Int ern at i onal  Journ al of  P ower E le ctr on i cs a n d  Drive  S ystem   (I J PE D S )   Vo l.   11 ,  No.   2 ,  June  2020 ,  pp.  6 6 7 ~ 6 7 6   IS S N:  20 88 - 8694 ,  DOI: 10 .11 591/ ij peds . v11.i 2 . pp 6 6 7 - 6 7 6          667       Journ al h om e page :  http: // ij pe ds .i aescore.c om   Feasibili ty anal ysis of st anda l one P V power ed batte ry using  SEN for  smart  grid       Syed Zah urul  Islam 1 , M oha mmad  Lut fi  Oth m an 2 , Nor man   M ariun 3 ,   Ha shim  Hiza m 4 ,   Nu r  A yu n i 5   1   Dep ar t m ent   of Electrical E ng in ee ring ,   Fa cul ty   o f  Elec tr ical & El ec tron ic s E ng ineeri ng,   Univer si ti   Tun  Hus sein  On n  Mala ysia ,   Ma la y sia   2,3,4,5 Advanc ed L ight ning, Power  and  En erg y  R ese arc h  (A LPER),   Depa rtment   o f  E le c tri c al a nd  Ele ct roni cs  Engi n eering,   Facul ty   of Engin e eri ng ,   Univ ersiti  Putra   Mal aysia ,   Mala ysi a       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   N ov   20 , 201 9   Re vised  Dec   20 , 2 01 9   Accepte d  Ja n   28 , 2 0 20       In  Smart  Gri d  (SG )  communicati on   netw ork,   sensors   integra t ed   com munica ti on   rad ios  n amely   Z igBe e ,   Wi - Fi ,   a nd  Blu et ooth   ar e  b ec o mi ng   urge nt   and   cru c ia l   par t  o f  SG   wire le ss   com mu nic a ti on.   Sensor   nodes   ar e   gene ra ll y  b at t er y  powere d.   Wit h  the   enha nc ement  and   hu ge  u t il izati on   of  sensor  te chnol o gie s,  ba tt e rie s  h ave   not  b ee n  i mprove d  signif i ca nt ly  at   the  same   p ac e .   Ho weve r,   b atter i es  are  essential  to   power  th e  sens or  nodes  and   the re   is  no   a lt er nat iv e  of   thi s   e ner gy  bank .   Th ere fore ,   to  prov i de  sea mless   power  to   the  no des  is   a   ch allen ge  when   the  no des  ar e   meant   f or  in te gra ti ng   distri bute d   r enew abl e   gen era t io ns  for  y ea rs.   Nec essitate   of   the  batter y   rep lace m ent  is  not  oft en  cost  e ffe ctive   when  t he  ba tterie s   ar e  dra ine d   out .   Thi s  pape r  pr es ent s  a  fe asibilit y  study  of  sta n dal one  Photovo lt aic  (PV )  powere d  ba tt ery   using  Sensors - rad ios  integra te d  Em bedd ed  Node   (SEN)  for   SG   appl icat ion.   In  thi s   study,   we   hav e  ana ly ze d   c har ging   cha r acte risti cs  of   a   lead - ac id   ba tt ery   tha t   c an  b e  re ch arg ed  dur ing  d ay   ti m e  by   a  PV   m odule .   The   ai m   of  thi s  r ese a rch   is   to  te stify   t he  two   simul t an eous  jobs -   ( i)  th e  ba tt e ry  is   suffic ie n t  to  pow er  Sensors - Zi gB ee   in te gra te d  Ar duino  (SZA)  for  at   l ea st  one   day  oper ation,   (i i)  scrut iny  the  o pti mal  si ze  of  P V  for  re cha rg ing   the  ba tt ery   conside ring   thr e e  diff e ren t  d ay  var iations -   ave r age ,   c loudy,  an d  full  ra iny   day.   The  result  f rom  re al   d ata  an al ysis  rev ea ls  th at   the   modul e   is  suffic ie n t  to   rec har g e   the  b atter y   on  an   avera ge  d ay;  howeve r ,   it  is   not   suffic i ent  for  full   cl oudy   or  fu ll  r ai ny   day.  Fin al l y,   a  mathem at i c al  model  is  obt ai ned   from   reg ression  an al y sis  tha t   show s  bat t ery   in te rn al   resista nc e  is  ex ponent i al   to   volt ag e  on   both  f ull   cl oudy  and  r a iny  day ,   bu t  i t is  li ne ar  on   ave r ag e  day .   Ke yw or d s :   Photo vo lt ai c   Smart  gr i d   Wireless se nso r   Zigb ee  r a dio   This   is an  open   acc ess arti cl e   un der  the  CC  BY - SA   l ic ense .     Corres pond in g  Aut h or :   Sy e d  Za hur ul Isl am,    Dep t.  of Elect r ic al  En gi neer i ng   Faculty  of Elec tric al  &  Ele ct r on ic s  Engine er ing ,  Unive rsiti  Tun  Hu ssei n O nn Mal aysia,   Ba tu Pa hat, J ohor,  M al a ys ia   Emai l:  zahur ul2 00 3_du@ ya hoo.co m       1.   INTROD U CTION   With  the   de vel opment  of  wi r el ess  sens or  a nd  em bedde d  sy ste m  te c hnol og ie s ,  Sma rt  Gr i d  ( SG)  is   becomi ng  m or e  popula r,  w he reby  it   de fin es  of  al te rin g  the  c onve ntio nal  gri d  by  a   moder n,  aut oma te d,   emer ging, ro bu st, b idi recti on a l, en han ce  sens or s , Inter net  of t hings,  a nd  wireless co mm un ic at ion  tech no l og ie s   [1 - 3].   He fty   pri ce  of  f os sil   f uel  a nd  it s  us age  c rip ple  our  e nv i ronme nt   in  t he  se ns e   of  car bon  emi ssion s;   therefo re,  re se arch e rs  a nd   te c hnologist s  are  pay i ng   t heir  ef forts  to  en ha nc e  the  tradit io n  powe r  indust ry  by   a   smart p ower   syst em  or  S G  [ 4] .  A  ra ng e of  wi red   a nd w irel es s  te chnolo gies are  rele van t  t o  SG   c ommu nic at ion   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  D ri   S ys t,   V ol .  11 , N o.   2 ,  J un e   2020   :   6 6 7   –   6 7 6   668   netw orks  i nclu ding  Ce ll ular ,  RF  M e sh,  WL AN  80 2.11,  W iMAX,   ZigBee /Zi gBeePRO,   M c M iLL,   et c.   wh ic h  are  inte gr at ed   with  Se nsors - r adios  i nteg rated  E m be dded  N od e   (SEN )  [ 3].   These  wireles s  sens or  te ch nolo gies   hav e   become  hi gh ly   scal able ,  reli able,  a nd  lo w  c os t  te c hnol ogy  that  it   is  s uitable   f or  var i ou s   S G  a ppli cat ion s,   su c h  as   dist rib uted   re ne wab le   ene rgy   ma nagement  sy ste m   [ 3 - 5],  home   ene rgy  man age me nt  s ys te m   [ 6 ,  7],  la s t   mil e  commu ni cat ion  [ 8],  e ne r gy  distri bu ti on an d  ma nag e me nt  [ 9],  sma rt  a nd  a uto mati c  m et ering  [ 10],  p l ug  in  el ect rical  v ehic le  ch ar ging  ma nag e ment  sy ste m [1 1] .   SEN   is  on e  of  the  pivotal   pa rts  in  S G  imple mentat io n.   It  is   of te n  batte r y - pow e red.  It  is  un li kel y  that   SEN  can   be   power e d  by  gr i d  li ne  to  t heir  re mo te   de ploym ent  sit es,  f or  e xam ple  distrib uted   re new a ble   ene rgy   gen e rati ons  –   a  sig nificant  a pp li cat io n  in   S G  [3].   W hile  powe re d  by  the   batte r y,   SE N   can  be  pro gr es sive l y  dama ged  durin g  t h ei r   ope rati on al   li feti me  due  t o  i nsuf fici ent  powe r  s up ply ,   e nerg y  ba nk  a ging,   a nd  desig n  error  et c.   [1 ,  2,   12 ].   SEN   pro vid es   a  vital   so luti on   i n  the  a pp l ic at ion   of  low  power   re qu ir ement .  G.   T una  an d  V. C .   Gun gor  hav e  di scusse d  exte nsi vely  on   dif fe ren t  ty pes   of   ba tt ery   an d  e nergy   ha rv est in g  t echn i qu e s  f or   SEN  app li cat io ns .  T he  pr ob le m  of  powe rin g  co pi ou s   batte ries  i n  in dustry  ap pl ic at ion s  is  highli gh te d.   T he  exten d  of   batte r y  li fe  has  been   pro po sed  by   e ne rgy  harvesti ng  te ch no l og ie s  su c h  as  so la r ,  ra dio  fr e qu e nc y  vib r at ion ,   thermal,   an d  a ir  flo w  w her e   so la r  e ne rgy  is   co ns ide red  as   most   pro f ound  e nerg y  harv est ing   s olu ti on   [ 13].    A  sta te - of - art  te chn iq ue   was   ap plied  by  [ 14 ]   to  a nalyz e  chargin g  c ha ra ct erist ic s  of  a  comme rcial   li thium   batte ry.  T he  re su lt s  e xh i bit  t ha t  el ect ro c hem ic al   ph e nome na ,  s uch  as  t hermal   ef fects,  ra te - capaci ty   fea tures,  and  cha r ge  rec ov e r y  ca n  play   a  r ole  in   WSN  desig n  para mete rs  s uc h  as   powe r  le vels  and  pac ket  siz es.  A  simi la r  ty pe   of   resea rc h -   batte ry  discha rg e   char act e risti cs  was   co nducte d  by   [ 15] .  Th rough   the   e xp e ri mental   data,  the  a ut hors  e val uated  key  pe rforman ce  facto rs,   s uc h  as  distance  betwee n  tw o  SEN s ,  ch an nel ,  an d  op e rati ng po w er in  b at te r y pe rformance .  A  s imulat ion - ba se d   ene rgy  sa ving alg or it hm f or b at te ry  in WS N  was   pro po se d  by  [ 16 ].   The   resea rch e rs  fou nd  e xp e rime ntall y  that  duty  c ycle   is  vital   facto r  for  e xten ding  batte ry  li fe.  I nc rease  i n  s upplie d  volt age  ca n  inc reas e  the   duty   c ycl e  of   the   batte r y,  wh ic h  i n  fact  increases   the   ba tt ery   li fe.  H ow e ver,   the  source  of   the  sup ply   volt age   is  no t  m entione d  by  th e  auth or s .  P ower  at ta cks  ca n  cau se    the  SE N  to   m al functi on  su c h  as  it   is  unab le   to  sen d  t he  pack et   t o  it s  de sti ned   SEN.  Gelen be  a naly zed  the   durati on  of   bat te ry   de pleti on   du e   to  dif fer e nt   typ es  of  at ta cks  [ 12 ] .  T he  si mu la ti on  w ork   fi nds  a   crit ic al   point   wh e re  P V  sto ps   to   pr oduce   necessa r y  volt age  f or   t he  SEN   due  t o  i ntermitt ent  cl imat e.  At  t his   point,     SEN   is  s witc he d  to  get  po we r  f rom  batte r y.  The  researc h  pro po ses   to  r e place  the  dep l et ed  batte r y,   howe ve r  do i ng  s o  is  no t   only   c os tl y  bu t  al so  tro uble s om e.   Be sid es,   it   do e s  not  pro vid e   s olu ti on  of  c hargin g  ba tt ery  f or    SEN  i n rem ote locati on.   Sensor   is  us e d  in   ot her  fiel ds  s uch  as   res pi ratory   m on it or ing  syst em  [ 17 ] .  T he   aut hor   has   mai nly  impleme nted  a   protot yp e  t o  read   i nductanc e  value  o f   lu ng  pha ntom  co nductive  mate rial   us in g  ma gnet ic   sens or  em bedded  Ardu i no .  With  t he  dista nce  var ia ti on,   irregular   re sp i rati on  pa tt ern s   are   obse rv e d.  This   researc h  has   not  discuss e d  an y  powe r  mana geme nt  of  the   sens or .   Katya r a,  S .  et   al   pro pose  a   new  arc hi te ct ur e  cal le d  ‘S C A D A  s ys te m   in - c onju nction wit h  WSNs  as   se nsor   no des’  f or  e ff ic ie nt monito rin g  in   S G  [2].   In  this  simulat ion - bas ed   desig n,  SE N  are   or gan iz e d  in   mes h  netw ork  to polo gy  a nd  ZigBee  pro t oco l  is  c onside red  for  data  trans missi on.  A  ren e wa bl e  energy   s our ce  is  integrated   for  anal yzin g  three  sce nar i os.  The  sta te   of  c harge   of   t he  batte ry  is  obser ve d  w hen  the  l oad  is  f ully,  pa rtia ll y  an d  c omple te ly  not  s upplied  by  the  re ne wab le   so urce.   Alth ou gh  the  e ff ect iv eness  of  the  a r chite ct ur e  is  ve rified  t hro ugh  ha r dware  im pl ementat io n,   th ere  is  a   la ck  of  real  da ta   analysis   on  the  sta te   of  c ha rg e   of  t he  batte ry .   S of twa re - def i ned  sch em e  f or   e ne rgy  e f fici ent   data  gathe rin g  for  WSNs - bas ed  SG  ap plica ti on  is  propose d  by  [18].  In  orde r  t o  im pro ve   real  ti me   m onit or i ng  and  c on t ro l   of  energ y  s uppl y  in  s mart  ci ti es,   the   pr opos e d  data  gathe rin g  te chn iq ue   is  c onside red  as   a dvance d  QoS  c ommu ni cat ion   fr a me work.   Mult i - s ource   ene rgy   ha r vesting  mecha nisms   f or  WiFi - ba se d  SG  app li cat io ns   is   intr oduce d  by   the   simi la r  a ut hors  [ 19].  T he   m ec han is m  s imulat ed   in   Es ti Net  is  a   so l ution  –   energ y har vest  from  t he  el ect r om a gn et ic   wa ve s that e xp a nds  the  netw ork  li f et ime of t he S EN.   Althou gh   dif f eren t  e nergy   harvesti ng  te chn i qu e s  f or   c hargin g  batte ry   ha ve  been   pro po se d  by   researc hers,  use   of  so la r  e nergy  at   rem ote  l ocati ons  is  f ou nd  the  mo st  fe asi ble  an d  reli able  te ch nique.   M a ny  researc hers  ha ve  c onsidere d  mini  P V  m odul es  to  se rv e   th e  sp eci fic   pur pose  [15 ,  20 - 2 3 ].   T his  i nd ic at es  that  choosi ng  rig ht   capaci ty   of  t he  P V  meet s  t he  e nerg y  de man d  a nd  al so  minimi zes   th e  cost  of  the   sy ste m.     A  rece nt  re sear ch  s hows  t hat  80%  pe rforma nce  rati o  ( 3.93 kWh  per  kW p   per  d a y)  w as  a chieve d  in M al aysian   cl imat e  [20 ].  These   rese arc hes   sup port  t o  exa mine   the   rig ht  siz e   of  PV  f or  c hargi ng  batte ry  for   SE N  app li cat io n  in   SG .   Ba sed  on  our   re view ,  man y  resea rch e rs   hav e   c onside r ed  sens or  i n  var i ou s   a pp li c at ion s   of   SG.   Howe ver,  m ost   of   it   has  not  consi dered  t he   energ y  ma na geme nt  of  th e  sens or s  unde r  dif fe ren t  operati ng   conditi ons.  A  few   li te ratu res   discuss e d  a bout  batte ry   c ha rg i ng   sta tu s  bu t  the re  is  a   la ck  of   a nal ysi s  on     the r eq uire d  siz e  of   P V  for   a   SEN dr ive n  ba tt ery   i n  t he  a pp li cat ion  o f   distr ibu te d rene wa bl e  ge ner at io n. Wh il e   consi der  P V  as  a  s upplied   volt age  for  chargin g  batte ry,  inter mit te nt   cl imat e  factor   has   to  ta ke   into   consi der at io n.  It  is  neces sar y  to  batte r y  c hargin g  c har act eri sti cs  wh il e  it   is  dr i ving  a   SE N   an d  bein g  c ha rg e d  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       Feasibili ty  an al ysi s o f st an da l on e  PV  powe re d ba tt ery  us in g SEN f or   Smart  G rid  Sye d  ( Z ahurul  Islam )   669   by  a   P V  simu lt aneo usl y.  F or  e xam ple,   a  Wi - Fi   integ rat ed  SE N  is   pl aced  i n  the   di stribu te d  l ocat ion  in     the  pur pose  of   da ta   c ollec ti on   an d  tra ns fe r.  T he   SE N  is   powe re d  by   PV  c onnected   bat te ry .   Durin g  th e  data  trans fer ,   batte r y  mig ht  be   dr a ined   out  bu t   ca nnot  be  rec harged  by  P V  due   to  i nsuf fici ent  sunli ght.  E ve nt ually,  the SE N may  re le nt to funct io n.     Ther e   a re  t hree  maj or  pr os  pu rposes   of  chargin g  batte ry  by  P V   in   app li cat io n  of  S G.  First,     the  batte ry  s houl d  delive r  e nerg y  or  s urge   ope rati ng  c urren t   to   the   loa ds   as  pe r  it s  de man d.  Sec ond,  th e   batte ry   s houl d  be  cha r ged   bas ed  on  the  a vaila ble  so la r  i rr a diance.  Thir d,   the  reli abili ty  of   s ys te m  s ho uld   be   maximize d by  minimi zi ng the  r isk  of  undesi r able d isc harge   of b at te r y.         2.   PV  S YS TE M DESIG N  &  ME THODOL O GY   In  this   sect io n,  we   ha ve  e sti mate d  siz e   of  ba tt ery ,   P V  a nd   oth e r  relat ed   pa rameters   base d  on   m od el s   from   ot her  res earche rs.  T hen  the  e sti mate d  val ues  a re  va li dated  by  ou r   ma nu al   cal c ul at ion .  Sun - ho ur  is  ob ta ine d fro m  colle ct ed data   on 20 13 by UP M .      2.1.    Ba tt ery   t ypes    Fo r  t he  ene r gy  storing  purpo se  by   so la r  sy s te m,  dif fer e nt  typ es  of   batte r ie s  are  us e d;  howe ve r  two   mo st   co mm on  ty pes   are   le ad - aci d  a nd   ni ckel - cad mium   cel ls  [24].   E ach   ty pe  of  ba tt ery   has   it s   ow n  char act e risti cs,  desi gn,  a nd  pros  a nd  c ons.  A   su it able   ty pe  of  batte ry  is  c hosen  base   on  t he   us a bili ty,  c os t,   an d  requireme nt.  B oth   t yp es   are   c on si der e d  se co nd a r y  ty pe  batte ry ;  howe ver,  nickel - ca dm i um  batte r y  is  s uperi or  to  le ad - aci d  in   te rm   of  sta nd - al one  P V   syst em  as   nic kel - c admium  batte r y  has   lo ng e r  li fe,  le ss   mai ntenan ce   cost, t olerance   to ex t reme  disc harge etc.  T he dra w back o f  th is t yp e  is h i gh e r pr ic e.     2.2.    Zi gBee  e nergy c on s um pt ion  m od el   E.  Ca sil ari  et   al.   hav e   m od e le d  ene r gy  co nsum ptio n  of   Z igBee   at   dif fe r ent  sta ges   of  i ts  operati on  [24].  S uc h  sta ges  a re  c onsid ered  at   co nsu mp ti on  wh e n  sta rt - up  ti me,   associat ion  wit h  c oor din at or,   pac ket  transmissi on,   c onnecti on   lost   ti me,  a nd  sle e ping   m od e .  H ow e ve r,  co nsu mp ti on   of   thes e  netw ork   de vi ces  is  var ie d  f rom  comme rcial   man uf act ur i ng  vend or s .  Ta ble  1 .   d e picts  the  ZigBee   current  c ons umpti on.     If   the  operati ng  volt age  is  co ns ide red   3.7 V  (m os t  ZigBee   with  micr oc ontrolle r  r uns  at   this  vo lt a ge) ,  powe r   consu mp ti on  of ZigBee  can  be cal culat ed  at   each  of it s stag e of  op e rati on.       Table  1 .   Power  cons umpti on a t di ff e re nt stat es of Zi gBee m odule  [24]    Stag e of Oper atio n   Measu red cur rent,  (m A )   Vo ltag e ( V)   Po wer  ( m W )   Start  u p   1 7 .7       3 .7   6 5 .49   co o rdin ato r  ass o ciatio n   2 6 .6  –   3 3 .8   9 8 .42   -   1 2 5 .06   Pack et tr an s m iss io n   3 2 .5   1 2 0 .25   Co n n ectio n  los t ti m e   9 .3  –   2 7 .6   3 4 .41   -   1 0 2 .12   Sleep in g  m o d e   0 .00 0 7 5   0 .00 2 7 7 5       Ob ta ine d  f rom   datas heet  of  Ardu i no  UNO,  sen sors  (tem pe ratur e ,  humid it y  an d  LDR ),  and  ZigBee ,  the esti mate d  a ppr ox imat e  re quire d  c urren t c on s umpti on  for  SZA is  95 ~ 10 0mA.      2.3.    P V and  b attery  size es timat i on   In   orde r  to  est imat e  batte ry   a nd   PV   siz e,  w e  analyze d  ma themat ic al   models  w hich  a re   ver ifie d  by   man ual  cal cula ti on ,  s how n  in   Table  2.  T he  current  c onsumpti on  f or  A r du i no   boar d  w it h  ZigBee   ra di o  an d  three se ns ors  ha ve  obta ine d  f r om   datasheet o f  the r es pecti ve  d evice.  Acc ordin g  to the dat asheet, the esti mate d  total  r eq uire d  c urren t i s  50m A . T he  SZ A  is  a ssu me d  t o be a ct ive 8h/ da y w hich yiel ds 2 w at t - h/d a y.     Tw o  ty pes   of  l ead - aci d  batte r ie s,  s uch  as  sta nd a r d  rech a r ge able  a nd  deep  cycle  A G M   t yp e   batte ry  are  co ns i der e d.  Taki ng   t he  c oncer n  of  inter mit te nt  so la r  i r rad ia nce  a vaila bili ty,  minim um  2  da ys   t o  m aximum   5 days  of  a uton omy  of b at te r y are c on si der e d t o  en sure the  s eaml ess po wer su pp l y for  SZ A.     Tw o  ty pes  of  so la r  cel ls  are   us e d  –   c rysta ll ine  and   a morp hous   sil ic on   thin  film  s ol ar  cel l.   The   exp e rime nt w a s con du ct e d  at   ALP ER , UP M   pr e mises a nd  was reco r ded 3.8 - 3.9 h  t o  ac hieve 100 0W at t/ m 2 .    Thr ee   ty pes   of  losse s  a re  co nsi der e d,  na mel y  ca ble   an d  co nn ect io n  loss ,   batte ry  us a ge  const raints,   and  a dd it io nal  PV  pa nel   siz in g  f or  c ompens at ing  pow er   lo ss.  A dd it io nal  PV  pa nel   siz in g  f or  c ompens at in g  powe r  loss  a nd overall  s ys te m  loss  a re as sum ed  to  b e  30%  a nd 10%  r es pec ti vely.           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  D ri   S ys t,   V ol .  11 , N o.   2 ,  J un e   2020   :   6 6 7   –   6 7 6   670   Table  2.  E sti mati on   on b at te r y  a nd P V  siz e  base d on cl imat e and SZ A p ower  r e qu i reme nt   Item   Un it   Valu e   SZA  Sy ste m   No m in al vo ltag e   V   5   Cu rr en t con su m p tio n   A   0 .05   Op erating  tim e  per  day   h   8   Energy  con su m p tio n  per day   W att - h   2   Battery  Sizing       Stan d ard lead - acid   b attery   Deep - cy cle  AGM  l ead - acid  battery   Pref e rr ed  day s o f  a u to n o m y   Day   2   5   Actu al po ss ib le us ag e ca p acity   %   60   60   Total u sag e in au to n o m y  perio d   A - h   0 .66   1 .66   Req u ired capacity   with  add itio n al 40%   A - h   0 .92 4   2 .32   Req u ired capacity   with  sy stem  lo ss  1 0 %   A - h / auto n o m y   d ay   1 .02   2 .55   So lar  Pan el S izin g     Flex ib le  m o n o - cry stallin e   A - Si thin  f il m   Av erage  m o d u le gen erating  capacity   (peak )   A - h /7 V m o d u le   0 .52   0 .15   Av erage su n - h o u r  recorded  at  U PM   p rem ises   h   3 .8   3 .8   Total cu rr en t per  m o d u le   A - h /d ay   1 .98   0 .57   Total requ ired cur r en t f rom  6V b atte r y   A - h /d ay   0 .33   0 .33   Mod u le r eq u ired   Nu m b er   0 .2   0 .58   Co n sid ered add itio n al los s m argin   %   30   30   Total m o d u le r eq u ired (7V e ach)   Nu m b er   2   1       2.4.    Su n - h ou r  A n alysi s    We   ha ve   anal yzed  s olar   ir ra diance   data  re corde d  at   Un i ver sit i   Pu tra   M al aysia   ( UPM)  pr e mises.     The  a naly sis  r esult  is  s how n  in  Fi gure  1 .   T he  s olar   irra dia nce  data  is  rec orde d  at   e very   half   a n  hour  i nter val   from  8am  to  6pm  f or  10 h.   I n  each  m on t h,   we  ha ve  cal cu la te d  maxim um,  minim um,  and   a verage  s un - hour  from  meas ur e d  so la r   ir rad ia nc e.  T he  highest  aver a ge  sun  ho ur  is  ac hieve d  in  M arc h  a nd  t he  lo west  sun - hour  is reco r ded in  Decem ber. F rom Fig ure  1 , we  h a ve ob ta in ed   the av e ra ge  s un - hour  3.8h.        0 2 4 6 8 1 0 1 2 M o n t h   o f   y e a r D u r a t i o n   ( h o u r ) M a x i m u m ,   m i n i m u m   a n d   a v e r a g e   s u n - h o u r   a t   U P M   p r e m i s e s   i n   y e a r   2 0 1 3     M i n   s u n - h o u r M a x   s u n - h o u r A v e r a g e   s u n - h o u r J a n F e b M a r A p r M a y J u n J u l A u g S e p O c t N o v D e c     Figure  1 .  Mo nth ly  min,  ma x  a nd av e ra ge  s un - ho ur  at  UPM , a nalyze d from   colle ct ed data   on 20 13        2.5.    Dee p  Cycl e a nd  S ta n dard Ba tt ery   Size  Calcul ati on   M at he mati cal l y,   we  ha ve  de rive d  the  re quire d  siz e  of   the  batte r y.  T he  cal culat io n  for  batte ry   capaci ty  de no t ed by       A - h o btained fr om ( 1)  [25] :     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       Feasibili ty  an al ysi s o f st an da l on e  PV  powe re d ba tt ery  us in g SEN f or   Smart  G rid  Sye d  ( Z ahurul  Islam )   671    = ×  ℶ × ×    (1)     The   pa rameter s  of   ( 1)  a re:    is  de note d  as  the  numb e r   of   aut onomo us  day  that   ba tt ery   nee ds  to   suppo rt   8h / day ;     (w at t - h)   is  the  e ne rgy  co nsum ptio n  per   da y;  ℶ   an d  φ  (% )  are  e ffi ci ency   f or   batt ery   a nd  in ver te r   resp ect ivel y;  a nd     (V )   is  the  ba tt ery   no minal  vo lt age .  Si nce  the  SZ A  is  DC  powe red,  no   i nv e rter  is  us e d.  The   val ue  f or  rest  of  the   paramet ers  of  ( 1)  can   be  obta in ed  from   Ta ble   2  wh ic h  yield s  mi nimum  re qu i red  deep  c ycle  a nd  sta ndar d  batte ry  capaci ti es  s hould  be  2.77A - h  a nd  1.1 1A - h.  T hese  ma themat ic al ly  obta ined   resu lt s a re a ppr ox imat el y  simi la r  to t he  ma nu al  calc ulati on  s ta te d  in Ta ble  2.       2.6.    P V  Size   Ca lc ul at i on   The  s uitable  ca pacit y for m on o - c rysta ll ine an d t hin fil m  P V pan el s  can  be o btained  from 2  which  is  sta te d  as  fo ll ows:      =  ℶ × × ℎ  × ( 1 − )   (2)     wh e re   (w at t - h)   peak   a nd  ℎ    (h)  re fer   P V  ca pacit y  a nd   t otal  su n - ho ur   of  the  da y  re sp e ct ively.  T he   ov e rall   loss  cal culat ion   a nd  fa ct or s  t hat  ef fec t  on  P V  ge ne ra ti on   yield  (m odule  s urface   te mp e ratur e ,  pos sible   par ti al   sh a ding ,  so il in g,   a nd  t olera nce)   a re  de no te d  as  .  Si nc e  M al a ys ia   is  a  tro pical   co un try  a nd  ha s  al way s  exp e rience   of  high  a m bient  t empe rature  with  cl oudy   cl imat e,  we   ha ve  ca lc ulate d  t he  va lues  of    f or  m ono - cry sta ll ine   an d  thin   film  PV  are  60%   an d  30%   res pecti vel y  base d  on   our   em pirical   a nal ys is.   T her e fore ,  the   capaci ti es  of  mono - cr ys ta ll ine  a nd   t hin   fi lm  PV   pa nels   can  be  cal cu la te d  2.0 8  w at t - h  a nd  1.1 9  watt - h  resp ect ivel y. T his calc ulati on  al so  s upports  our  ma nu al  esti mati on ,  r e ferre d  to  Ta ble 2.        2.7.     P V and  B attery  Co n fig urati on   Ba sed  on  mat hemati cal   anal ys is  as  well   as  man ual  cal culat ion ,  t he  P V  pa nels  a nd   batte ries  ar e   sel ect ed  w hose   co nf i gurati ons   are  mentio ne d  in  Ta ble  3  a nd  Ta ble  4  respec ti vely.   Acc ordi ng  to  t he  ba tt ery   man uf act ur e r,  i ts l ife sp an  is  s ensiti ve  to tem per at ur e.  Since  M al aysia’ s ave rag e  da y  ti me temperat ur e is  3 5 ℃,  the b at te r y  s ho uld   be re placed  in  e very  3 yea rs  in  the c onte xt  o f  M al a ys ia ’s  cli mate .       Table  3.  C ry sta ll ine an d t hi n  fi lm PV  con fig urat ion i n STC *   Typ e of pan el   Vo c ( V )   Isc ( A )   Max p o wer (watt )   Ef fic ien cy  ( %)   Price  (un it)   Manu facturer   Mon o - crys tallin e   7 .38   0 .55   3   1 2 .8   USD5 0 .5   Libeliu m   A - Si thin  f il m   21   0 .13   2   4%   USD2 2 .72   So larvo ltaic   * Stan d ard T em p e ra tu re  Co n d itio n  ( STC):  1 0 0 0 W /m 2 ,  A M  1 .5, 25 ℃       Table  4.  L ead   aci d  batte r y  c onfi gurati on   Typ e of battery   Cap acity   Mod el   Price   Manu facturer   Deep cy cle   6 V 2.8 Ah   NP2 .8 - 6   USD2 0 .60     Stan d ard   6 V 1.3 Ah   MH26 8 6 6   USD6 .00         3.   EXPERI MEN TAL SET UP   The  sel ect ed  P V  is  co nnect e d  to  t he  6V  ba tt ery   to  moni tor  it s  cha r ging  ch aracte risti cs  w hile  the   batte ry  powe rs   the   SZ A   sim ultaneo us ly .  Ac r os s   the   6V  1.3 Ah  le a d - aci d  ba tt ery ,   we   ha ve   co ns i der e d  the   SZ A  as  a  loa d  that  monit or s   data  at   every   10  se c.  N o  sle epi ng  an d  hib e r natin g  m ode  a re  c onside red .  T he   sens or s   integrate d  to  Ardu i no  are  t empe rature - humidit y  ( HSM - 20G)  an d  Li ght  De pe nd e nt  Sensor   (L DR - 5527) .   Figure  3  s hows  the e xp e rime nt al  setup .   Anothe r  node ,   ZigBee   a ssim il at ed  on  Was pmote  em be dded  boar d  moni tors  batte r y  sta tus  at   e very   10  sec.   De scri ption  of  t wo  ty pes  of  nodes  is   ex plaine d  in   Table  5.   B oth  nodes   sent   the  data   to   co ntr ol   centre   us in g  IEEE 80 2.15.4  s upport ed  2.4 GH z   Zi gBee  c ommu ni cat ion .  I n  the   co ntr ol  ce ntre ,  a  Lab VIEW   base d  gr a phic al   use r   interface   is  de ve lop e d  f or  rece iving  a nd  furth er   a nalysis   of  ba tt ery   sta t us .   T hr ee   diff e re nt  t yp e s  of   da ys   wer e  c on si der e d,  su c h  as  s unny - cl oudy,  f ully  cl ou dy,  an d  fu ll y  r ai ny   wh ic h  ar e   denote d  as  th e  best,   aver a ge, an d  t he  wor st ca se r e sp ect ively .      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  D ri   S ys t,   V ol .  11 , N o.   2 ,  J un e   2020   :   6 6 7   –   6 7 6   672   Table  5.   Desc ription o n n od e  typ e   Typ e of no d e   Descri p tio n   SZA  o r  Sens o rs - Zi g Bee in teg rated Ar d u in o   –   co n sid ered as SE N or load  f o r  the b attery   Ardu in o  em b ed d ed  bo ard, tem p er atu re - h u m id ity ,  an d  li g h t dep en d en t  sen so rs,  ZigB ee. It  r eads  te m p eratur e,  hu m id ity ,  an d  L D R an d  sen d s  to  the g ateway th r o u g h   ZigB ee c o m m u n icatio n .   ZigB ee a ss im ilate d  Was p m o te em b e d d ed  bo ard   Ded icated for  m o n ito ring  battery  stat u s at every 1 0  sec.           Figure  3. Ex pe rimental  set up  –   Lea d  aci d batt ery   powe rs SZ A wh il e it  is  be ing  c ha rg e d b y PV . T he batt er y  sta tus is m onit or e d b y  a  node , call ed  Zi gBee  assimi la te d W aspm ote em be dd e d b oard.       4.   RESU LT   A N ALYSIS   4.1.     C ha r ac te ri stics of B att ery  Int ern al  R esi sta n ce  on   A verage,  C l ou d y and R ainy  D ay   Figure  4(a)   s hows   the   c har ac te risti c  diag ra m  betwee n  volt age  a nd  inte rnal   resist ance   of  the   batte ry  wh il e  it   was   be ing  cha r ged  by  t he  PV.  T he   aver a ge   da y  re su lt   il lustrate s  th at   the   inter na l  resist ance   is   trul y  li near   with  it s   volt age.   It   is   simi la r  c har a ct erist ic s  to  st and a r d  inte rn a l  resist ance   m od el .   Howe ver,  the   char act e risti c  analyses   durin g  cl oudy  a nd  rai ny  day s   s how   diff e re nce.   The   co mp a risons   a mong  thes e  ty pes  o f   days  a re d e picte d  i n  Fig ur e  4 ( b)  a nd  (c )  t hat il lustrate   inter na l  resist ance   c ha ng e s w it h  volt age non - li nea rly  on   bo t h  cl ou dy  an d  rain y  day s .  T his  c hange  occ urred  bet ween  aver a ge  a nd  cl oudy - rain y  days  due  t o  te m pe ratur e   and  s olar   irra di ance  va riat ion s .  T he   mea n  s ol ar  ir ra diance   w as  rec orde d  75. 66  W/m 2   on  cl oudy  a nd  rain y  da y,   wh ic h  is  not su ff ic ie nt t o  mai ntain the  mi nimu m  6V  volt age  of the  batte r y.   Fr om t he  an al ysi s o f  the  non - l inear  be hav i or   of  cl oudy a nd ra iny   da ys , we  can  der i ve  the  fo ll owin g reg r ession   equ at io ns :     [Cloud y] :    ( ) =   ∈ +   (3)   [Rai ny]:   ( ) =   (4)     The  co ns ta nts   ∈   =   − 0 . 753 ,  = 50 . 21 , = 17 . 21 , = − 0 . 1289   for  ( 3)   a nd  = 29 . 67 ,  = − 0 . 2116     for  ( 4)   a re  achieve d  f rom  the  re gr es sio n  analysis  of   Fi gure  4.  Since   cl oudy   or   rainy   da y  may  a pp e a r   intermit te ntly,   the   batte r y  w il l  sh ow   the   s imi la r  cha ract erist ic s  of  ( 3)  an d  ( 4)  for  c loudy  a nd  rainy  day   resp ect ivel y.  S o,  we   ca n  c onstruct  a   per io di c  exte nsi on  of      or     f unct io ns   us i ng  F ouri er  se ries,   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       Feasibili ty  an al ysi s o f st an da l on e  PV  powe re d ba tt ery  us in g SEN f or   Smart  G rid  Sye d  ( Z ahurul  Islam )   673   cal le d   ′ ( )   or  ′ ( )   res pecti vely .  As  the  functi on      or     can  be  re pe at ed  in  eve ry    ti me  interval,  f irst  a  functi on  ∅ ( )   can  be  d e fine d  as  ( 5).      ∅ ( ) =   ∫ ( ) −   ∞ − ∞   (5)     wh e re  = 2 . In  t he  l imi t,  → ∞ , t her e f or e   ( 6) an d (7)  can  be ob ta i ne d fo ll owe d by ( 5) as  fo ll ows:       ( ) = li m → ∞ ′ ( ) =   1 2 ∫ ∅ ( ) −   + ∞ − ∞   (6)    ( ) = li m → ∞ ′ ( ) =   1 2 ∫ ∅ ( ) −  + ∞ − ∞   (7)     Eq uation  ( 6)  a nd  ( 7)  are   the   ne w  per i od ic   rec on st ru ct e d  mathe mati cal   models  of  cl oudy  a nd  rai ny  days  resp ect ivel y from  non - per io di c form.           (a)         (b)       (c)   Figure  4. (a )  C har act erist ic s  grap h of i nter na l resist ance  vs .   vo lt age;  data  duri ng b at te r y  c harge  by P V. ( b)  Com par is on ana lysis o f  i nternal  r esi sta nce  be tween  rain y  a nd a ver a ge, cl ou dy and a ve rag e , and rai ny a nd   cl oudy d a ys. (c )  Co mp a rison  analysis  of in te rn al   resist ance   amo ng av e ra ge , clo udy, an d r ai ny   da ys       4.2.    C ha r ac te ri stics of B att ery  C h arg in g State  on A ver ag e , Clou dy a nd Rainy  D ay   On  the   cl ou dy  da y,  the   i niti al   cha rg e   of  batte ry  was   40 - 50%  (a bove   4V)   wh e n  the   ex pe riment   was   init ia te d.   Data   colle ct ed  on  this  da y  from   11:4 5am  t o  2pm  s how n  i n  Fi gure  5( a ).  Since  SZ A  r equ i re s   minimu m  5V  t o  op e rate,  it   st arted  t o  functi on  after   12pm  wh e n  t he  c harge  reache d  t o  5V.  S om et ime s  SZ A   stoppe d  w orki ng  beca us e   ins uffici ent  volt age  of  t he   batte ry,  for   insta nc e  af te r  12pm   to  1pm   a nd  1.5 0pm   to  2pm.   Fig ure  5( a)  s how s  t hat  t he  cha rg e   of  t he   ba tt ery  has  r eached   t o  5V  on l y  24%   of   to ta l  ti me,  wh e re as  the   4 4 . 5 5 5 . 5 6 6 . 5 6 8 10 12 V o l t a g e   [ V ] C h a r a c t e r i s t i c   o f   B a t t e r y   I n t e r n a l   R e s i s t a n c e   -   C h a r g i n g   b y   P V   P a n e l   o n   a   R a i n y   d a y 4 4 . 2 4 . 4 4 . 6 4 . 8 5 5 . 2 5 . 4 10 11 12 13 B a t t e r y   I n t e r n a l   R e s i s t a n c e   [ ] C h a r a c t e r i s t i c   o f   B a t t e r y   I n t e r n a l   R e s i s t a n c e   -   C h a r g i n g   b y   P V   P a n e l   o n   a   C l o u d y   d a y 6 . 2 6 . 2 5 6 . 3 6 . 3 5 6 . 4 6 . 4 5 6 . 5 6 . 5 5 7 . 8 8 8 . 2 8 . 4 C h a r a c t e r i s t i c   o f   B a t t e r y   I n t e r n a l   R e s i s t a n c e   -   C h a r g i n g   b y   P V   P a n e l   o n   a   A v e r a g e   d a y 4 5 6 7 7 7 . 5 8 8 . 5 9 9 . 5 10 1 0 . 5 11 1 1 . 5 12 B a t t e r y   I n t e r n a l   R e s i s t a n c e   [ ] R a i n y   V s .   A v e r a g e   d a y     R a i n y A v e r a g e 4 5 6 7 7 8 9 10 11 12 13 V o l t a g e   [ V ] C l o u d y   V s .   A v e r a g e   d a y     C l o u d y A v e r a g e 4 5 6 7 7 8 9 10 11 12 13 R a i n y   V s .   C l o u d y   d a y     R a i n y C l o u d y 4 4 . 5 5 5 . 5 6 6 . 5 7 7 8 9 10 11 12 13 V o l t a g e   [ V ] B a t t e r y   I n t e r n a l   R e s i s t a n c e   [ ] R a i n y   V s .   C l o u d y   V s .   A v e r a g e   d a y     R a i n y C l o u d y A v e r a g e Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  D ri   S ys t,   V ol .  11 , N o.   2 ,  J un e   2020   :   6 6 7   –   6 7 6   674   rest  of  ti me  it   was  remai ned  within   4V.   If  the  batte r y  is   not  fu ll y  c harge d,  7.8 V   P V  is   un a ble  t o  rec ha rg e   the   batte ry   up t o  it s full  level  on the clo udy da y.   Durin g  t he  rai ny  day,  t he  int ia l  vo lt age   of  the  batte r y  was   5.6 V  a nd  t he  chargin g  co ndit ion   of  the   batte ry w as  simil ar to  cl oudy  d a y.   Since s ol ar irradia nce  w as ins uffici ent,  t he  SZ A was s witc hed off  ma nu al ly   sever a l  ti mes  t o  protect   it   fro m  unde r  vo lt ag e  op e rati on.  T his  al so   helps  t he  batte r y  to  be   recuperate d.   Figure   5(b)  il lustrate s  the  scena rio .  O n  the  a ve rag e   day,  the  first  ha lf  of  the  da y  was  fu ll   s unny   an d  the  rest  ha lf  wa s  fluctuati ng  bet ween  s unny  a nd  cl oudy .  The   sta rting  volt ag e  of  the   batte r y  was  6.5 V.   T he  e xperime nt al   res ul t   is  sho wn  in   Fi gure  5(c)   that  sta te s  the  volt age  of  the   batte ry  di d  not  dro p  t o  unable  op erati on  sta te   of  SZ A.  The  re su lt   sho ws  that  the  PV  modu le   is  s uff ic ie nt  to  charg e  the  batte r y  on   this  day.  Fig ur e  5( c )  e xp l ores  th e   maxim um   volt age is  obai ne d betwee n 11 a m  to 12 30pm.       1 1 0 0 1 1 5 0 1 2 0 0 1 2 5 0 1 3 0 0 1 3 5 0 1 4 0 0 4 4 . 2 4 . 4 4 . 6 4 . 8 5 5 . 2 5 . 4 T i m e V o l t a g e   [ V ] C h a r a c t e r i s t i c   o f   c h a r g i n g   b a t t e r y   b y   P V   m o d u l e   (a)   0 9 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 2 0 0 1 3 0 0 1 4 0 0 1 5 0 0 1 6 0 0 3 . 5 4 4 . 5 5 5 . 5 6 C l o c k   T i m e V o l t a g e   [ V ] C h a r g i n g   b a t t e r y   b y   P V   m o d u l e   o n   a   R a i n y   D a y -   v o l t a g e   v s   d a y   t i m e X X I n s u f f i c i e n t   v o l t a g e   z o n e   t o   d r i v e   A r d u i n o   b o a r d S u f f i c i e n t   v o l t a g e   z o n e   t o   d r i v e   A r d u i n o   b o a r d X :   s w i t c h e d   o f f   m a n u a l l y   (b)     1 0 0 0 1 1 0 0 1 2 0 0 1 3 0 0 1 4 0 0 1 5 0 0 1 6 0 0 1 7 0 0 6 . 2 6 . 2 5 6 . 3 6 . 3 5 6 . 4 6 . 4 5 6 . 5 6 . 5 5 C l o c k   T i m e V o l t a g e   [ V ] C h a r a c t e r i s t i c   o f   c h a r g i n g   b a t t e r y   b y   P V   m o d u l e   o n   a n   A v e r a g e   D a y S u f f i c i e n t   v o l t a g e   z o n e   t o   d r i v e   A r d u i n o   b o a r d S u f f i c i e n t   v o l t a g e   z o n e   t o   d r i v e   A r d u i n o   b o a r d C l o u d y S u n n y L e s s   S u n n y S u n n y C l o u d y     (c)     Figure  5. Cha r ging  batte ry by  7 . 8V P V o n  (a )  cl ou dy d a y  (11:4 5am  t o 2pm ); (b)  r ai ny  da y ( 9.15 a m to   3.15pm ); ( c )  a ver a ge da y  ( 10 .15am t o 5.00p m)       5.   CONCL US I O N   This  pap e r  pr esents  a n  e xp erimental   data   analy sis  of   ba tt ery   c hargin g  c har act e risti cs  w hile  it   is   dr i ving  a   SE N   an d  bei ng  c ha rg e d  by   a  PV  simult ane ou sl y.  T he   siz e  of  t he  batte r y  a nd  PV  we re   deter mined   from  el ect rical   sp eci ficat io ns   of   t he  S ZA ,  s un - hour  dat a,  ba tt ery   ca pacit y  model,  a nd  nu mb e r  of   a uton omous  days   f or b at te r y  to  sup port a n SEN . T he  S E N  is c onsidere d  as a  loa d  that  co al esce d  A r duin o  em be dd e d b oard,   te mp erat ur e - hu midit y  s ens or,   LDR ,  a nd  Zi gBee  rad i o.  T he  SEN  is  de no te d  as   S ZA   w hich   m onit or s   the   env i ronme ntal  par a mete rs  of   the  distri bu te d  ren e wa ble  ge ner at io n  sit e.  Anothe r  node,   Was pmote  em bedde d  bo a r d  a nd Zig Be e  ra dio  is   use d  f or  m onit or i ng  th e b at te r y  sta tus.   Both  no des   rea d  an d  se nd d at a  t o  the   c on t ro l   centre  at   e very  10   sec  via  ZigBee   gate w ay.   At  c on tr ol   centre ,  a  La bVIE W  based  G UI   a ppli cat ion   is   impleme nted  t o  a nalyse  the s ens or   data  rece ived  t hro ugh  Z igBee  g at e way.    The  outc om e   of   t he  researc h  il lustrate s  t he   batte r y  c harac te risti cs  on  three  dif fer e nt   da ys -   ave ra ge ,   cl oudy  a nd  rai ny  day.  On  t he   ave rage  day,   inter nal  resist ance  of  the   ba tt ery   is  pe rf ect ly  li nea r  a gain st  it s  vo lt age .  Howe ver,  it   is  qu it e  non - li near   on  c loudy   a nd  rai ny  da ys.  T he  re gr essi on  m od el   equ at i on s  f or   cl oudy  and   rain y  day s   are  obta ine d  f rom  it s  sing le   day   res ults.  Con si de ri ng   i ntermitt ent  ap pea ran ce  of   cl oudy  an d  rain y day s  all  over  the  year, t he  equati ons are  fur the r  e xpres sed  t hroug h  F ourier  p e rio dic s eries.    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       Feasibili ty  an al ysi s o f st an da l on e  PV  powe re d ba tt ery  us in g SEN f or   Smart  G rid  Sye d  ( Z ahurul  Islam )   675   Durin g  the   re al   data   anal ys i s  of  the   batte ry   c ha rg i ng  c ha racteri sti cs,  we  obser ve d  t hat  th e  sel ect e d  batte ry  is  u na bl e  to  powe r  c onti nuously   to   the  S ZA   on   cl oudy  a nd  r ai ny  da ys .  We   le t  the  batte r y  c ha rg e d  from  40%  to  85%  of   it s  vo lt a ge  on   cl oudy  day  by  the   P V   befo re  the  l oa d  SZ A  is  c onne ct ed  to  t he  ba tt ery .   Howe ver,  t he  batte ry  c ou l d  not  powe r  t he  S ZA   m or e   tha n  75%  o f   total   e xp e rime ntal  ti me  du e   t o  i ns uffici ent   so la r  ir rad ia nc e.  O n  the  rain y  da y,   t he  ba tt ery   was  init ia ll y  cha rg e d  at   5.6V.  Alth ough  the  S ZA  c ould  be   powe red   at   the   beg i nn i ng   of  the  ex pe riment,   it   was  switc he d  off  seve ral  ti mes  du e  t o  lowe r  tha n  mi ni mum   v oltage .  O n  th e  ot her   ha nd,  t he  S ZA   wa s  operati ng  on  a ve rag e   da y  with ou t  an y  powe r   fail ure.  The   ba tt ery  al way s   re main ed  at   it s  nominal  vo lt ag e  of  6.25V,   ob se r ve d  from   the   7  hours  e xperim ent  on  that   da y.  T he   batte ry is s uffici ent to powe r t he  SZ A.    Fo r   SEN  i n  di stribu te d  re ne wab le   ap plica ti on  in   w hic h  data  tra nsmi ssion  from   the   re mo te   t o  co ntr ol   centre  is  not  m uch  urge nt  with  the   ti me.  T he refor e ,  the   co ns ide red  batte r y  mi gh t  be  us e d  to   po wer   t he   SZA.   In c rease  the   P V  ca pacit y  ma y  s olv e  t he  cl oudy  a nd  rai ny   day   cha rg i ng  pro blem  bu t  it   will   no t  on l y  be   powe r   su r plu s   on  a ve rag e   a nd  f ull  sun ny  day  but  al so  c os tl y.  The re fore,   w e  sug gest  im pro ving  t he  ba tt ery  performa nce.   Thro ugh  e xten sive  real  batte r y  c hargin g  c ha racteri sti cs,  we   ex pect  the  ma themat ic al   model  to   ser ve   as  a   re f eren ce   f or  f ut ur e   resea rc h  i n  desig ning  a n  e ff ic ie nt  bat te ry   i n  the   a ppli cat ion   of  distribu te d  ren e wa ble g e ne rati on.       ACKN OWLE DGE MENT   The  a uthors  would  li ke  to   than k  Ger a n  Pu tra  Be rimpa k   ( GP B ),   Un i ver sit y  P utra  M al aysia  for  t he  su pp or t  by a R esearch  Gra nt, No.  967170 0  a nd Wo ng Chai  Jen for  her co nt ribu ti on i n for matt ing  t his ar t ic le .       REFERE NCE S   [1]   H.  Erd em  and   V .   Gungor ,   "O n  th e  li fe ti m e  analysis  of   ene rgy   h arv esti ng  s ensor  no des  in   smar t  gr id   env ironm en ts , "  Ad  Hoc  N et work s ,   vol. 75 - 76 ,   pp .   98 - 105,   2018.   [2]   S.  Katya r a,  et  a l. ,   "M onit oring ,   Control   and   En erg y  Mana g eme nt  of  Sm art   Gri d  Sys te m  vi a  WSN  Te chno lo gy  Through  SC AD A Appli cations , "  Wireless   Pe rs on al  Comm unic at i ons ,   vol. 106, no .   4 ,   pp .   1951 - 19 68,   2018 .   [3]   S.  Z ahur ul,  e t  a l. ,   "F uture  stra tegic  p la n   an al ysi s  for  in te gr at ing   distri bu te d   ren e wable   g ene r at io n  to   smart  grid   through  wir el ess   sensor  n et work :  Ma la ysia   pros pec t , "  Re newab l e  and   Sustainab le  Ene rgy   Re v iews ,   vol .   53,   pp.   978 - 992,   201 6.   [4]   N.  Alota ib i,   "A n   Eff icient   Techn ique   for  Redu cing  Tra nsmiss ion   Ene rgy  of  Sens or  Node  to  Enh a nce   th e  Lifet im e  of  the  WSN’s , "  Inte rnational   Jo urnal  of  Adv anc ed  Tr ends  in  Co mputer  Scienc e  and  Engi n ee ring ,   vol .   8 ,   no .   2 ,   p p.   108 - 111,   2019 .   [5]   S.  Za huru l,   et   a l . ,  " A  nov el   Zi gb ee - base d   data  acquisiti on  sys tem   for  distri bu te d  photovol taic  g en era t ion  in   smart  grid, "   2015   IEEE  Innov a ti v e  Sm art Grid  Technologies  -   Asia  (IS GT   ASIA ) ,   pp.   1 – 6,   Nov 2015 .   [6]   P.  Teixidó ,   et  a l. ,   "Low - Pow er  Low - Cost  Wi r eless   Flood  Sensor  for  S m art  Home  Sys tems , "  S ensors ,   vol.  18,     no.   11 ,   p .   3817 ,   2018.   [7]   H.  Singh,  V.  Pal la gan i,   V.  Khan del wal ,   and  U.   Venka nna,  " IoT  base d  smart   ho me   au tom a ti on  s ystem   using  sen sor  node, "   2018   4t h  Int ernati onal   Conf ere nc e  on   R ecent   Ad vances  in   In formati on  Techno logy   (RA IT) ,   pp.   1 – 5,     Mar.   2018 .   [8]   A.  Y.   Khang ,   et  al . ,   "L ast  mi l e   mobi le  hybr id  o pti c al  wire l ess  a cc ess  n et work   r outi ng  enha n ceme nt , "  Bul l et in   of   El e ct rica l  Eng in ee ring a nd   Infor matic s ,   vo l. 8, n o.   1 ,   2019 .   [9]   S.  Z.  Isla m,  et  al . ,  " Co mm uni ca t i on  for  Distribu ted  Rene wab le  Ge ner ations  (DRG s):  A  r evi ew  on   t he  pen et r at ion   to   Smart   Grids (SG s), "   2012  IE EE I nte rnational   Co nfe renc e  on   Pow er  and  En ergy   ( PE Con) ,   pp.   870 – 875,   De c  2012 .   [10]   R.   de   Souza ,   et  al. ,   "D epl oy in g  wire l ess  sensor  net works - bas ed  smar t  grid   f o r  smart  meter s   moni tor ing  an d   cont rol",  Int ernati onal Journal  o f   Comm unic ati on   Syste ms ,   vol. 31 ,   no .   10 ,   p p .   e35 57,   2018 .   [11]   N.  Saxen a,  I.  Hus sain,   B.   Sin gh,   and  A.   Vya s,  "Impl em en tat ion  of   a   Grid - I nte gra te d   PV - Bat t ery   Sys tem  f or  Reside ntial   and   Elec tr ical  Ve h i cl e   Applicati ons , "  IE EE   Tr ansacti ons  on   Indust rial  Elec tronic s ,   vol.  65,   no.   8,     pp.   6592 - 6601 ,   2018.   [12]   E.   Ge le nb e  and   Y.  Murat ,   " Batt ery   a tt a cks  on  s ensors ,"   Inte rnat ional   S ymposium  on  Computer   and  Informatio n  Sci en ce s,   Se curity  Workshop .   Springer  In te rn a ti on al   Publishing ,   Fe b.   2018 .   [13]   G.  Tuna  and   V.   Gungor,  " En er gy  har vest ing  a nd  batter y  techn ologi es  for   poweri ng  wir el ess  s ensor  net works , "   Industrial  Wire l ess Se nsor   Net w orks ,   pp.   25 – 38,   Jan.   2016   [14]   C.   Park ,   K.   L ahi ri ,   and   A.   Raghuna th an,  " Bat tery  d ischa r ge  ch ar ac t eri sti cs  of   wire le ss   sensor  nodes:   an   expe ri me nt al   an al ysis, "   2005  Se cond  Annual   I E EE   Comm unic at ions  Soci e ty   Co nfe renc e  on  Sen sor   and  Ad  Hoc  Comm unic ati ons and  Ne tworks,   2 005.   IE EE SE C ON 2005. ,   pp.   4 30 – 440,   Sep .   20 05.   [15]   W.   Guo, W. M.   Hea ly, a nd  M. Z hou,   " Bat t ery   dis cha rge   cha r acte r isti cs  of  wir el ess   sensors   in  buil di ng  appl i ca t ions, "   Proce ed ings  of   2012  9th   IE EE  Int ernati onal   Confe renc e  on   Net working ,   S e nsing  and   Cont rol ,   pp .   133 – 13 8,     Apr 2012.   [16]   S.  Yasin,   T.  Ali ,   U.   Draz ,   and   A.  R ashe ed ,   " Sim ula ti on - b ase d   ba tt ery   l ife  pre d ic t ion  t ec hn ique  in   wire le ss   senso r   net works ,"   NFC   IEF R   Journal   of Engi ne ering  and   Scientific Resea rch,   vol .   6 ,   pp .   1 66 - 72,   Oct   2018 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  D ri   S ys t,   V ol .  11 , N o.   2 ,  J un e   2020   :   6 6 7   –   6 7 6   676   [17]   I.   Mut ta k in,  D.   Abraha m,  R .   Al fan z,  and   R.   Ro hma di ,   " Respiration   Monitori ng   Sys te m   of   Lun g  Phanto m   Us ing   Magne tic  Sensor ,"   Bulle ti n  o f El e ct rical E ng ineering  and  Informati cs   (BEEI) ,   vol .   7 ,   no .   1 ,   pp .   15 - 2 0,   Mar   2018.   [18]   M.  Fahe em ,   e t  a l. ,  " Ene r gy  e ffici ent   and  r el i able  dat a   gat h eri ng   u sing  interne t   of   software - def ine d   mobi le  sinks  for   WSNs - base d  smart   gr id app licati ons, "   Computer  Standards &  Int erfac es ,   vol .   66 ,   p p .   103341 ,   Apr.   2019.   [19]   M.  Fahe em  e t   a l. ,  " Ambi ent  En erg y  Harv esti ng   for   Low   Pow ere d  Wi re le ss   Sen sor  Network  b a sed  Smar t  Grid   Applic a ti ons, "   2 019  7th  Int erna ti onal  Istanbu l  Smar t  Gr ids  and  Cit i es  Congre s s  and  Fai r  (IC SG) ,   pp.   2 6 – 30,     Apr 2019.     [20]   T. M.  Mansur ,   N.H.  Bah aru din ,   a nd  R.   Ali ,   " A  C ompa ra ti ve   Stud y  for  Diffe r ent   Sizi ng  of  Sol ar  PV   Sys te m  unde r  Net  Ene rgy   Met eri ng   Scheme   at  Univer sity   Buil d ings ,"   Bu ll e ti n   o f  E lectric a l  Enginee ring   and  In fo rm ati cs   (B EE I) ,    vol.   7 ,   no .   3 ,   pp .   450 - 7,   Sep .   201 8.   [21]   F.  Yild iz,   "P otentia l   Amb ie nt   E ner gy - Harve stin g  Source s   and   Te chn ique s , "  The  Journal   of   Te chnol ogy   Stud ies ,  vol.   35 ,   no .   1 ,   20 09.   [22]   Z. G.   W an,  Y.K.   Ta n,   and   C.   Yue n,   "Rev ie w  on   e ner gy  h arv esti ng   and   energy  m an age m ent  for  sus t ai nab le  wire l ess  sensor ne tworks , "  In  2011  I EEE  13 th   internationa l  con fe renc e  on   communic ati on   t ec hnolog y ,   pp.   3 62 - 7,   Sep .   2011 .   [23]   N.  Kim  and  B .   Parkhide h ,   "P V - Bat te ry   Series   Inve rte r   Arch it e ct ure :  A  Sol a r  Inve rt er  for   Seamless  Battery   Int egr a ti on  wi th   Partial - Pow er  DC – DC  Optim i ze r , "  IEEE  Tr a nsacti ons  on  En ergy   Conv ersion ,   vol .   34 ,   no .   1,     pp.   478 - 485 ,   20 19.   [24]   E.   Casi la r i,   J.   Cano - Garc í a,   an d  G.  Cam pos - G arr ido,  "M odel i ng  of  Curre nt   Consumpti on  in   802. 15. 4 /Z igB e e   Sensor Mote s , "  Sensors ,   vol. 1 0,   no.   6,   pp.   5443 - 5468,   2010 .   [25]   I.   Hadj ipa sch al is ,   A.  Poul li kkas ,   and  V.  Eft hi mi o u,   "O ver vi ew  of  cur ren t   and   futur e  en erg y  stor age  technologies  for   el e ct ri c  power   a ppli c at ions , "  Renewable and  Sus tai nable E n ergy   Re v ie ws ,   vol. 13, no. 6 - 7,   pp.   151 3 - 1522,   2009 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.