Indonesi an  Journa of  El ect ri cal Engineer ing  an d  Comp ut er  Scie nce   Vo l.   1 4 ,  No.   1 A pr il   201 9 , p p.  375 ~ 380   IS S N: 25 02 - 4752, DO I: 10 .11 591/ijeecs .v1 4 .i 1 .pp 375 - 380       375       Journ al h om e page http: // ia es core.c om/j ourn als/i ndex. ph p/ij eecs   Perform ance eff ect of  applyin g pa raffin w ax on sol ar  ph otovo l taic ba ck plate       E.   R os la n A.  Ra z ak   Depa rtment  o f M ec hanica l ,   Co l le ge   of  Engi ne er ing,   Univ ersit i   T ena ga   Nasiona l,  Malay s ia       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   Sep   1,   2018   Re vised  N ov   25 , 2 018   Accepte Dec   13 , 201 8     The   eff iciency   o solar  photovolt ai (PV pan el is  aff ecte b y   its   oper at ing   te m per at ur e.   Ha ving  high  irra diance   produc es  hi gh  el ec tr ical  out put  but  al so  hea ts  up  the   p an el   and  re du ci ng  t he  pane ls  ef ficie nc y .   Th is  stud y   i nvesti gates   the   eff ec of  co oli ng  solar  PV   pane ls  using  750g  of  par aff in  wax  as  phase   cha nge  m aterial   (PCM appl ie to  the   bac pl a te   of  solar  PV   pane l.   The  expe riment   is  do ne  a Kaj ang,  Se la ngor,   Malay si a .   Th re sul is  r e duct ion  of   up  to  9. 5°C,   increa se  of  up  to  0. 947W   or  11. 82 of  el e ct r ic a power  output  when  compare d   to  the   pan el   w it hout  an y   PC appl ie d .   Th p ane cool ed   with  PC M a lso  p roduc ed  4 . 69%  m ore   ene rg y .   Ke yw or d s :   Panel e ff ic ie nc y   Ph ase  ch a nge  m at erial   So la r  ph otovo l ta ic   Copyright   ©   201 9   Instit ut o f Ad vanc ed   Engi n ee r ing  and  S cienc e .     Al l   rights re serv ed .   Corres pond in Aut h or :   Mohd E qwan   bin  M ohd R os l an,     Dep a rtm ent o f M echan ic al , C ollege  of Engi neer i ng ,   Un i ver sit i Te na ga Nasi onal ,   Jal an  I KR AM - UNITE N,   43 000 Ka j a ng, S el ango r,  Mal ay sia .   Em a il : eqw an @unit en. e du. m y       1.   INTROD U CTION     Located   on  t he   eq uato r,   Ma la ysi is  bless ed  with  t he  a bundance   of   s olar  i rr a diance   m aking   it   su it able  f or  s olar  ph otov oltai (PV)  i ns ta ll at ion.  T his  has  be en  well   ex ploi te with  Ma la ysi giv in fo c us   on  instal li ng   so la r   PV   syst e m t hro ughout  the   country.  U un ti 2018,  sol ar  PV   co ns ist of   381.4 7M W   of   instal le capac it or   66. 42%  of   t he  total   Re new a ble  E nerg te chnolo gies   instal le unde the  Feed - in - t ariff  schem [1] Ma la ysi has  al so   awa rd e 1.2 2 8G W   of  Lar ge   Scal So la pro j ect an is  exp ect e to  be   fu ll op e rati onal   by  2020   [ 2] H oweve r,   hav i ng   the  abun dan c e   of   sunli ght  not  on ly   br in usa ble  energy  bu al so   heat  that  will   aff ect   t he  perf or m ance  of  s ol ar  pa nels.   A ave rag e   dec re ase  of  0.25    0.3%  s olar   P V   pa nel  eff ic ie ncy  is  e stim at ed  fo e ver Ce lsi us  increase   of  s ola P pan el   te m per at ur e,  depen di ng  on  t he  m at erial  us e [3] T his  resu lt n ot  on ly   in  losses  of  el ect rical   ou tpu but  al so   waste  of   sp ac du to  le ss  ou t put   ob ta ine pe s qu a re  m et er  of   PV  instal le d.  The  e ff ect   of  i ncr easi ng  te m per at ur e   on  so la P pe rfor m ance  ca be  see i n   Fi gure  [ 4] .   Var i ou m et ho ds   ha ve  bee te ste in  the  at tem pt  to  coo dow pa nel  temperat ur an increase  th e   el ect rical   ou tp uts.  recent   com pr ehensi ve  re view  wa done  by  Si ecker  et al on   s olar  P coo li ng   te chnolo gies  inclu ding  fl oating,  wate spra yi ng heat  sin k,  f or ce ai a nd  wate ci rc ulati on phase - c hange - m at erial (P CM ),   i m m ersion,  coati ng  a nd   t her m oelect ric  coo li ng  [5] T he   te chn i qu es  c an  be   ge ner al iz ed  int two,   a ct ive  an pa ssive  m et ho ds.  Acti ve  m e thods  r eq uire  e xter nal  ene rg to  operate  s uc as  us i ng   el ect r ic it for  pum ps   and  passive  m et hods   not  re quirin any  e xternal   energy  to  ope r at e.  On of   t he   passive  m et hods   is  us in PCM   to  abs orb  the  hea fr om   so la pan el s.  Hasa et al has  evalua te the  us of   PCM   as  m ea ns   of  therm al   reg ula ti on   to   e nh a nc the  perf or m ance  of  buil d i ng - inte gr at e so la PV  an has  s umm ariz ed  th e   adv a ntage inc lud in high  he at   transf e rate  and   heat  abs or ption,  pas sive  heat  exc hange  with  no  no ise   and   no  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a J  E le c Eng &  Co m Sci,   Vo l.   1 4 , N o.   1 A pr il   201 9   :   375     380   376   m ai ntenan ce  c os [ 6] H ow e ve r,   he   al so  not ed  t he  disad va ntages   of  us i ng  PCM   incl ud i ng  t ox ic it y,  fir safety   issue, c orr os iv eness  a nd  disposal  [ 6]           Figure  1 .  Effec t   of  te m per at ure o n powe r ou t pu of s olar  PV       This  stu dy  inve sti gates  the  eff ect   of  us i ng   par a ff i wa as  PCM   on   the   per f orm ance  of   s olar  P V   perform ance. The a dvanta ge a nd d isa dvanta ge of  u si ng p a r aff in  w a a re i Ta ble  1 [ 7] .       Table  1 . A dv a ntages  and  Dis adv a ntage of   PCM   [7]   Ad v an tag e s   Disad v an tag es   Reliab le   Low th er m al con d u ctiv ity   Predictab le   No  co m p atib ility   with  plas tic con tai n ers   Mod erate l y  f la m m ab le     No n - co rr o siv e     Ch e m icall y  inert     Stab le belo w 50 0  0C         2.   RESEA R CH MET HO D   The  sit sel ect ed  was  at   TN Re search   S dn.  B hd.,  locat e in   Ka j a ng,  Ma la ysi a,  on  a op e sp ace   without  a ny  s had e   to  a void   any  los of  su nli gh t.   The   locat ion   is   sel ect ed  due  t the  locat io of  the   m easur em ent eq ui pm ent b ei ng  borro wed f or this stu dy.   The  PCM   us e f or  this  is  pa raffin  wa x,   w hich  has  a   m elting   po i nt  of  30°C.  The   m elt ing   point  is   higher  tha the  Stan dard  Test ing   Co ndit ion   f or   s olar   pan el but  a lso  lowe tha the  en vir onm ental   tem per at ur e   at   the  l ocati on  duri ng  no on.  T he  pr ic is   al s within   the  budget costin RM 60   f or  kg  of  th e   m at erial The  m at erial   is  expect ed  to   lo wer   the  te m per at ure  of  the   pa nel  by  ab sorbi ng  the  heat  f r om   t he  pan e l   and   c ha ng i ng   i ts  sta te   to  li qu id  w he the  te m per at ur incr eases  ab ov it s   m el t ing   point.   750g  of  the  m at erial wer us e by  f il li ng   an  al um i niu m   con ta iner   and   at ta chi ng   it   to  the  back   of  the  s olar  P pan el The  physi cal   pro per ti es  of  t he  PCM us ed  in  this stu dy is as  in  Ta ble  2.       Table  2 . Physi cal  Prop e rtie of PCM  Used  in  this  Stu dy   Prop erty   Valu e   Melting  Poin t ( )   30   Latent He at ( k j/k g )   226   Den sity  (10 3   k g m 3 )   1 .40   Ther m a l Co n d u ctiv ity  ( W / m .K )   0 .55       Tw pa nels  ar us ed one  w it PCM   at ta c hed   to  t he  bac an one  wit hout  PCM   at ta ched   as  the   con t ro set up.  The  pa nels  are   placed  on  sta nd   to  a vo i he at   trapp in be neath  the  pan e ls.  The  m easur e m ent   dev ic es a re conn ect e to the M C4 w ires of the p a nels and t og et her   with th m ultim et er to   m easur e the cu r ren t   and  volt age   ou tpu of  the   pa ne ls.  All  the   m e asur em ent  de vi ces  are   co nnec te to   c om pu te f or  data   rea ding.   Ov e rall   exp e ri m ental   set up   con sist s olar  powe m et er  fo so la ir ra diati on   detect ion two  set   of   so l ar  P V   wh ic one  of   it   being   at ta ched   with  PC and   an oth e one  is  with ou PCM tw m ulti - m e te rs  for  I - Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a J  E le c Eng &  Co m Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Perf orma nce e ff ect  o f a pp ly in g pa r affi w ax on sol ar   phot ov oltaic b ack plat ( E. Ro sl an )   377   m easur em ents,  wind   s pee m et er  fo wi nd  velocit m e asur em ents  tog et he with  hu m idit and   the  su r face   tem per at ur e a nd  la st  but  not  le ast pe rs ona co m pu te for   data  st or a ge.  The  s chem at ic  dia gr am   for  overall   set up is s how n i Fig ure  2 below.           Figure  2 .  Sc he m at ic   fo e xper i m ent setup       Durin the  e xperim ent,  the  tem per at ur es  of  each  pa nel  and   t he  s urrou nd i ng   ai te m per at ur a re   m easur ed . A ls o,  a no t her  im po rta nt p aram et er of  ra da ta  is colle ct ed  wit hin   15  m inu te s  in  4 -   hours ’  pe rio of  exp e rim ent  du r ing   the  peak   hours  of  opti m um  rad ia ti on   of  su nli gh sta rtin at   11.00 pm   un ti 3. 00 pm   o’ cl ock   for  th ree  days.  These  pa ram eter s a r e rec orde in  the ta ble a nd are  calc ulate d by usi ng a  Mi cro s of t E xc el .   The n,   the   data  for  s olar  ir rad i ance,  c urre nt,  vo lt age power  input,  powe ou t pu t,   so la P ef fici ency   as  well   as  the  data  of  the  wi nd   s pee or  ve locit to  ob se rv a ny  irre gu la eff ect   f or  both  s olar  pan e ls  are  recorde d.   Using  the  data   ob ta ine from   the  m et ers,   th el ect rical   po wer   outp ut  is  cal culat ed  us in the  powe r   form ula:     = ×       The  pan el   e ff i ci ency,  de fine as  the   el ect rical   ou t pu ov e r   the  irra diance   from   the  su n,  is  cal culat e us in g:     =     = × × × 100%       wh e re:     =   ; =  ; =   2 ; =            Gr a phs  of  pa ne tem per at ur vs e nv i ronm e nt  tem per at ur e   and   powe out pu vs ti m e   for  pa nels  with  and w it ho ut P CM . Th e  en e rgy  o ut pu f or   bo th p a nels a re c al culat ed usin g   :     = × = 0       Wh e re:     =  ; =      ; =           ;         3.   RESU LT S   A ND  A N ALYSIS   Figure  s how the  irrad ia nc reco r de f or   Day  unti Day  3.   The  irra di ance  was  recor ded   sta rti ng  11.00  a .m un ti 3.00  p.m on   each  day.  It  ca be  see t hat  for  the   pe rio d,  the  irra dian ce  kep i ncr easi ng   with  dro ps   inte rm i ttently   befo re  de creasi ng  at   t he  end.  F or  Day  2,  the   irra diance   is  m uch   m or err at ic T he   sudde dro ps   ca be  a tt ribu te to   pa ssing  cl ouds,  wh ic si gn ific antly   aff ect s   th am ou nt  of  ir rad ia nce  reach ing   t he   su r face.  T he  hi gh est   irra dian ce  reco r de w as  on   Day  at   p. m in  t he  af te r noon,  reachi ng   pe ak  of   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a J  E le c Eng &  Co m Sci,   Vo l.   1 4 , N o.   1 A pr il   201 9   :   375     380   378   1181 W /m 2 The  irrad ia nce  on  Day  of  th exp e rim ent  was  relat ively   low  du t the   cl oudy  weath er.  T he   a m ou nt  of  so la irra diance  on   the  so la pa ne or   powe input  is  dep e nd e nt   on   the  siz of  the  so la pa ne l.  The  resu lt f or   Day   will   be  discuss e in  detai le in  the  fo ll owin sect io due  to  hav i ng   t he   best  weat her   of   th three  days.           Figure  3 .  Irra diance  record ed   for  th ree  days       Figure  Sho ws  t he  pan el   tem per at ur e   a gainst  t he  e nv iro nm ent  tem p eratur e T he   hi gh est   pa nel  tem per at ur e   re corde was  on the p anel with ou t   PCM   at  63.2°C.   T he  lo we st  is  42. C   on   the p a nel w it PCM .   It  can  be  seen  that  at   the  sa m a m bient  temp erat ur e,  the  pa nel  with  PC con sist ently   has  lowe temperat ur e   com par ed  to  th pan el   wi th out  PCM The  pa nel  with  PCM   achieve up  to  9.5°C  lo wer   te m per at ur com pare to  the  pa nel  wi thout  PCM Th ese  show  t hat  the  PCM   ser ve it obj ect ive  of   lo we rin th pan el   te m per at ur e .   Howe ver,  it   sh ou l be  note t hat  the  PCM   has  it ther m al   c apacit y,  at   wh ic after  ab sorb ing   en ough  he at   an changin phas com plete ly will   increase   in  te m per at ur e .   I this  stu dy,  it   is  no deter m ined  w heth er   al the  PCM  h as  abs orbed en ough  he at  to  com plete ly  ch an ge p hase  to  li quid.           Figure  4 .  Pa nel  tem per at ures  vs . e nvir on m ent tem per at ur e s       Figure  s hows   the  power  o ut pu ts  f or  both  pa nels  thr ough out  the  data  colle ct ion   tim e.  Excep for  th e   first  point  of  ti m e,  pan el   with   PCM   co ns ist ently   produce  hi gh e powe out pu c om par ed  t the   pa nel  wit hou 0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 1 4 0 0 1 1 0 0 1 1 1 5 1 1 3 0 1 1 4 5 1 2 0 0 1 2 1 5 1 2 3 0 1 2 4 5 1 3 0 0 1 3 1 5 1 3 3 0 1 3 4 5 1 4 0 0 1 4 1 5 1 4 3 0 1 4 4 5 1 5 0 0 I r r a d i a n c e   ( W / m 2 ) T i m e S o l a r   I r r a d i a n c e   R e c o r d e d   f o r   D a y   1   u n t i l   3 D a y   1 D a y   2 D a y   3 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 3 5 . 7 3 7 . 1 3 7 . 1 3 7 . 7 3 6 . 5 3 5 . 2 3 5 . 7 3 7 . 2 3 5 . 7 3 4 . 7 3 7 . 3 3 6 . 5 3 7 . 7 3 6 . 5 3 8 . 1 3 7 . 2 3 8 . 1 P a n e l   T e m p e r a t u r e   v s .   E n v i r o n m e n t   T e m p e r a t u r e W i t h   P C M W i t h o u t   P C M Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a J  E le c Eng &  Co m Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Perf orma nce e ff ect  o f a pp ly in g pa r affi w ax on sol ar   phot ov oltaic b ack plat ( E. Ro sl an )   379   PCM Th hi ghest   power  out pu dif fer e nce  is  at   0.9 47W  or   11. 82%  m or power  outp ut  f or  the  pa ne with   PCM  co m par e to  w it ho ut P CM , o cc urrin g at  1 43 0.           Figure  5 .  P ow e ou t pu of p a ne ls vs. t i m e o f day       Table  s hows   the  c om par iso of  ene rg y   pr oductio betw een  th s olar  pa nel  wit par a ff in   wa as   PCM   app li e at   the  bac kp la t of   so la r   P pan el   for  c oo li ng   a nd  withou PCM For  f our  hours  eac day  f or   three  days,  the   energy  produ ct ion   f or  pa nel   with  PCM   is  90.40 3Wh  c om par ed  to  86. 3 53 Wh  f or   t he   pa nel  without  PCM .   The   pa nel  w it PCM   co ol ing   it bac kp l at pro du ce 4.051 Wh  or  4.6 9%  m or e nergy   com par ed  to  the  one  with out  PCM This  m eans  that  fo r   the  sa m a m o un of  area  of  so la P instal le d,   a   higher  c on ce nt rati on  o ene r gy   can  be  pro du ced.  T his  will   save  la nd  o s urface  area,  or  m or ca be  pro du ce in  the  sam a m ou nt  of   are  wh e PCM   is  app li ed  for  bac kp la te   co olin g.  Dep e ndin on   the  cost  of  ins ta ll at ion   of   ba ck plate   coo li ng,  it   has  po te ntial   to  giv ad diti on al   r et urn  for  the  e nergy  so l to  t he  gri ei ther  thr ough  feed - in - ta rif or   net - e nergy - m et ering hence  lowe rin it paybac pe rio or  incr easi ng   it ROI.  F or   com m ercial   or   residen ti al   ap plica ti on be tt er  desig pro cess  of   a pp ly ing   the  bac kp la te   coo li ng  m e t hod  i s   need e d,   wh ic is  no t   cov ere in  this  resea rch.  In   the  cas of   this  pro j e ct the  cost  of   app ly in the  P CM   i s   37.5%  of   the   pan el   al on e ,   without  inv e rters  an wiri ng   c os ty pical   with  reside ntial   and   com m ercial  instal la ti on If  include d,  the   pe rcen ta ge  c os of  PCM   a pp li c at ion   wi ll   be   lowe r.  T he  op ti m al   a m ou nt  of  PCM   is al so   no t e val uated  i this  experim ent.         Table  3 . T otal  Energy P r oduc ed   Day   Energy P rod u ced ( W h )   W ith  PC M   W ith o u t PCM   1   2 4 .23 9   2 3 .56 2 3   2   3 2 .49 6 5   3 0 .70 9 7   3   3 3 .66 7 5   3 2 .08 0 6   Total   9 0 .40 3   8 6 .35 3       4.   CONCL US I O N   Using  PCM   t abs orb  heat  f r om   the  so la pa nel  bac kpla te   aff ect t he  te m per at ur of  t he  pan el   by   coo li ng   it   dow n,   he nce  dec re asi ng  the   te m per at ur e   an pro duci ng  high er  el ect rical   outp ut,  up  to   11. 82%  higher  po wer   outp ut.  Th rou ghou the   f our  ho ur f or  three  da ys,  the  pan el   with  PCM   pro du ce 4.051 W m or energy  com par ed  to  the  pa ne witho ut  PC M.  This  transl at es  into  4.69%  m or energ y.  Fu ture  st udy  cou ld   include  t he  hea t t ran sfe stud y  the d et erm ine  the o ptim al  q uan ti ty  o PCM  to  be  us e a nd   cost b e nef it  ana ly sis  to d et e rm ine w hethe the  co st   of instal li ng P CM  is justi fied  b y t he  addit io nal en e r gy produ ce d.       ACKN OWLE DGE MENTS   We  w ou l li ke  to  ackn owle dge  TNB  Re search  S dn.  Bhd.  for  pro vid in the  eq uip m ent  and   s pace  f or   the expe rim ent .     0 . 0 0 0 1 . 0 0 0 2 . 0 0 0 3 . 0 0 0 4 . 0 0 0 5 . 0 0 0 6 . 0 0 0 7 . 0 0 0 8 . 0 0 0 9 . 0 0 0 1 0 . 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 5 1 1 3 0 1 1 4 5 1 2 0 0 1 2 1 5 1 2 3 0 1 2 4 5 1 3 0 0 1 3 1 5 1 3 3 0 1 3 4 5 1 4 0 0 1 4 1 5 1 4 3 0 1 4 4 5 1 5 0 0 P o w e r   O u t p u t   ( W ) T i m e P o w e r   O u t p u t   v s .   T i m e W i t h   P C M W i t h o u t   P C M Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a J  E le c Eng &  Co m Sci,   Vo l.   1 4 , N o.   1 A pr il   201 9   :   375     380   380   REFERE NCE S   [1]   SEDA   Malay s ia,   Instal le d   Cap a ci t y   (MW of  Co m m is sioned  RE Ins ta llati ons. ”  [ Online ] .   Avai la b le :   htt p://s eda.gov.m y / ? om ane g =00 010100000001010101000100001000000000000000000000&s=539.   [Ac ce ss ed: 0 4 - N ov - 2018] .   [2]   J.  W ong,   Malay sia   awa rds   1, 22 8MW   proje ct s, ”  The  Star Onl in e .   [3]   F.  Grubisic - Cab o,   S.   Nizeti c, a n T. G.   Marc o ,   Photovolt aic  Pan el s :  Rev ie w of   the Cool ing ,   Tr ans.  Fame na  X L vol.   1 ,   no .   1 ,   pp .   63 74,   2016 .   [4]   E.   R adzie m ska,   The   eff ec t   of  tem per at ure   on  th e   power  drop   in   c r y sta ll in si li con   solar cells,”  R en ew.   Ene rgy ,   vo l.  28,   pp .   1 12 ,   20 03.   [5]   J.  Siec k er,  K.   Kus aka na, a nd   B.   P.  Num bi,   A review  of  sol ar  ph otovol taic   s y st e m s c ooli ng  t ec h nologi es, ”  Re ne w.   Sus tai n.   Ene rgy   Re v . ,   vol .   79 ,   no .   Jul y   2016,   pp.   1 92 203,   2017 .   [6]   A.  Hasan, S.  J .   McCorm ac k,   M.   J.  Huang ,   and  B .   Norton ,   Evalu at ion   of  ph ase   ch ange   m ateri al s f or  the rm al  re gulation enha n ce m ent   of   bui lding integra t ed  ph otovol taics, ”  So l .   En ergy ,   vol .   84 ,   n o .   9 ,   pp .   1601 1612,   2010 .   [7]   A.  Sharm a,   V .   V .   T y a gi ,   C .   R .   C hen,   and  D .   Bud dhi,   Review on   the rm al   ene rg y   s tora ge   with   phas ch ange  m at eri a ls  and   ap pli c at ions, ”  Re n ew.   Susta in. E ne rgy  Rev. ,   vo l. 13 ,   no .   2 ,   pp .   318 345,   2009 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.