n   t o   s o l a r   t e c hn o l o g y ,   t h e   s o l a r   t h e rm a l   t e c hn o l o gi e s   a r e   c u rr e nt l y   off e r i ng  s i g n i f i c a nt   f r a c t i o n   f o r   t h e   h e a t i n g   o ppo r t u n i t i e s   f o r   r e s i de n t i a l   a n d   i n d us t r i a l   a c t i v i t i e s .   T h e   S o l a r   t h e r m a l   t e c hn o l o gi e s   a r e   o ffe r i n g  a s pe c t s   of  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i     IS S N :   2502 - 4752       H y br i d   c on c e nt r at e d   pho t ov o l t a i c   t he r m al   t e c hnol ogy   f or   do m e s t i c   w at e r   h e at i ng   ( M. K. P an j w ani )   1137   h e a t i n g  a n d  c o o l i n g  t ha t   m a ke s   i t   a   n e e d  fo r   t h e   de ve l o pi n g  c o un t r i e s   i n   t h e   c o m i n g  f ut u r e .   It   p r o v i de s   o n e   of  t h e   l e a d i n g   s o l ut i o n s   i n  a s pe c t s   o f   i t s   po t e n t i a l   f o r   a   de c r e a s e   i n   g r e e nh o us e   ga s   e m i s s i o n s   [1 - 4] .   A ppr o xi m a t e l y   n e a r   50%  o f   t h e   gl ob a l   e n e rgy   c o n s um pt i o n  i s   us e d  fo r   t h e   h e a t i n g  a nd  t h e   c oo l i n g   purpo s e s ,   a l l o w i n g  a   h i g h e r   z o n e   f o r   t h e   s o l a r   t h e r m a l   t e c hn o l o gi e s   ov e r   e s t a b l i s h i n g  c l e a n   a n d  s us t a i na b l e   f ut ur e   t e c hn o l o g y   fo r   t h e   e n e rgy   c o n s um e r s .   M o r e ov e r ,   t he   h y b r i d  s o l a r   p h o t o vo l t a i c   a n d  t h e rm a l   (P V T )  s y s t e m s   w i l l   e n a b l e   i n   o ff e r i n g  s o l ut i o n s   f o r   bo t h,   t h e   h e a t i n g  a n d  c o o l i n g ,   a n d  s i m u l t a n e o us l y   a l l ow i n g  t h e   a c c e s s   t o   e l e c t r i c i t y   ge n e r a t e d   t hr o ug h   t h e   P h o t o vo l t a i c   [5] .   T h e   ov e r a l l   m e c h a ni s m   s t a n ds   w i t h   t h e   t o t a l   e ff i c i e n c y   of  t h e   s o l a r   c e l l   a n d  i n c i de n t   i rra di a n c e .     T h e   c o n v e r s i o n   e ff i c i e n c y   of  t h e   s i l i c o n - b a s e d  s y s t e m s   r a n ge s   i n   b e t w e e n   5 - 20%.   A dd i t i o na l l y ,   t h e   h e a t   pr o duc e d  i s   f o un d  t o   c o n s t i t ut e   a b o ut   60 - 70 %  o f   t h e   i n c i de nt   i rr a d i a n c e .   T h i s   i s   b e c a us e   t h e   m i n i m u m   e n e r gy   t h a t   i s   r e qu i r e d  by   t h e   ph o t o n   t o   a b s o r b   a n d  ge t   c o n v e r t e d  t o   e l e c t r i c i t y   c o r r e s po n ds   t o   t h e   t hr e s h o l d   l i g h t   w a ve l e n gt h   o f  1. 1  µ m   fo r   t h e   S i l i c o n   s o l a r   c e l l s   [6].   T h e   w a ve l e n gt h s   o f   t h e   l i ght   t ha t   a ppe a r   t o   b e   i n   a   v i s i b l e   r e gi o n   c o rr e s po n ds   t o   400 - 700 nm .   H ow e v e r ,   t h e   b a ndw i dt h   w a ve l e n gt h   o f   t h e   s i l i c o n   l i e s   i n   t h e   n e a r  i n f ra r e d  r e gi o n .   W i t h   e v e r y   r a di a t i o n   w i t h  a   h i g h e r   v a l ue   o f   w a ve l e n gt h s   s uc h   a s   m i c r o w a v e s   o r   r a d i o   w a ve s ,     w i l l   ul t i m a t e l y   l a c k  t h e   r e qui r e d   e n e r gy   t o   pr o duc e   e n e r gy   a n d   e v e n t ua l l y   l e a d  t o   i n c r e a s i ng  t h e   t e m pe ra t u r e     of   t h e   s y s t e m .    T h e r e   a r e   v a ri o us   s t udi e s   fo c us e d  o n   ut i l i z i n g  t h e   m a x i m u m   o ut   of   t h e   s o l a r   e n e r gy   i n c l udi ng  o n e   of  ut i l i z i n g  t h e   h i g h e r   w a v e l e n gt h   l i g h t   f o r   s o l a r   h e a t i n g .   H ow e ve r ,   t h e r e   a r e   v a r i o us   n e ga t i v e   i m pa c t s   t ha t   t h e   h e a t   c a s t s   o n   t h e   o v e r a l l   po w e r   pr o duc t i o n   o f   t h e   s o l a r   pa n e l .   In   r e ga rd  t o   t h e   a b ov e ,   v a r i o us   p r o c e dur e s   w e r e   fo l l ow e d  t o   e n s ur e   t ha t   t h e   s ur f a c e   t e m pe ra t u r e   of   t h e   S o l a r   P a n e l   i s   m a i nt a i n e d  a s   s pe c i f i e d  by   t h e   m a n uf a c t u r e r  (i . e .   b e l o w   o r   e qua l s   2 5*C)   [7 - 9] .   T h e   p r o b l e m   i s   a s s o c i a t e d  w i t h   t h e   po r t i o n   o f   t h e   h e a t   t ha t   ul t i m a t e l y   l e a ds   t o   a n   i n c r e a s e   i n   t h e   t e m pe ra t u r e   o f   t h e   P V   s y s t e m .   H i gh e r   t e m pe r a t u r e s   o n   t he   P V   r e s ul t s   i n   a   r e duc t i o n   o f   t h e   c o n v e r s i o n   e ff i c i e n c y   m e n t i o n e d  by   t h e   m a n uf a c t u r e r   o n  t h e   m a n uf a c t u r e r  s h e e t   [10 - 11] .   T h e   a dd i t i o n a l   h e a t   i s   e ve n t ua l l y   l o s t   i n   t h e   f o r m   o f  h e a t   a n d  i s   w a s t e d  t o   t h e   e n v i r o nm e n t   f o l l ow i n g  r a d i a t i o n   a n d  t h e   c o n v e c t i o n   h e a t   t r a n s f e r   [ 12] .   S e v e r a l   s us t a i n a b l e   t e c hn o l o gi e s   fo r   t h e   P V T   (P h o t o vo l t a i c   T h e rm a l )  c u rr e n t l y   e xi s t s   i n   t h e   c o m m e r c i a l   m a r ke t   t ha t   c a n   b e   c o upl e d  w i t h   o t h e r   a v a i l a b l e   s y s t e m s   fo r   t h e   pr o v i s i o n   of   t h e   do m e s t i c   w a t e r  h e a t i n g  a n d  t h e   s pa c e   h e a t i n g.   I m p a c t   of   t h e   t e m pe ra t u r e   w a s   t h o r o ug h l y   s t udi e d,   a n d  t h e   t e m pe r a t u r e   o f  t h e   pa n e l   w a s   r e duc e d  by   40%  us i n g   a   D C  b r us h l e s s   f a n   a s   a   c o o l i n g   de v i c e   [13].   T h e   e f fe c t   of   e m pow e r i n g   a i r   c oo l i n g  m e c h a ni s m s   u n de r   i n d o o r   t e s t i n g  us i ng  h a l o ge n   l a m p  w a s   t h o r o ug h l y   i n v e s t i ga t e d  w h e r e   t h e   P V   o ut put   po w e r   w a s   c a r e f ul l y   m o n i t o r e d  w i t h  a n  i n c r e a s e   i n   t h e   a m o unt   o f   s o l a r  r a di a t i o n   [ 14] .   F o r   t h e   P V T   S y s t e m ,   v a ri o us   a s pe c t s   a r e   t o   b e   c o n s i de r e d  t o   a s s u r e   e ff e c t i v e   r e s ul t s   t ha t   i n c l ude   t h e   c h a ra c t e ri s t i c s   o f   t h e   a b s o r b e r   a n d   t h e   c o l l e c t o r s   m a i n l y   c o n s i s t i n g   o f   t h e   t h e rm a l   c o l l e c t o r   pa ra m e t e r s ,   ph o t o vo l t a i c   l a m i na t i o n s ,   t h e r m a l   a n d   e l e c t ri c a l   y i e l d  ra t i o   e t c .   T h e s e   pa ra m e t e r s   hi g h   i n f l ue n c e   t h e   t e m pe ra t u r e   o n   t h e   pa n e l   a n d  t h e   c o m p a ra t i v e   o ut put   pow e r   f r o m   t h e   s y s t e m .   V a r i o us   s t udi e s   a r e   c a rr i e d  o n  P V T   c o l l e c t o r s   w h i c h   m a j o r   i n c l u de   b a s e s   o n   a i r,   w a t e r ,   a i r   t o   w a t e r   h e a t i ng,   a n d  na n o f l ui ds   f l ow   a s   a   m a j o r  h e a t   c a rri e r   [1 5 - 20] .   T h e   f oc us   of   t hi s   r e s e a r c h  w a s   t o   s t udy   t h e   t e c hn i c a l   f e a s i b i l i t y   of   t h e   H y b r i d  P V T   s y s t e m   b y   c o n s i de r i ng  t h e   a f f o r da b i l i t y   a n d  s m a l l   m o dul a r   u ni t   t ha t   c a n   b e   s c a l e d  fo r   m e e t i n g  t h e   v a r y i n g  e n e r gy   de m a n d  l e v e l s .   T hi s   pa pe r   s t u di e s   t h e   t e c hni c a l   a nd  p ra c t i c a l   i s s ue s   by   c a r e f ul l y   m o n i t o r i ng  t h e   pa ra m e t e r s   r e s po n s i b l e   f o r   e ff e c t i v e   e n e r gy   ge n e r a t i o n   t ha t   i n c l ude s   i rra di a n c e ,   h e a t   t ra n s f e r   a t   t h e   P V   c e l l   t o   f l ui d  a n d   t h e   i nt e gra t i o n   o f   t h e   f l ui d  fo r   i n c o r po r a t i ng  t h e   do m e s t i c   w a t e r   h e a t i n g  f o r   r e s i de n t i a l   c o n s um e r s   t o   m e e t   t h e i r   e l e c t r i c a l   a n d  t h e rm a l   de m a n ds .   T h i s   r e s e a r c h   f o c u s e s   on   m e e t i n g  t h e   e l e c t r i c a l   a n d  t h e   t h e rm a l   de m a nd  of   a   r e s i de n t i a l   h o us e h o l d.   T hi s   s t udy   pr e s e n t s   a   s m a rt   s o l ut i o n   f o r   us i n g  a   s m a l l   s pa c e   fo r   ge n e ra t i n g   e l e c t r i c i t y   a n d   h e a t   f o r   m e e t i ng  t h e   e n e r gy   de m a n d.   A   b r i e f   a n a l y s i s   of   t h e   e l e c t ri c a l   p a ra m e t e r s   o f   P V - T  s y s t e m   i s   c a rr i e d ,   a n d  a   s i g ni f i c a n t   i n c r e a s e   i n   t he   p ow e r   pr o duc t i o n   f r o m   t h e   P h o t o vo l t a i c     (10%  a pp r o xi m a t e l y )  i s   a c hi e v e d.         2.   M A TER I A LS   A N D   M E TH O D S   T h e   s y s t e m   a i m e d  a t   m o ni t o ri n g  t h e   e l e c t r i c a l   pa ra m e t e rs   a nd  t h e   u n i f o r m   d i s t ri b ut i o n   o f   t h e   t e m pe ra t u r e   a c r o s s   t h e   pa n e l   a nd  t h e   f l ui d.   F o r  t hi s   pu r po s e ,   w e   us e d  t h e   F r e s n e l   l e n s   b a s e d  M o dul e   w h i c h   c o m pr i s e s   of   24  T S E C  (T a i w a n ’s )  S o l a r   Ce l l s   (P o l y c r y s t a l l i n e )  a t t a c h e d  i n   s e ri e s .   T w o   m o dul e s   w e r e   de s i gn e d  s o   a s   t o   m e e t   t h e   c o n s i de r a b l e   e l e c t r i c a l   de m a n d  o f  a   h o us e h o l d  a s   i n   F i gu r e   1.   T h e   s i z e   of   t h e   s o l a r  c e l l   i s   156x156 m m ±0 . 25 m m   a n d  ha s   c e r t i f i c a t i o n   f r o m   I S O 9001/ 140 01  a n d  O H S A S 18001  w i t h   a   c e l l   e ff i c i e n c y   of   16. 4 - 17% .   F r e s n e l   l e n s   w i t h   a   l e n gt h   o f   0. 1  m   a nd  a   w i dt h   o f  0. 3  m   w a s   de s i gn e d.   T h e   fo c a l   l e n g t h   w a s   m a i n t a i n e d  a t   0 . 3  m .   A n o t h e r   F r e s n e l   L e n s   H W - F 1000 - 5  h a v i n g  a   s i z e   o f   1000*1000m m   w a s   ut i l i s e d  f o r   t h e   pu r po s e   of   t a n k  h e a t i ng  t o   h e a t   t h e   w a t e r   t o   a   l e ve l   t ha t   c a n   b e   us e d  f o r   m e e t i n g  do m e s t i c   h e a t i n g   de m a n d .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i ,   V o l .   16 ,   N o .   3 ,  D e c e m be r   2 019   :     11 36   -   11 43   1138       F i gu r e   1 .   F r e s n e l   l e n s   b a s e d   p h o t o vo l t a i c   m o dul e       B l a c k  t h e r m a l   g r e a s e   m a de   up  of   s i l i c o n   a dh e s i v e s   ( b l a c k  c o l o ur )  w a s   e m pow e r e d  b e t w e e n   t h e   ra r e   f a c e   of   t h e   m o dul e   a nd  t h e   p r o t o t y pe   a b s o r b e r   w h i c h  i s   m a de   o f   t h e   a l u m i ni um   b e c a us e   of   i t s   b e t t e r   h e a t   c o n duc t i v i t y ,   a n d  i t ’s   c o m m e r c i a l l y   c h e a p  a s   i n   F i gu r e   2.   T he   r o l e   of   t h e   t h e rm a l   g r e a s e   w a s   t o   e n s ur e   h i g h e r  e ff i c i e n c y   fo r   t h e   h e a t   t ra n s f e r   a nd  t h e   a l um i n i u m   p i pe s   r o l e s   i n   t h e   h y b r i d  c o l l e c t o r   w a s   t o   e n s u r e   a de qu a t e   t r a n s m i s s i o n  o f   h e a t   t o   t h e   i nt e rn a l   f l ui d .         (a )     (b )     F i gu r e   2 .   ( a )   A l u m i n u m   s h e e t   w i t h  p i pe s   (b )  B l a c k  t h e rm a l   p a s t e   o n  t h e   M o dul e ’s   b a c k       T w o   T h e r m o c o upl e s   w e r e   de pl oy e d  i n   t h e   c o l l e c t o r ’s   a r e a s   w h i c h   p r o duc e s   a   po t e n t i a l   d i f fe r e n c e   w i t h   e xpo s ur e   o f   v a r i a t i o n   i n  t h e   t e m pe ra t u r e .   L a s e r   I n f r a re d  T h e rm o m e t e r   w a s   a l s o   us e d  t o   r e v e r i fy   t h e   t e m pe ra t u r e   ra n ge s   o f   t h e   s y s t e m   t o   a s s ur e   a   do ub l e   c h e c k   o n   t h e   s y s t e m .   F o ur   H e a t   e xc h a nge   s e n s o r s   w e r e   a l s o   de pl oy e d  t o   n o t i c e   t h e   s ur f a c e   t e m pe ra t u r e   o f   t h e   s ol a r   c h i p / c e l l ,   F r e s n e l   l e n s ,   A l um i n u m   s h e e t   a s   r e p r e s e n t e d  i n   F i gu r e   2( a )  a nd  t h e rm a l   p a s t e   o n   M o dul e ’s   b a c k  a s   r e p r e s e n t e d  b y   F i gur e   2(b ).   T h e   t e m pe ra t u r e   r a nge s   w e r e   m o n i t o r e d  c a r e f ul l y   t h a t   i n c l ude s   a   t e m pe ra t u r e   of   w a t e r   i nl e t ,   w a t e r   o ut l e t ,   P V T   c e l l s ,   a b s o r pt i o n   t a n k .   L a t e r   o n ,   a   t a nk  w a s   us e d  t o  s t o r e   t h e   h e a t e d  w a t e r   t ha t   c a n   b e   ut i l i z e d  f o r   t h e   r e s i de n t i a l   pu rpo s e .   T h e   s y s t e m   a l s o   i n c l ude d  s i x  t u n g s t e n   f i l a m e nt   b ul b s   a n d  12  m ul t i m e t e r s   fo r   c o n t i n uo us l y   m o n i t o ri n g  t h e   e l e c t r i c a l   p a r a m e t e r s   i n c l u d i n g  v o l t a ge s   a n d   t h e   c u rr e n t s .   D i L o g  S L 102   A dv a n c e d  Irra di a n c e   M e t e r   w a s   ut i l i z e d  t o   m o n i t o r   t h e   s o l a r   i rra d i a n c e .   T h e   s y s t e m   w a s   l a t e r   o n   a c c o m pa ni e d  by   a n  i n s ul a t o r  s o   t h a t   t h e   h e a t   i n s i de   c a n  b e   p re s e r v e d  a n d   c a n  b e   ut i l i z e d  f o r   t h e   w a t e r   h e a t i ng.         3.   R ES U LTS   A N D   D I S C U S S I O N   Co n c e rn i ng   F i g u r e   3,   i t   c a n   b e   n o t i c e d  t h a t   due   t o   t h e   c o n c e nt r a t i o n  o f   t h e   l i g h t   t ha t   w a s   a c hi e v e d  b y  us i n g  t h e   F r e s n e l   l e n s ,   t h e   t e m pe r a t u r e   of   t h e   S o l a r   C h i p / c e l l   w a s   s e e n   i n c r e a s e d  due   t o  t h e   f a c t   t h a t   hi g hl y   c o n c e n t r a t e d  l i g ht   w a s   pr o j e c t e d  o n   t h e   s o l a r   c h i p / c e l l .   T h i s   c o r r e s po n ds   t o   t h e   f a c t   t h a t   t h e   l i g ht   w a v e l e n gt h s   t h a t   w o ul d  h a v e   e xc e e de d  t h e   t hr e s h o l d  v a l ue   o f   t h e   e n e rg y   b a n d  ga p  m i g ht   po s s i b i l i t y   h a v e   c o n t ri b ut e d  t o w a r ds   i n c r e a s i n g  t h e   o n   s u r f a c e   t e m pe r a t u r e   o f  t h e   S o l a r   C h i p,   t hus   a l l o w i n g  S o l a r   C h i p  t o   o pe r a t e   i n   hi g h e r   t e m pe r a t u r e   r a nge s .   S i m i l a r   r e s ul t s   a r e   a l s o   di c us s e d  i n   t h e   s t udy   of   (W u,   Y upe n g.   e t   a l . ,   2012)   [ 21].   B e s i de d   a   t h e r m a l   r e gul a t i o n   t e c hn i que   i s   a l s o   c o upl e d   w i t h  t h e   m o dul e   t o   c o n t r o l   t h e   ov e r   h e a t i ng  o f  s o l a r  c e l l   a n d  o pe ra t e   i s   o pt i m um   t e m pe r a t u r e   ra n ge   f o r   m a xi m u m   e n e r gy   o ut put .   T h e   c o upl e d  t h e r m a l   r e gu l a t i o n   i s   r e c e i v i n g  t h e   a c c e s s   h e a t   a n d   u t i l i z e   i t   f o r   p r e - h e a t i n g   o f   w a t e r .     F i gu r e   4  de pi c t s   t h e   i rra d i a n c e   t ha t   w a s   m e a s u r e d  o n   t h e   s ur f a c e   of   t h e   F r e s n e l   l e n s   a n d  a f t e r   t h e   c o n c e n t r a t i o n  by   t h e   F r e s n e l   l e n s .   T h e   s i g n i f i c a n t   i n c r e m e n t   w a s   fo un d  w h i c h   a ppe a r s   t o   p r o duc e   e xt ra   po w e r   o ut   of   t h e   s o l a r   c e l l   a n d  r e s ul t s   a r e   qu i t e   c o m pa r a b l e   w i t h   t he   s t ud y   of   (J i n g  e t   a l . ,   2 014)   [22]  a n d  (P a n j w a n i   e t   a l . ,   201 8)   [23] ,   w h e r e   h e   go t   a n   i n c r e a s e   o f   s o l a r   c e l l   e ff i c i e n c y   up  t o   9  %  by   un s i g  o pt i m i z e d  F r e s n e l   l e n s .   H ow e ve r ,   due   t o   t h e   c o n c e n t ra t i o n,   t h e   l i g ht   w a v e l e n gt h   t ha t   f a l l s   e xc e e di n g  t h e   t hr e s h o l d,   t h e   c o n c e n t r a t i o n  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i     IS S N :   2502 - 4752       H y br i d   c on c e nt r at e d   pho t ov o l t a i c   t he r m al   t e c hnol ogy   f or   do m e s t i c   w at e r   h e at i ng   ( M. K. P an j w ani )   1139   of   t h e   s o l a r   i rr a di a n c e   o n   t h e   s o l a r   c h i p / c e l l   di r e c t l y   r e s ul t s   i n   i n c r e a s i n g  t h e   s o l a r   c h i p / c e l l ’s   t e m pe r a t u r e ,   t h us   ra i s i ng  t h e   i s s ue   o f   t h e   po w e r   de c r e m e nt   a n d   du ra b i l i t y   of   t h e   s o l a r   c e l l .             F i gu r e   3 .   T e m pe r a t u r e   d i f fe r e n c e   c a l c ul a t e d  a t   t h e   F r e s n e l   l e n s   a n d   t h e   S o l a r   C hi p / c e l l       F i gu r e   4 .   I rra d i a n c e   m e a s u r e s   o n   t h e   s u r f a c e   o f   t h e   F r e s n e l   l e n s   a n d   a f t e r   t h e   c o n c e n t ra t i o n  o n  S o l a r   Chi p/ c e l l       F r o m   F i gu r e   5 ,   v a r i o us   ra n ge s   o f   t h e   t e m pe ra t u r e   i n   t h e   s y s t e m   c o ul d  be   n o t i c e d.   (a )  T h e   t e m pe ra t u r e   a t   t h e   F r e s n e l   l e n s   (b )  R e f e r s   t o   t h e   t e m pe ra t u r e   t h a t   w a s   n o t i c e d  w i t h o ut   a n y   P V T   s y s t e m .   It   c a n  b e   s e e n   t ha t   hi g h  r a nge s   o f   t h e   t e m pe r a t u r e   w e r e   c a l c ul a t e d  a n d   t h e   hi g h e s t   t o uc h i ng  a pp r o xi m a t e l y   59*C.   Co n c e rn i ng  t h e   M a n uf a c t u r e r s   s h e e t ,   t h e   s t a nda r d  t e m pe r a t u re   o n   w h i c h   t h e   s o l a r   c e l l   i s   a l l o w e d  t o   o pe r a t e   i s   25*C.   T h e   t e m pe ra t u r e   n o t i c e d  w a s   m o r e   t h a n  t h e   do ub l e   of   t h e   t e m pe r a t u r e   l i s t e d  o n   t h e   m a n uf a c t u r e r   s h e e t .   (C)  R e fe r s   t o   t h e   t e m pe r a t u r e   t h a t   w a s   a c h i e v e d  a f t e r   t h e   w a t e r   h e a t   t r a n s f e r.   It   c a n   b e   n o t i c e d  t h a t   a   s uf f i c i e n t   de c r e a s e   w a s   s e e n   w h i c h   w o ul d  a l l o w   S o l a r   c e l l   t o   o pe r a t e   on   l e s s   t e m pe r a t u r e   de s pi t e   v a ri o us   w a ve l e n gt h   o f  t h e   l i g h t   e xc e e di n g  t h e   t hr e s h o l d  v a l ue .   (d )  R e fe r s   t o   t h e   t e m pe r a t u r e   o f   t h e   w a t e r   t ha t   w a s   n o t i c e d  a t   t h e   o ut l e t   a f t e r   e xpo s i n g  i t   t o   t h e   s y s t e m .   T h e   t a p  w a t e r   w a s   ut i l i z e d  f o r   t h e   s y s t e m .   T h e   h i g h - t e m pe ra t u r e   w a t e r  w a s   l a t e r   us e d  f o r   e xc e s s   h e a t i n g  t o   b e   us e f ul   fo r   m e e t i ng  t h e   r e s i de nt i a l   w a t e r   h e a t i n g .   T h e   r e s ul t s   a r e   a l s o  qui t e   c o m pa ra b l e   w i t h  t h e   s t udy   of   (M o h a rra m   e t   a l . ,   20 13)   [ 24].             F i gu r e   5 .   T e m pe r a t u r e   f r o m   t h e   t o p  (a )   r e f e r s   t o   T e m pe ra t u r e   o f   t h e   w a t e r   a f t e r  h e a t   t ra n s f e r   (b )  T e m pe r a t u r e   of   S o l a r  C h i p/ c e l l / c e l l   w i t h o ut   w a t e r  h e a t   t r a n s f e r  (c )  S o l a r  C hi p/ c e l l   t e m pe r a t u r e   a f t e r  t h e   w a t e r   h e a t   t ra n s f e r   (d)  O v e r a l l   w a t e r  t e m pe ra t u r e   r e s ul t i ng  f r o m   t h e   h e a t   t ra n s f e r   o f   s o l a r  c h i p / c e l l       F r o m   F i gu r e   6,   s h o w s   t h e   v a r i a t i o n   i n   t h e   pow e r   pr o duc e d  fr o m   t h e   S o l a r   M o dul e   be fo r e   a nd  a f t e r  de pl oy m e n t   o f   t h e   P V T   s y s t e m .   T h i s   i s   i m po r t a n t   t o   n o t i c e   h e r e   t ha t   t h e   po w e r   t h a t   i s   p r o duc e d  fo l l ow s   a n   a v e r a ge   i n c r e a s e   i n  t h e   o dd  h o u r s   h o w e ve r   t h e r e   i s   a   s i g n i f i c a nt   i n c r e a s e   i n  t h e   e n e r gy   pr o duc e d  i n  t h e   pe a k  h o u r ,   t hus   e na b l i n g  t h e   s y s t e m   t o   ut i l i s e   t h e   pe a k  h o ur s   f o r   t h e   pow e r   pr o duc t i o n.   T hi s   i s   i n   r e s po n s e   t o   t h e   f a c t   t h a t   t h e   s o l a r   m o dul e   e xpe r i e n c e s   l o s s e s   b e c a us e   of   t h e   t e m pe r a t u r e   i n c r e a s e   a n d  t h us   e na b l i n g  t h e   s y s t e m   t o   d e v i a t e   f r o m   t h e   s t a n d a r d  w o r ki n g  o f   t h e   S o l a r   P a n e l .   W i t h   t h e   a dv a n c e m e nt   o f   t h e   s y s t e m ,   t h e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i ,   V o l .   16 ,   N o .   3 ,  D e c e m be r   2 019   :     11 36   -   11 43   1140   hi g h e s t   P e r c e n t   P o w e r   i n c r e m e nt   w a s   a c h i e v e d  t o   b e   a ppr o xi m a t e l y   10%,   w h i c h   i s   e v e n   h i g h e   i n   e f f i c i e n c y   f r o m   (S o r n e k,   F i l i po w i c z   a n d  J a s e k,   2018)   [25]  w h o   go t   a bo ut   7%  pow e r   i n c r e a s e   w h i l e   us i ng  F r e s n e l   l e n s   o n   p h o t o v a l t i c   m o dul e   i n s t a l l e d  d i r e c t l y   o n   f a ç a de .           F i gu r e   6 .   P o w e r   p r o duc e d  b e fo r e   a n d   a f t e r  t h e   P V T   S y s t e m   a n d   P o w e r   P e r c e n t   i n c r e a s e       S o l i dw o r ks   t ha t   a r e   m o s t   w i de l y   us e d  a s   a   s i m ul a t i o n   s o f t w a r e   f o r   t h e rm o d y n a m i c s   w a s   us e d  t o  c a r e f ul l y   s i m ul a t e   t h e   pa ra m e t e r s   a nd  t h e   h e a t   t ra n s f e r   t ha t   w a s   t a ki n g  pl a c e   a s   c a n   b e   s e e n   f r o m   F i gur e   7.   T h e   r e s ul t s   w e r e   a l s o   v e r i f i e d  w i t h  A N S Y S   t o   a s s u r e   i f   t h e r e   w a s   a   m i s m a t c h  i n  t h e   r e s ul t s .   M o s t   pa ra m e t e r s   w e r e   c a l c ul a t e d  f r o m   t h e   a s pe c t   of   F r e s n e l   l e n s   a n d  w e r e   i nc o r po r a t e d  t o   e n s u r e   t ha t   t h e   s i m ul a t i o n   w o r ke d   f i n e   e n o ug h  t o   po n de r   a n d   a c c um u l a t e   t h e   r e s ul t s   a s   t he   pa r t   o f   w a t e r   h e a t i ng  f o r   t h e   do m e s t i c   h e a t   a ppl i c a t i o n .   F r o m   F i gu r e   8,   i t   s t a t e s   t h e   ge o m e t ri c a l   di m e n s i o n s   of   t h e   w a t e r   t a nk  t ha t   i s   u n de r   i n v e s t i ga t i o n.   A   s c h e m a t i c   di a g r a m   o f   t h e   e xpe r i m e nt a l   s e t up   a s   s h o w n   i n  F i gu r e   9 .                       F i gu r e   7 .   S i m u l a t i n g   t h e   t h e r m a l - s t r a t i f i e d  w a t e r  t a n k   o n  S o l i dW o r ks   a nd  A N S Y S       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i     IS S N :   2502 - 4752       H y br i d   c on c e nt r at e d   pho t ov o l t a i c   t he r m al   t e c hnol ogy   f or   do m e s t i c   w at e r   h e at i ng   ( M. K. P an j w ani )   1141       F i gu r e   8 .   G e o m e t ri c a l   D i m e n s i o n s   o f   t h e   i n v e s t i g a t e d  t a nk           F i gu r e   9 .   A   s c h e m a t i c   di a g ra m   o f   t h e   e xpe r i m e n t a l   s e t u p       T h e   t h e rm a l   a n a l y s i s   a n d  c a l c ul a t i o n s   a r e   c a l c ul a t e d  us i n g  S o l i dW o r ks   a n d  A N S Y S - CF X .   E l e c t r i c i t y   ge n e ra t e d  b y   t h e   P V   M o dul e s   i s   s ub j e c t e d  t o   m e e t   t h e   h o us e h o l d’s   e l e c t r i c a l   de m a n ds   o r   i n  t h e   c a s e   c a n   b e   f e d  t o   t h e   g ri d  t hr o ug h   n e t   m e t e r i n g .   A   s o l a r   t h e r m a l   s y s t e m   de s i gn e d  f o r   s p a c e   h e a t i n g   a nd  h o t   w a t e r   us ua l l y   c o m pri s e d  of   a   s o l a r   a rra y ,   c i r c ul a t i o n   pum ps   a nd  h e a t   e xc ha n ge r s   a n d  a   t a n k  a s   s t o ra ge .     T h e   t a n k  i s   b a s e d  o n   t h e   s t ra t i f i e d  s y s t e m s   w h i c h   h e l p  i n   m a i nt a i ni n g  t h e   t e m pe r a t u r e   di f f e r e n c e s   i n s i de   t h e   s t o r a ge   t a n k .   T h e   s y s t e m   t h a t   i s   c o n s i de r e d  i n  o ur  e xpe ri m e nt a l   s e t up  ut i l i s e s   t h e   t a p   w a t e r  a t   t h e   i ni t i a l   s t a ge   a n d  f o l l ow s   a   c l o s e d  l oo p  c i r c ul a t i o n   t o   m e e t   o ur   t h e r m a l   d e m a n ds .   G e n e r a l l y ,   t h e   s y s t e m s   t ha t   a r e   us e d  f o r   do m e s t i c   h o t   w a t e r   a r e   c o m pa ra t i v e l y   s m a l l   a s   c o m pa r e d  t o   s pa c e   h e a t i n g  a s   t h e   s pa c e   h e a t i n g  r e qui r e s   c o n t i n uo us   h e a t i n g .   T h e   t a p  w a t e r   w a s   a l l o w e d  t o   e n t e r   i nt o   t h e   P V T   s y s t e m .   T h e   o ut put   w a t e r   f r o m   t h e   P V T   s y s t e m   w h i c h  w a s   c a l c ul a t e d  t o   b e   a t   48*C  w a s   a l l o w e d  t o   e n t e r   f r o m   t h e   m i dd l e   i n l e t   o f   t h e   w a t e r   t a nk  w h e r e   t h e   t h e r m o c l i n e   z o n e   i s   f o r m e d  b e t w e e n   t h e   h o t   a n d  t h e   c o l d  w a t e r .   T w o   F r e s n e l   l e n s e s   w e r e   us e d  t o  a s s ur e   f a l l i n g  o f   h i g h - t e m pe ra t u r e   i rra d i a n c e   o n   t h e   w a t e r   t a n k  t hus   c o n t r i b ut i n g  t o w a r ds   t h e   h e a t i ng  o f   t h e   w a t e r   i n s i de   t h e   w a t e r   t a n k .   A s   pe r   t h e   f a c t   t ha t   t h e   de n s i t y   of   t h e   w a rm   w a t e r   i s   l ow ,   t h e   w a r m   w a t e r   f l o a t s   i n   t h e   w a t e r   t a n k .   T h e   de n s i t y   of   t h e   c o l d  w a t e r   i s   h i g h,   t h e   c o l d  w a t e r   s e t t l e s   a t   t h e   b o t t o m   a n d  t h e n   i s   b oo s t e d   t o   e n t e r   i n   t h e   s y s t e m .   M o r e ov e r ,   t h e   c o l d  w a t e r   c o m i n g  o ut   f r o m   t h e   s pa c e   h e a t i n g  i s   a l s o   ut i l i z e d  w i t h   t h e   s y s t e m   a n d  i s   t h e n   pum pe d  t o   t h e   P V T   s y s t e m   fo r   r e pe a t e d  c y c l e s .   T h e   l o o p  o f  t h e   e l e c t r i c a l   h e a t i ng  c a n   a l s o   b e   i n c o r po r a t e d  i n   t h e   s y s t e m   s o  t ha t   t h e   t a n k  c a n   b e   h e a t e d  up  i n   t h e   da y s   w h e r e   t h e r e   i s   n o   e xpo s ur e   of   s un ,   e s pe c i a l l y   i n   t h e   ra i n y   s e a s o n   t o   m e e t   t h e   t h e rm a l   de m a n d   of   t h e   pa rt i c ul a r   h o us e h o l d.   T h e   v a l ue s   of   t h e   t e m pe ra t u r e   a r e   b a s e d  o n   s i m ul a t i o n s   a n d  m a y   v a r y   a   l i t t l e   w h e n   i t ’s   c o m m e r c i a l l y   i m pl e m e n t e d.   I n   t h e   a b s e n c e   of   s o l a r   e n e r gy ,   t h e   s y s t e m   c a n   t y pi c a l l y   f un c t i o n   a s   t ra di t i o na l   a nd  t h e   e l e c t r i c a l   e n e rgy   c a n   b e   us e d   t o   pr e h e a t   t h e   w a t e r  a nd  c a n  u t i l i z e   t h e   w a t e r   f o r   t h e   r e s i de n t i a l   h o us e h o l d.         4.   C H A LLEN G ES   A N D   R EC O M M EN D A TI O N S   O n e   o f   t h e   m a i n   c h a l l e n ge s   i n   a do pt i o n   o f   t h e   s o l a r   t h e rm a l   e n e r gy   s y s t e m s   a t   t h e   c o m m e r c i a l   l e v e l   i s   t h e i r   de s i g n   c o n c e r n s   a s   i t   v a ri e s   fo r   e a c h   b ui l di ng,   p a r t i c ul a r   r o of t o p,   c l i m a t i c   c o n c e rn s ,   t hus   l e a di ng  t o  v a r i a t i o n   a nd  n o t   h a v i n g  a   s t a nda rd  de s i g n   a v a i l a b l e   i n   t h e   c o m m e r c i a l   m a rke t .   O t h e r   i s s ue s   a r e   r e l a t e d  t o  t h e i r   t e c hni c a l   i s s ue s   a n d  t h e i r   s c a l i n g  w hi c h   i s   l i m i t e d  by   t h e   s pa c e   a n d  t h e   c o n t r o l   c o n c e r n s .   T h e   t h e rm a l   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i ,   V o l .   16 ,   N o .   3 ,  D e c e m be r   2 019   :     11 36   -   11 43   1142   a n d  t h e   e l e c t r i c a l   e ff i c i e n c i e s   a r e   ra d i c a l l y   i n f l ue n c e d  by   t h e   c o l l e c t o r   de s i gn   pa ra m e t e r s   s uc h   a s   t h e   t h e rm a l   c o n t a c t   b e t w e e n   t h e   p a n e l / c e l l   t o   t h e   c oo l a nt   f l ui d ,   t h e i r   r e l a t i v e   w i dt h  o f   t h e   pi pe   d i a m e t e r.   T h e y   a r e   a l s o   i n f l ue n c e d  by   t h e   e n v i r o n m e n t a l   pa ra m e t e r s   t ha t   s e e m   t o   h a v e   a n   u n p r e di c t a b l e   c o n c e r n   o n  t h e   po w e r   o ut put   of   t h e   s y s t e m s .   F o l l ow i n g  i s s ue s   c o n c e r n e d  w i t h   t h e   pi pe   di a m e t e r s   a nd  t h e   c h a nn e l s / u ni t   w i dt h,   b e t t e r   c o n v e c t i v e   h e a t   t ra n s f e r ,   e s pe c i a l l y   i n   c h a nn e l s   w h i c h   ha s   a   c o n s e que n t   e nha n c e m e nt   o f   t h e   c oo l i ng,   c a n   b e   a c hi e v e d  w i t h  r e duc i n g  t h e   pi pe   d i a m e t e r   a nd  i n c r e a s i n g  t h e   n u m b e r   o f   t h e   c h a nn e l s / u ni t   w i dt h.   V a l ue s   o f   t h e   W / D   fo r   a   s h e e t - t ub e   c o l l e c t o r   c a n   b e   t r i e d  t o   r e duc e   t o   un i t y   us i n g  t h e   c o rr uga t e d  pa n e l s .   T h e r e   a r e   v a r i o us   i s s ue s   r e l a t e d  t o   t h e   s e n s i t i v i t y   of   t h e   t h e rm a l   c o nt a c t   b e t w e e n  t h e   s o l a r  c e l l   a n d   t h e   f l ui d .         5.   C O N C LU S I O N   H y b r i d  P h o t o vo l t a i c   T h e r m a l   s y s t e m   a ppl i c a t i o n   w a s   us e d  i n   t h e   s y s t e m   t o   a s s ur e   t ha t   t h e   a v a i l a b l e   s o l a r   e n e rgy   c a n   b e   w i s e l y   ut i l i z e d  t o   p r o duc e   h i g h e r   e l e c t ri c a l   a n d  t h e rm a l   e n e rgy   fo r   m e e t i n g  r e s i de nt i a l   h o us e h o l d’s   e l e c t r i c a l   a n d  t h e r m a l   de m a n d .   T h e   r e s ul t s   o f  t h e   s t udy   a r e   v e r y   e n c o ur a gi ng.   T h e   F r e s n e l   l e n s   h e l pe d  i n   c o n c e nt r a t i ng  t h e   i rr a di a t i o n s   f a l l i ng  t h us   a l l o w i n g   a   hi g h e r   r a nge   of   i rr a d i a n c e   o n   t h e   s o l a r   m o dul e   t o   c o n v e r t   t o   t h e   E l e c t ri c a l   e n e r gy .   M o r e ove r ,   i t   w i l l   e n a b l e   t h e   s o l a r   c e l l   t o   a c h i e v e   h i g h e r   t e m pe r a t u r e s   b e c a us e   of   t h e   l i g ht   f a l l i n g  i n   t h e   w a ve l e n gt h   a b ov e   t h e   t hre s h o l d  a n d  n o t   r e s ul t i ng  i n   t h e   a b s o r pt i o n   by   t h e   s o l a r   c e l l ,   t o   b e   us e d  by   t h e   c o n t a c t i n g  f l ui d  f o r   w a t e r   h e a t i ng.   D u r i n g  i t s   e xpl o i t a t i o n ,   t h e   c e l l   e ff i c i e n c y   w a s   i m p r o v e d  be c a us e   of   l ow e r i n g  i t s   t e m pe ra t u r e   us i n g  a   f l u i d  t o   a s s ur e   a   s m o o t h   h e a t   t ra n s f e r   f r o m   t h e   c e l l   t o   t h e   c o n n e c t e d  f l ui d  t h us   a l l o w i n g  t h e   s o l a r   m o dul e   t o   w o rk  i n   t h e   s t a nda r d  ra n ge s   a n d  p r o duc i n g  hi g h e r   pow e r   o ut put s   i n  pe a k   h o ur s .   A pp r o xi m a t e l y   10%  i n c r e a s e   i n   t h e   po w e r   o ut put   w a s   a c h i e v e d.   T h e   h e a t e d   f l ui d  w a s   ut i l i z e d  i n   t h e   w a t e r   t a n k  t o   a s s ur e   t ha t   t h e   t a nk  c a n   b e   h e a t e d  by   a   F r e s n e l   l e n s   i n   c o m pa r a t i v e l y   l e s s   t i m e   t ha n   t ha t   o f   o r di na r y   t o   e n s ur e   s l i g h t   hi g h e r   e f fi c i e n c y   i n   do m e s t i c   w a t e r   h e a t i n g  a ppl i c a t i o n.     T h e   s y s t e m   c a n   b e   us e d  a h e a d  i n   t h e   f u t ur e   f o r   t h e   w a t e r   t re a t m e n t   t o   a s s ur e   t ha t   t h e   w a t e r   f r o m   t h e   w a t e r  t a n k   c a n  b e   c h e m i c a l l y   t r e a t e d  a n d  c a n  f ul f i l   t h e   d ri n k i n g   w a t e r   r e qu i r e m e n t   o f   a   h o us e h o l d.         A C K N O WL ED G E M EN TS   T h e   a u t h o r s   w o ul d  l i ke   t o   a c k n o w l e dge   t h e   f a c i l i t i e s   p r o v i de d  by   N o r t h   C hi na   E l e c t ri c   P ow e r   U n i v e r s i t y   a n d  S uk ku r   IB A   U n i v e r s i t y   P a ki s t a n   f o r   t h e   a c c om pl i s h m e n t   o f   t h i s   w o r k,   a n d  C hi na   S c h o l a r s hi p   Co un c i l   f o r   t h e i r  f i n a n c i a l   s uppo rt .         R E F E R E N C E S   [ 1]   E ne r g y   T e c hn o l ogy   P e r s pe c t i v e s   2012 .   T e c hni c a l   r e po r t ,   I nt e r na t i o na l   E ne r gy   A g e nc y   ( I E A ) ,   2012.   U R L   ht t ps : / / w w w . i e a . o r g / pu bl i c a t i o ns / f r e e pu bl i c a t i o ns / p ubl i c a t i o n/ E T P 2 012_f r e e . pdf .   A c c e s s e d   A pr i l   2 017   [ 2]   M .   T r i pa t hy ,   P . K .   S a d hu.   “ B ui l d i ng   I nt e g r a t e d  P ho t o v o l t a i c   i s   a   C o s t   E f f e c t i v e   a nd  E nv i r o nm e n t a l   F r i e nd l y   S o l ut i o n . ”  T E L K O M N I K A   I ndone s i an   J o ur n al   o f   E l e c t r i c al   E n gi ne e r i ng .   2 015;   14  ( 1 ) :   49 - 54.   [ 3]   G ua r r a c i no ,   I .   ( 2017) . ” H y br i d  pho t o v o l t a i c   a nd  s o l a r   t h e r m a l   ( P V T )   s y s t e m s   f o r   s o l a r   c o m bi ne d  he a t   a nd  po w e r ”   ( D o c t o r a l   d i s s e r t a t i o n,   I m pe r i a l   C o l l e g e   L o ndo n) .   [ 4]   M   r w a n t o ,   Y M   I r w a n ,   I   S a f w a t i ,   W a i - Z h e L e o w ,   N   G o m e s h.   “ A nal y s i s   S i m u l at i o n  o f   t he   P hot ov o l t ai c   O u t pu t   P e r f or m a nc e . ”   I E E E   8t h   I nt e r n a t i o na l   P o w e r   E ng i n e e r i ng   a nd   o pt i m i z a t i o n  C o nf e r e nc e   ( P E O C O ) .   201 4.   [ 5]   R .   S a n t be r g e n  a nd  R . J . C .   v a n  Z o l i ng e n.   “ T he   a bs o r p t i o n  f a c t o r   of   c r y s t a l l i ne   s i l i c o n  P V   c e l l s :   A   num e r i c a l   a nd   e xpe r i m e nt a l   s t udy ” .  Sol ar   E ne r gy   M a t e r i a l s   an d  S ol ar   C e l l s ,   92 ( 4 ) : 432 - 444,   20 08 .   [ 6]   A . R .   A m e l i a ,   Y . M .   I r w a n,   M .   I r w a nt o ,   W . Z .   L e o w ,   N .   G o m e s h ,   I .   S a f w a t i ,   M . A . M .   A nua r .   “ C o o l i ng   o n   P ho t o vo l t a i c   P a ne l   U s i ng   F o r c e d  A i r   C o n v e c t i o n  I nduc e d  b y   D C   F a n” .   I n t e r na t i o na l   J ou r na l   of   E l e c t r i c al   and   C om put e r   E ng i ne e r i ng   ( I J E C E ) .   2016 ,   6( 2) :   526 - 534 .     [ 7]   L e o w ,   W .   Z . ,   Y .   M .   I r w a n,   M .   A s r i ,   M .   I r w a nt o ,   A .   R .   A m e l i a ,   Z .   S y a f i qa h,   a nd  I .   S a f w a t i .   " I n v e s t i g a t i o n  o f   s o l a r   pa ne l   p e r f o r m a nc e   b a s e d  o n  d i f f e r e n t   w i nd   v e l o c i t y   us i ng   A N S Y S . "   I ndone s i an   J o ur na l   of   E l e c t r i c a l   E n gi ne e r i ng   and  C om pu t e r   S c i e nc e   ( I J E E C S) ,   1 ,   no .   3   ( 2016 ) :   456 - 463 .   [ 8]   P a nj w a ni ,   M a no j   K um a r ,   L i   M e i c he ng ,   D a n i s h  K ha n,   I dr i s   K ha n,   a n d  M o ha n   M e ng hw a r .   " E f f e c t   of   s o l ar   c onc e nt r a t or s   on  t he   e f f i c i e nc y   o f   s o l ar   pa ne l s . "   I n   2018  I nt e r na t i o na l   C o nf e r e nc e   o n  C o m put i ng ,   M a t he m a t i c s   a n d  E ng i ne e r i ng   T e c hno l o g i e s   ( i C o M E T ) ,   pp .   1 - 7.   I E E E ,   2 018 .   [ 9]   S hv a r t s ,   M .   Z . ,   V .   M .   A ndr e e v ,   V .   S .   G o r o ho v ,   V .   A .   G r i l i khe s ,   A .   E .   P e t r e n ko ,   A .   A .   S o l uy a no v ,   N .   H .   T i m o s h i n a ,   E .   V .   V l a s o v a ,   a nd  E .   M .   Z a h a r e v i c h.   " F l at - pl a t e   F r e s ne l   l e ns e s   w i t h  i m p r ov e d  c o nc e nt r a t i n g  c ap ab i l i t i e s :   de s i gn i ng ,   m anu f ac t u r i ng  and  t e s t i ng . "   I n   2008  33r d  I E E E   P ho t o vo l t a i c   S pe c i a l i s t s   C o nf e r e nc e ,   pp.   1 - 6 .     I E E E ,   2008 .   [ 10]   P e r r a k i ,   V . ,   a n d  G .   T s o l ka s .   " T e m pe r a t ur e   de p e nd e nc e   o n  t he   pho t o vo l t a i c   pr o pe r t i e s   o f   s e l e c t e d  t hi n - f i l m   m o dul e s . "   I nt e r n at i ona l   J o ur na l   of   R e ne w abl e   and   Su s t a i na bl e   E ne r gy   2 ,   no .   4   ( 2013 ) :   140 - 146 .   [ 11]   H o s s e i n  S ha h i nz a de h,   M o ha m m a d  M o i e n   N a j a f   A ba di ,   M o ha m m a d  H a j a hm a d i ,   A l i   P a kne j a d .   “ D e s i g n  a nd   E c o n o m i c   S t ud y   f o r   U s e   t he   P ho t o v o l t a i c   S y s t e m s   f o r   E l e c t r i c i t y   S uppl y   i n  I s f a ha n  M us e um   P a r k. ”   I n t e r na t i o na l   J our nal   o f   P ow e r   E l e c t r on i c s   a nd  D r i v e   Sy s t e m   ( I J P E D S) .   201 3;   3   ( 1) :   83 - 94 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i     IS S N :   2502 - 4752       H y br i d   c on c e nt r at e d   pho t ov o l t a i c   t he r m al   t e c hnol ogy   f or   do m e s t i c   w at e r   h e at i ng   ( M. K. P an j w ani )   1143   [ 12]   Z .   F a r ha na ,   Y . M .   I r w a n,   R . M . N .   A z i m m i ,   A . R . N .   R a z l i a na ,   N . G o m e s h.   “ E xp e r i m e n t a l   i nv e s t i g a t i o n  o f   pho t o vo l t a i c   m o dul e s   c o o l i ng   s y s t e m . ”  I E E E   Sy m pos i um   on   C om pu t e r s   &   I nf o r m a t i c s ;   2 012   [ 13]   Y . M .   I r w a n,   W . Z .   L e o w ,   M .   I r w a nt o ,   F a r e q .   M ,   A . R .   A m e l i a ,   N .   G o m e s h,   I .   S a f w a t i .   “ A na l y s i s   A i r   C o o l i ng  M e c ha n i s m   f o r   P ho t o v o l t a i c   P a ne l   by   S o l a r   S i m ul a t o r . ”   I nt e r nat i ona l   J our na l   o f   E l e c t r i c a l   a nd  C om p ut e r   E ngi ne e r i n g  ( I J E C E ) .   201 5;   5   ( 4 ) :   636 - 643 .     [ 14]   F udho l i   A ,   S o pi a n  K   ( 201 8) ,   “ R & D   o f   P ho t ovo l t a i c   T he r m a l   ( P V T )   S y s t e m s :   a n  ov e r v i e w ” .  I n t e r na t i ona l   J o ur na l   of   P ow e r   E l e c t r on i c s   a nd  D r i v e   Sy s t e m s   ( I J P E D S) ,   9   ( 2) ,   803 - 10 .   [ 15]   F udho l i   A ,   S o pi a n  K   ( 2 018 ) ,   “ R e v i e w   o n  e xe r gy   a nd  e ne r g y   a na l y s i s   o f   s o l a r   a i r   he a t e r ” .  I n t e r na t i ona l   J ou r na l   o f   P o w e r   E l e c t r o ni c s   and   D r i v e   Sy s t e m s   ( I J P E D S) ,   9   ( 1 ) ,   4 20 - 26 .     [ 16]   Z o hr i   M ,   N ur a t o   N ,   F udho l i   A   ( 2017 ) ,   “ P ho t o vo l t a i c   t h e r m a l   ( P V T )   s y s t e m   w i t h  a n d  w i t ho ut   f i ns   C o l l e c t o r :   T he o r e t i c a l   A ppr o a c h ” .  I n t e r na t i ona l   J ou r na l   of   P ow e r   E l e c t r o ni c s   and  D r i v e   Sy s t e m   ( I J P E D S)   8( 4 ) ,   17 56 - 63.     [ 17]   S a r h a dd i ,   F . ,   S .   F a r a ha t ,   H o s s e i n  A j a m ,   A .   M .   I .   N .   B e hz a dm e hr ,   a nd   M .   M a h da v i   A de l i .   " A n  i m pr o v e d  t h e r m a l   a nd  e l e c t r i c a l   m o de l   f o r   a   s o l a r   pho t ov o l t a i c   t he r m a l   ( P V / T )   a i r   c o l l e c t o r . "   A pp l i e d  E ne r gy   87 ,   no .   7    ( 201 0) :   2328 - 23 39.   [ 18]   R a z a l i ,   N ur   F a r h a na   M o hd,   A hm a d  F udho l i ,   M o hd  H a f i dz   R us l a n,   a nd  K a m a r uz z a m a n  S o pi a n .   " E l e c t r i c a l   c ha r a c t e r i s t i c   o f   p ho t ov o l t a i c   t he r m a l   c o l l e c t o r   w i t h  w a t e r - m ul t i w a l l e d  c a r bo n  na no t ube   n a no f l ui d   f l o w . "   I ndo ne s i a n  J ou r na l   o f   E l e c t r i c a l   E ng i ne e r i ng   an d  C om put e r   Sc i e nc e   ( I J E E C S) ,   13 ,   no .   1  ( 201 9) :   324 - 330 .   [ 19]   Z o hr i ,   M u ha m m a d ,   L a l u  D a r m a w a n  B a k t i ,   a nd  A hm a d  F u dho l i .   " E xe r g y   A s s e s s m e n t   o f   P ho t ov o l t a i c   T he r m a l   w i t h   V - g r o ov e   C o l l e c t o r   U s i ng   T he o r e t i c a l   s t udy . "   T E L K O M N I K A   ( T e l e c om m uni c a t i on,   C om pu t i n g,   E l e c t r on i c s   a nd   C ont r ol ) ,   1 6,   no .   2  ( 2 018 ) :   550 - 557.     [ 20]   S o l a nki ,   S .   C . ,   S w a pn i l   D ube y ,   a nd   A r v i nd  T i w a r i .   " I ndoo r   s i m u l a t i o n  a nd  t e s t i ng   o f   pho t o vo l t a i c   t h e r m a l   ( P V / T )   a i r   c o l l e c t o r s . "   A ppl i e d  e ne r gy   86 ,   no .   11   ( 2 009 ) :   2421 - 2428 .     [ 21]   W u,   Y upe ng ,   P h i l i p  E a m e s ,   T a pa s   M a l l i c k,   a nd  M o ha m e d  S a b r y .   " E xpe r i m e n t a l   c ha r a c t e r i s a t i o n  of   a   F r e s ne l   l e n s   pho t o vo l t a i c   c o nc e nt r a t i ng   s y s t e m . "   So l ar   E ne r gy   86,   no .   1   ( 2 012 ) :   430 - 440 .     [ 22]   J i ng ,   L e i ,   H ua   L i u,   Y a o   W a ng ,   W e nb i n   X u,   H o ng xi n  Z h a ng ,   a nd  Z he nw u  L u.   " D e s i g n  a n d  o pt i m i z a t i o n  o f   F r e s ne l   l e n s   f o r   h i g h  c o nc e nt r a t i o n  pho t o v o l t a i c   s y s t e m . "   I n t e r na t i ona l   J ou r nal   o f   P hot oe ne r gy   2 014   ( 2014 ) .   [ 23]   P a nj w a ni ,   M a no j   K u m a r .   " S o l a r   C o nc e nt r a t o r ’ s   E f f e c t   o n  S o l a r   P a n e l   E f f i c i e nc y . "   Suk k u r   I B A   J our n al   of   E m e r gi ng   T e c hnol o gi e s   1 ,   no .   1   ( 2018 ) :   15 - 27.     [ 24]   M o ha r r a m ,   K h a l e d  A . ,   M .   S .   A bd - E l ha dy ,   H .   A .   K a ndi l ,   a nd  H .   E l - S he r i f .   " E nh a nc i ng   t he   pe r f o r m a nc e   o f   pho t o vo l t a i c   p a ne l s   by   w a t e r   c oo l i ng . "   A i n   Sham s   E ngi ne e r i ng   J ou r nal ,  4,   no .   4  ( 2 013 ) :   869 - 877.     [ 25]   S o r ne k,   K r z y s z t of ,   M a r i u s z   F i l i po w i c z ,   a nd  J a ku b  J a s e k .   " T he   U s e   o f   F r e s ne l   L e ns e s   t o   I m pr ov e   t he   E f f i c i e nc y   of   P ho t o vo l t a i c   M o dul e s   f o r   B ui l di ng - i nt e g r a t e d  C o nc e nt r a t i ng   P ho t o vo l t a i c   S y s t e m s . "   J o ur na l   of   Su s t ai nab l e   D e v e l opm e nt   o f   E ne r gy ,   W at e r   and   E nv i r onm e nt   Sy s t e m s ,  6 ,   no .   3  ( 2018 ) :   415 - 426.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.