In te r n ation a l Jou rn al  o f Po we r  Elec tron ic s an d   D r ive S y stem  (IJ PED S )  V o l.  10, N o.  3, S ep 2019,  pp.  1 6 7 5 ~1 6 8 6   ISSN: 2088- 8694,  DOI :   10.11591 /ijpeds. v10. i 3.pp1675-1686          1675     Jou rn a l  h o me pa ge :  ht tp: //i a e score . com / j o u r na l s / i n d e x . p hp/IJ PED S   Cogeneration of energy in solar s ystems - a study case, K osovo       B u k u rije Hoxha, Rexh e p  S e limaj,  D renu s ha Krasn iqi,  S ab rije  O sm a na j   F acult y  o f  M echan ical  En g i n eerin g,  U n i versit y   of P ris h t i na, 10 0 0 0 ,   Pri s hti n a,   K os o v o      Art i cl e In fo     ABSTRACT A r tic le hist o r y :   Re ce i v e d  N ov  7,  201 8   Re vise d F e b 22,  201 9   Ac ce p t ed  M ar 1 8 ,  2 019      Nowa da ys  t he   m a i n  g o a l   o f  su s t a i na b l e   e n e r gy   s upp ly  i s  th e   u s e   of   r en ewabl e   energ y   s o u rces   a n d ,  i n   a dd itio n,  t he  i n c reased  e f f ici e ncy   o f   t h e   en ergy   u sed .   One  possi b ility  o f   u s ing  renewabl e  energies  i s  the  use  of  s ol ar  e n e r g y   thro ug h   ph otov olta ic   p a n e l s.   T a k in g  in to   a c c o u n t  the   m e te o r olog ical   chara c t e ri stics   of   t he  c ou nt ry  i n  w h ich   th e  st udy  tak e s  p l ace,  i t   a p p ears  t h at  the   u s e   o f   p ho to vo lta i c   pa n e ls  w il l  b e   a va ila b le   m os t  o f   t h e   t i me   d urin g  the   year.   W e   a ppl ied   a  mo del   of   h y b ri d  so lar  co llect ors   fo r  m a in ta i ning   t h e   c e ll  tem p era t ure  near  2 5 ° C  by   i n t roducin g  a  f l at  p l a te  c ov er  i nteg ra ted  wi th  s ol ar  cell s .  This   m et h o d   rep r esen ts  a   w ay  t o   i n crease  th e  eff i c i ency   o f   t he  s ol ar  col l ect or.  T h is  w il l  enab le  t he  p rod u ct ion   o f   e lectri cit y   f ro m   th e  part  o f   the  ph ot ov olt a ic  p anel   i ncorp o rat e d   int o   t he  s o l ar  c ollect or,   in   w h ich  the  wat e r   tempera t ure  will  i n crease,   a nd  thi s   h eat   f rom  t h e  water  is  d ue  t o  t h e   e f f e c t  o f   su nlig ht  a nd   a s   a  res u l t   o f   co olin g  the  part  o f  th e  p h o t ov oltai c   pa ne l.   T h i s   repres ents  an   in c r ease i n  t he e f f i c ien c y o f   t h e  system   and   th e  m a i n  pu r po se of   ou r anal ys is . K eyw ord s :   Coge nera tio n   Energ y   e ff ic ie ncy   Energ y   g ener a t ion   H ybri d  sys tem s   Re new a b l e   ene r gy   Co pyri gh t © 2 019 In stit u t e  of Advanced  En gi neeri n g  an d  S c ien ce.   All  rights   res e rv ed.  Corres pon d i n g  Au th or:   S a brij e   O s m a na j ,    Fac u l t y   of  M ech a n i c a l  Eng in ee ri ng ,    U n i v ersi ty o f  Prish tina ;   K oso v o ,   Em ail:  sa bri j e.osm a na j@ un i- pr. e du       1.   I N TR OD U C TI O N    En ergy   i s  t h e  mo st   v a l u a bl e   re so u r ce   a nd   f o und a tio n  o f   c iv i l i z a t i on .  It   i s  al so   o u r   h e r it ag e  fo r  fut u re   gene ra ti o n s.   P rese rvi ng  t h i s   r es ource  f o r  the  futur e   r equires  a   t h o r o u gh  un dersta n d i n g  of  e ne rg y  r e so urce s,  op tim al  oper a t i o n ,   an d  s u s t a i na b l e  usa g e.   A pp lica t io n  o f   n ew   c a p acit y   g e n e r at e d   by  re n e wa b l e  ene r g y   source s,   n e w   m ana g em en t  s y s t e m s,   a dva n ced  t ec h n o l o g ie s  an d  impr o v i n g   p r oduc tiv i t y  ca n  c o ntr i b u t e  t o   ec onom ic  g ro w t h [1] .   B y   a d d i ng  t h e  al terna tive   so ur ces,   o n e  c a n  overc ome   t h e  sc he du l e d  p o w e r   c u t  t o o  [ 2 ] .   A   ph o t o v o l t a i c / t h erm a l  hy br id  s ola r   s ys tem   (P V T   –   s y s tem )   i s  a   co mb in at io n  fo r  p hot ovo l t a i c   ( P V )  an d   sol a r  therm a l  c o mp one nts / sy ste m s   w h ic h  pr od uc e   bo t h   e le ctri c i t y   a nd   h ea t  from   one  i nte g r a ted  c o m pone nt  o r  s y s t e m  [ 3 ] .   O n  a v e r a g e ,   t h e   d i r e c t  s o l a r  r a d i a t i o n  i l l u m i n a t i n g   t he  e a r t h ’s  s ur fac e ,  w h ic h  c onsis ts  o f  a   fl ux  o f   ph o t o n s  c o veri ng  a   spec trum   o f  e n e r g i es  f r o m   infr are d   t o   ul t r av i o l e t,  d e liver s  1.6  to  2 . 8   M Wh  a nn ua lly  f or  ea ch  s qua re  m eter   o f  t h e  ea rt h’s  sur f ac e.   A t   the   ou te r  she l l   of   t h e   t erres t rial   a tm osph ere,   t he  i ntens i t y   o f  solar  ra d i a t ion   call e d   th e   sol a r  c onst a n t ,  i s   t ak en  o n  av era g e  a s   I SC   = 1,35 3   t o   1 ,3 67   W /m2,   w it h  a   fl u ct ua t i o n   o f   abo u t   7 %   a n n u a l ly.   Thr o u g h   ph ot o  t h er ma l  solar  radia tio n  co nver s i o n ,   t h e r e   i s  a  p r o c e s s   o f  c o n v e r s i o n  o f   so l a r  radia t io n  ( w hi c h   c arr i e s   p h o t o n ic   e nerg y)  i nto h i g h - t e m pe rature   h e a t   f o llow e d by   c on versi o n  of  t h e   h ea t  in to  m ec han i c a l  e n erg y   ( or   s ha ft  w ork).   Toda y’s  tec h nol og ica l   w or d  ful l y  de pe nds  on  e l ec tric i t y,  b u t   t h e   ava ila b i l i t y  of  e lec t r i c  so urce   i s  l o w .   T he   d efic ie ncy  of  e l ect ri ci ty   b e c omes  t h e   b reak in g   po i n t   fo r  e m e r g i ng  c o unt ri e s .  The  fi rst   re po rt e d   s tu dy   o n  a   fl a t   p l a t e   P V/ T  wa s  p r es ent e d   by   W ol f  in   1 976 .  Th e  mi c r o   g r id ’s   ene r ge tic  p erfo rm ance   i s  dire c t l y   a f f ec t e d  by  t h e  so lar  ra dia t i o n  a n d  t h e  a m b i e n t  t e m p e r a t u r e  a v a i l a b l e  a t   t h e   in sta l lat i o n   sit e .  The   dere gu la t e d   elec trica l   p ow e r   m arke t   t r i e s  t o   m a k e   t h e  f u l l   u t iliz atio n  of  t he  e le ctric   netw ork  w ith  h i g h  e c o n o m i c a l  be n e fi t s  a nd  also  m ai n t ai n s   t he  s e c uri t y   o f  t h e   p o w e r   sys t e m   [ 4-7] .  B e c a use   the   me chan ic a l   e nerg y  m a y  b e   c o nver t e d   i nt o  e l ectr i c a l  e n e r gy,   f i gur e  t h er m a l  sola r  radia t i o n  c o n v ersi o n   c a n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN: 2088- 8694  Int J  P o w   El e c  &  D ri S yst ,  V ol.  10,  N o.  3 , S e p   2 0 1 9  :   167 5   – 1 686  1 676 be  v ie w e d  a s   a   m ea ns  t o  gener a te  e i t he r  m echa n ica l   o r  elec t r i c a l  p o w e r.  P hot o volta ic  s ola r   r a d i a t i o n   c o nv e r si on   r esu l t s   i n  t h e  di rec t   p rod u c ti on  of   e l e ct ri c   en e r g y   fr om  s olar  e ne rg y  us in g  t h e  ph ot oe lectr i c   e ffe ct.   It  i s  im p o rta n t   to  h ave   a  the o ret i ca l   mo de l  for  co nver t i n g  so la r  radia t i on  i n t o   w ork  (elec t r i c i t y )   an d  for  deter m i n i n g t h e effi c ienc y of  t h i s pr ocess. In our c ase,  ther e  i s a pow e r  t o a   l o a d  i n a n  i so la ted s i te, in or de r to   stud y  t h e  pr o pose d   s ys tem   b a se d   on  c l i m at ic  c ond i t i o n s   [ 8].  The  k e y  p r o b l e m  o f   a n a l y z i n g   s u c h   a   s y s t e m   i s   due   t o  t h e  lac k   o f  pro p er  o r g a n i z a t ion  of  t he  e ner gy  sec t or   i n  t h e   c o u n try  un der   re v i e w .  O v er   95%   o f  t h e  gene ra ted   ene r gy  is   from   c o al-fire d   p o w er   p la nts,  a nd   n ow   i t  ha s  be gun   i nc orp o ra tin g  ren e w a bl e   tech n o l o gie s ,  gener a t i n g   e ner gy fr om  pho to vo l t a i c p a ne ls as  w e l l a s   s ol a r  pa n el s (F igure  1).          F i gur e 1 :   T herm ody nam i c   m ode ls for  ph o t o t h e r m a l so lar  radia tio n  conv ersi on  i nt o   wo rk. (a)M o d e l   f o r  e x erg y   o f i n s o l a tio n; ( b) m od el a cc oun t i n g  for  solar  c once n t r at io n   an d  hea t  tr a ns fer       2.   PHOTOVOLT A I C -T H E RMAL SYSTEMS   I f   e xp ose d   t o  a   low   s o lar  co n c entra t i o n  r a t i o,   t he   t e m pe ra tu re   of  a   P V   pan e l   i n cre a ses,   a s  me nt i o ne d   abo v e.   I n  th is  c ase,   t he   P V  cell  e f fi c ienc y  dec r ea ses,  b u t   t he  o v e ral l   p an el   e ffici en cy   i n c re ase s .  Th ere  i s   a   li m i t  t o   t he  o pe rati ng  tem p er ature  of  t he  P C  ce lls,   w h ich,   d e p e n d in g  on   t he   c o n s t ruc t i on,  i s  in  t he  r ange   o f  a b out   6 0  t o   1 0 0 ℃ .  Low e rin g   t he   P V   pa n e l  t e mpe r at ure   is  a   m e a ns  o f  i n cre a sing   e f fi c ienc y.   I f  coo l i n g   is  app l ied   w i t h  th e   h el p  o f   a   h ea t  tra n sfer  fl ui d  to  a  P V   pa n e l, i t s t e mp e r at u r e  c a n   b e   m a i nt ai n e d  bet w e e n   40   a nd  80 ℃  (d ep e ndin g   on   t h e   s ol ar  r a d i a t i o n   i n t e n s i t y   an d  on   w h e th e r   c on c e n tr ation  sys t em s   ar e  app l ied)  [ 9].   The  h e a t  r e c o v e r e d   f r o m   P V  p a n e l  c o o l i n g   i s   t h u s  a  g o o d   l e v e l  o f   t e m p era t ur e  t o   b e   us e d   i n   a  m u lti t ude  o f  app l ica t i o ns.  Conse que n tly,   P V /T  ( ph oto v o l taic – t herm al )   sy stem s   m ake   se nse  f o r  b o t h   i ncre asing   t h e   effi c ie n c y  of  p ow e r   g e n era t i o n  a n d  i n cre a si ng  the   effi c i e ncy   of  s ola r   r e s o u rce   ut iliza tio n.  W a t e r ,  gl yc ol – w ater ,  and   a i r  a r e  typ i ca l  he at   t r a n s fer   fluids   us ed   i n  PV/T  s ys tem s .  H ot   w a t er   c a n   b e  use d   f or   e ne rg y  ge ne rati o n ,   space   h ea ti n g ,  sa n i tar y   w ater   h eat i ng,  g re en ho use  he a t i n g,   s ola r  dr yi n g ,  solar  st il l s ,   a n d   ot her  purp o ses   [1 0].   W h en   w a t er  i s  u s ed   a s  t h e  c o o l in g  medi u m ,  arra n g e men t s  can   b e  m ade   t o   c om bine   P V   te chn o l o g y   w i t h   a   fl at   pla t e  so lar   ther m a l  col l e c t or.   Th us,  water   at  i ts  l ower   t em per a t u r e  c a n  fl o w  u n d e r n e a t h   a   P V  p a n e l  s o   t h a t ,   thr o u g h   h e a t  transfe r ,   it  co o l s   th e   pa nel  a n d  im pro v es  i ts  e ffic iency.   W a t e r   i s  pre h ea t e d  in  t his  w a y  an d   the n   p a ssed   t h ro ugh  fl a t   p l at e   so l a r  t h e r ma l   col l e c t o r s  fo r  fu rth e r  h ea ti ng.  T he   d i a gra m   o f  a  sys t em   a s  suc h ,  used  f or   space   a nd  w a t e r  hea tin g in  a   r e s i d e n c e ,   a s   s u gge ste d  i n  F i g u re   2  [1 1].   The   e n e r g y   a n d   e x e rgy  effi c ie nc y   of  t he  coge ne rat i on  s y s t em   i s  usua ll y  defi n e d   a s  us efu l   e le c t ric i t y  and  hea t   ge ne rated,   e x p ressed   in  e ne rgy or  e xer g y   un its,  re spect i v el y,  over   t h e  c onsum ed  s ol a r   r esourc e   ( a g ain  in  e n e r g y   e x e r g y  u n i t s ) .   I t   i s  a l s o   p o s s i b l e  t o   defi n e  the   e n e r gy  effi c i e nc y  of  t he   c o g ener atio n  sy st e m   c ons i d er i ng  t h at   t he  e l e c t ric i t y   i s  a  mor e   v al uab l e   pro duc t t h a n   t h e  he a t  [12] .  B y  di v id ing  th i s  he a t i n t o  t he  t ota l   s o l ar  e n e rgy us e d  w e   ob t a i n:          ( 1 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t   J  P o w   Elec  &  D r i   S y st   I S S N :  2088- 86 94       Coge ner a t i on  of   ene r gy  i n  so la r system s  -  a study  c a se ,   Ko sov o   ( B ukur ije  H o x h a)   1 677 So l a r  en e r g y   i s  av ail a bl e   wo rld w id e   and   c a n   p l ay  a   k e y   r ol e  in   fac i l i t at i n g   e n e r g y   i nde pe nde nc e   an d  r e silienc e  at  t h e   r egio na l,  n at io na l,  l oca l   a n d   h ouse h o l d  le vel   l ow -   an d  me di um - t em pe r a tur e ,   solar - th er m a l   tec h n o lo gi es  c a n   g e n er a t e   he at  f or   m any  d i ve r s e  r e si de nti a l,   c o mm er cial  a nd  pr oce s s  h e a tin g  ap pl ica t io ns,   w h ic h  ca n  f o r m   n atur a l   d is t r ibu t e d   e ne r gy  p r ov i s i o n  sy ste m s  w i t h  hi g h   r elia b i lit y  [ 13] .   The  r e new a ble   e n er g y   se ct or   e mpl o y s   9 . 5   m i l lio n   pe op l e   w or ld w i de,   o f   w h i c h   3 . 7   m i l l i o n   ar e  in  t he   s ola r   s ec tor  (i n c lu din g   ph o t o v o lta i c   P V ,   s ola r   h ea ti ng,   a n d   c oo l i ng) .   Sm a l l-   s c a le  t he r m a l  and  sta n d- al o n e   a pp l i c a t i o ns   c r e a t e   o ppo rtu n it i e s   fo r   l o c a l   ec onomi c   d ev elo p m en t   i n   a   m u c h - lo c a l i z e d  va lue   cha i n  c o ver i ng   d es i g n,   m anufa c tur e ,  in sta l l a t i on,   a n d   m ain t e n ance .  In  a dd iti o n ,  sola r  sys t em s  ar e  i nsu l a t ed  from   t h e   i n sta b i l ities  of  o i l   p r i c e   fluc t u a tio ns,  c o n f lic ts,  an d  fi na n c ia l  unce r t a in ty.   A  PV- T   m od u l e   i ncr e a s es  t he   l on ge vi t y   o f  t h e   P V   cell s   a s  t h ese  are   o p e ra t e d  at   l o w er  t e m p e rat u re s,  e sp eci a lly   i n   ap pli c a t i on s  su ch   a s  swi m mi ng   p o o l s ,  hot el s,  h e a t   pum p s ,   an d  un der f l o o r   he a t i n g,   w hi c h   r e q u i r e   a   l ar ge   a mo un t  o f   l o w - te m p era t ur e  heat .  This   b e n e f i t   a rise s   fro m  th e  fact  t h e   s olar  cells  i n   PV -T  c o l lecto r s  suf f e r  lo w e r  t em per a tur e   s t r esses,   w hic h   a r e   k now n  t o   g i v e   r i se   t o   m a jor   c a uses   f or  P V  system   f a ilur e s  du e  to   c e ll  bre a ka g e,  e n c a p sul a tio n  di sc ol o r at i o n ,   a nd  de l a mi na t i o n .   Mor e over ,   P V - T  sys t e m s  e n a b le   ‘ se lf- c on s u m p tio n’   –  the   gene r a ti o n   a nd   u se  o f   elec t r i c i t y   o n   si te.  Se lf-co n s u m p ti on   i s  the   che a p es t  w a y  to  g ener a t e  e n ergy  w it h  r e ne w a ble s   a n d   r e duce  t h e   s t r e ss   on  t h e   loca l  gri d   a t  t h e  sam e   time .   P V- T  sys t em s  c a n  be   i nte g rated   wi t h  hea t   p umps  o r   c o o l i n g  sys t em s  a n d   the  el ec t r i c ity  g en erat ed  in   ex c e ss co ul d   b e  st o red  [ 1 4 ] .          F i gur e   2 :   H ot  w ater   p r oduc t i on  w i th  P V / T  sys t e m s          F i gur e   3.   S c hem a tic  d i a gr am  of   P V - T her m a l   s yst e m      Agenc y   ( I E A)  T ask  ind i ca te s  a   p o t en t i al  c os t   re d u ct ion   of  r ou g h l y   1 0%  f or   P V - T  in sta l lat i on s   c o mpa r ed to   t h e  com b i n a tio n of  s e p ara t e  sys t em s  wit h   m a r ket  de v el op men t .  Hyb r id   phot ovo lt ai c   an d   th e r ma l  ( P VT)  collec t o r s  c o mbi n e  ph oto v o l tai c  (PV)   c e lls a nd sola r  the r m a l c o mp one n t s  a n d  e n a b le  t he  s imu l ta neo u s   co nv e r sion   o f  s o l a r  en e r g y   i nto   h eat   a s   we ll   a s  in to   e l ect ri cit y  [ 15] ,   w h ic h i s  the  i n t egr a te d  the r m a l  s t or e ,   o r   in   t h e  g r oun d  to  b e   re uti l i zed   b y  g r oun d - so urc e   h e a t   pu mps.   C a r ef u l  pla n n i ng   o f  e n er gy  use   ( d em and- s i d e   m a na gem e n t )   m a y  als o   b e  i m por ta nt  i n  th e   eff e c t ive  op er a tion   o f   t h e   s y s t e m.   E st i m a t e s   c on du c t ed  i n  the  f r a m e w o r k   o f  t h e  I n t e r n at i o na l  E n e r gy   c an  s e e   i n  F i gur e  3.   A s  w el l  as  t he   d eta i ls  o f  the   h ybr id  c o llec t o r   g i v e n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN: 2088- 8694  Int J  P o w   El e c  &  D ri S yst ,  V ol.  10,  N o.  3 , S e p   2 0 1 9  :   167 5   – 1 686  1 678 in  fi gure   4 in w hic h  you ca n see ,  besi d e s   t h e  ph o to v o l t a i c  m i r r o r ,  t h e  pi pes   i n   w h i ch   c ol d   wat e r  i s   i nt ro du c e d  by   m eans  of  t he  pump,   a nd   t he n   b y   t he   h e a t  r ece ive d   f r o m   the   su n   i s  s e n t   t o  t h e   h e a t   s h i f t e r  w h i c h  f o r  t h e   seco nda ry c yc l e   p r e sents t h e  bo ile r  [16].          Fi g u r e   4 .  PV - T p a n e l   c o mpone n t s      2.1.   Ther ma l  Part   A n   e n e r g y   ba l a nce   i n d i ca t e s  the   d i stri b u t i on  o f   t he   i nc i d en t   so lar  e n e r gy   i nt o  the   use f u l   e nerg y  gai n ,   therm a l  l o sse s ,  whi l e  o p t i ca l  lo sse s   d escr i b e   t h e   therm a l  p e r f o rm ance   o f  a   sol a r  co l l ec t o r  [1 7].  I n   t he  s tea d y   st a t e,  t he  t her m a l   e nerg y  lo s s   from   the   c o lle ctor  t o  the   sur r ou nd ings   b y  c o n d u ct i on,  c on ve ct ion,   a nd   i n f ra red  radia t i o n  co ul d  be  r e p rese nt e d   a s  the  pr od uc t   of  t he   h e a t   t ra nsfer   c o e f fic i e n t   U L   t i m es  t h e   d iffe r e nce   be t w e e n  the  m e a n   a bso r be r  plate  t e mpe r at ure   T pm   and  the   ambi ent   t emperature  T a  .  The  usefu l   e ner g y  ou t p u t   o f  a   col l ec t o r  w i t h   a r ea  Ac  i s  eq ua l  to  t he  d iffe ren c e  betwe e n   t h e   ab s o rb ed   s ol ar  r a d i a tio n   a n d   th e   th erma l   l o ss  [ 1 8 ]   and  it  i s   g i v e n   i n eq ua t i o n  2  a s:      . . .     ( 2 )     2.2. 1.Hotte l - Wh ill ie r - Bliss e q u a t i on   The   me an   t em pera ture   o f  the   abs o rber  p l a t e   i s  difficult  t o  calc u l a t e   o r  m e a s u r e  s i n c e  i t   i s  a   f u n c t i o n   of  t he  c o llec t or   d es ig n,  t he  i n c ide n t  s o l a r  ra dia t i o n,   a nd   t h e   en te ri ng  flui d  c ond i t i ons.   F o r  the   p u r p ose   o f   t h e   sy st em  d es ign ,   i t   i s   c on ve ni en t   t o   r e l at e   t h e  p e rf o r ma n c e   o f   t h e   sol a r  co l l e c t o r   t o   t h e  t e mp era t u r e  o f   t h e   h eat  trans f e r   f lu i d ,   as  t he  p late   te m p era t ur e  is  u sua l l y   n ot  known .  Here ,  t w o   e f fi ci e n cy   f ac to rs  o f   t h e  co ll e c t o r,  F R  a n d ,   F ' ,   a re   i n t ro du ce d  by  H o t t e l -   Wh il li er-B li ss  ( eq .  3 )   t o   a l l o w  th e   u s e   of   e it h e r  th e  me a n   o r  i n l e t   f lu id   tem p era t ur e in  t he  co l lec t or  [1 9 ]:      . . . .     ( 3 )    . . . .     ( 4 )     2.2. 2.  I n c id e n ce An gle M o d i fier   A s   s h o w n   i n  e qua tio n  ( 4 ),  t h e   c oe ffic ie n t   o f  i n ci de nc e  a n gl e   m o dif i e r   i s   a ppro x i ma t e d   as  t he   r a tio   betwee n tra n sm itt a n ce  – a b sor p ta nce  coe ffi cien t o f  col lec t or s  a nd  the   coe f ficie n t  itsel f  at  nor ma l   inc i de nce :         ( 5 )     wh ere  -   the transm itta nc e of the c over   sys t e m  at t h e   e s i r ed a ng l e  a n d  α =  the  a n gula r  a bsor p t a n ce o f   the  a b s o rber  p l a te.   A S H R A E   93- 97  r ecom m e nd s  t h at  K τα  s ho u l d  be  e x pe rim e nta l l y   d e t e r m i ne d  ba se d  o n   E q.   (5)  by  po sit i o n in g  a   col l ec tor   i n   t he  i nd o o r  test ing   ( w i t h  θ = 0,   30,  4 5,  a nd  6 0   d e g ree s ) .   M ore over,   i n  t h e   ou tdo o r   test ing ,   t he  p a i r s   o f  t h e  t e s t   s ymm e tri c a l   t o  t h e   s o lar   n oon   s h oul d   b e   c on du ct ed , when   t h e  a ng l e s  of   t h e   bea m   i n c i d e n c e   are   appro x i m ately  30º,  4 5 º   a nd  60º.  O n   t he   o the r   h a nd,  E N   1 219 5  als o   r ec om m e nds  deter m i n i n g  K τ α,   f or  b o t h   i n do or  a nd  ou t do or  t e s ts.  A   s o la r  sim u l at or  s houl d   be   u se d   u n d er   i n d o o r t e st,   w h il e   e e Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   E l e c  &  D ri S yst  IS S N :   2088- 86 94       C oge ne rat i on of  e n e r gy in sola r  sy ste m s  - a  st udy  c a se, Ko sov o  (Bukur ije  H o xh a)  1 679 in  t he   o u t d o o r  t e st  a   m ova b l e   tes t   r ac k  co ul d  be  u se d,   i n  w h ic h   t he   o rien tat i on  of  t he  c o l lect or  c oul d  b e   arbi tra r ily  a d j u s te d.  I n  gener a l,  t he  e ffe c tive   t r ansm i t ta nce - a bs orba nce   c o efficie n t  eτα   for  ordi nary  g la ss  can   be  a ppr ox ima t ed by  [2 0] by  (6)  e qua ti o n :       1 .   ( 6 )    ≅ 1 .02  ( 7 )     An d   fo r  t h e  co ll ect o r s  wit h   n eg l i gi bl e  a b so rpt i o n   co v e rs,  i t   ca n   b e   a ppr oxim a te d  b y   f r o m  the   expre ssi on  in  t he   e q u at i on (8):    ≅ 1 .01  ( 7 )     F u rtherm ore ,   K lei n   ( 1 9 7 9 )  pro pose d   a n  e m pirica l  e q ua t i on  for  t h e   he at  l oss   fr om  t he  t o p   f or  t he   me an  p l a t e  tem per a t u res  i n   t he  r ange  o f a m bien t  an d 25 0 ℃ . It   ca n   b e  d es cr i b ed  a s:        .       .   .   .. .  .    . .  ( 8 )     W h ere:    N   = num ber   of  g l a ss  c o v e r s   β   =   co l l ect o r  til t   (d eg re e s )   ε g  =  e mi t t a n c e   o f   g l a s s   (0 . 8 8 )    ε p   =   e m i tta nc e  o f  p la te  ( 0.88)     ) 07866 . 0 0 ( ) 1166 . 0 089 . 0 1 ( N h h f p w w   ) 000051 . 0 1 ( 520 2 C    0 ° 70 ° .    7 0 ° 90 °    7 0   pm T e 100 1 430 . 0     T a =   am bie n t te m p era t ur e ( K )  T pm  =  mea n   p l a t e t e mp e r atu r e   (K )   ℎ  = wind he a t  tr a nsfer  coef fici ent   / ∙   W i nd coeffici e n t   ℎ  give n  by  Mc A d am s in 19 5 4 :      w h w 8 . 3 7 . 5   ( 10)    wher e 0  <   w < 5m /s   F o r   flat  p l a t e s,  L loy d   a n d  Mor a n  gi v e t h e   fo l l ow ing  eq ua ti o n :   0 . 76 ∙                       10  1 0 0 . 15 ∙       10  1 0    w m 2 Re   ( 11)  The  he a t   l oss e s  t h ro ug h   t h e  e d ges  o f   c o l l e c t ors  c oul d   be   a p p r o x im ated   b y   com p arin g  the   ed g e   l oss- c o eff i ci ent - are a  p ro du ct  (UA) e d g e  a n d   th e   c o l l e c t o r  are a ( A c):   C edge e A A U U ) (   ( 12)  Wh i l e  t h e   e n er gy   l o ss  t h r o ug h  the  b o t t o m   of  t he  c ol lec t o r   due  t o  the   i n su l a ti on  co u l d  be   p re sen t ed   b y  th e   fo l l ow i n g  eq ua ti o n  [1 5 ] :   L k U b   ( 13)  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          I S S N: 2 0 8 8 - 86 94  I n t   J Po w   Elec  &  Dr i  Sy st,  Vo l. 1 0 ,  No . 3 ,   S e p   2 019   :     1 6 7 5   –   1 686  1 680 Thus   t e b L U U U U     ( 14)         3.   ASSUM P T I ONS IN   M O D E L  The g l a z i n g  is  2 - s ubstr a t e ,   t he   m a t e r ia l  f r o m   w h ic h t h e  ph o t ov o lt a i c   pa ne l  is bui l t   i s   m o n o cr ystal l i n e   si li c o n.   T he   p a r t   o f   t he   c ol lec t or   c onsi s ts  o f  c oppe r   pi p e s  t h a t  ar e  p l ace d  be t w ee n  th e  in su lat i o n   l a yer  and   t h e   ph o t o v o lta i c   p anel  g la ss  [ 22] .   S upp ose  t h at   t h e   s ur f a c e   o f  t h e  p h o t ovo l t a i c   a n d   pho t o v o l t a i c   p a n e l s   i nv olve d   i n  t h a t   i s  2   m 2 ,  l e n g t h   2 m  a n d  w i d t h   1 m ,  w e   a l s o  a s s u m e   t h a t  t h e   l a y e r  o f   t he   p h o t ovol tai c   p ane l   i s  2  d o ubl e   gla z i n g.  T he   h yb r i d  p a ne l   i s   p la ce d   a t   t h e   a n g l e   o f   3 0   ̊ .  To  c a r ry  o ut   t h e   a n a lys i s  i n   que st i o n,   t he y  r eceive  a n   a i r   tem p era t ur e  of  2 5  ℃.   T o   c a lcu l a t e  the   win d   c oe ffic ie nt  a ro u nd  t h e  so lar   col l ec tor   w i l l   b e   base d  o n   d a t a   f r o m  the  N A SA   i n s t i t ute   as  s how n  in  F i g ur e   5:         (a)      (b )     F i gur e  5 :   D ail y   s olar   r adiat i o n   a nd  w i n d   s pee d   f or   K oso vo  g i ve n   b y  N a sa   S t a t ion  a,   b )   [5]       4.   RESU L T S  A ND ANALY S IS   B e ar ing  in  m ind  t h at  K oso v o   a s  the   c o u n try ' s  mos t   r ec ent  c o u n tr y   de cl are d   a s  an   i n d e p e nd en t  c o u n tr y   has  lo ng  be e n   u n d e r deve lope d,   a n d   n ow   a s  a   pla c e   o f  tr a c t i o n   h a s  t h e  e l emen t a r y   p robl e m s  of  t he  en e r gy   s e c t o r  a s   a   k ey   e l e men t   f o r   t h e   d ev el op ment   o f  th e  i n d u s tr y .   F ro m  t h e  earli e r  an aly s es  o f   th e  P V   /   T   sys t em s  w e   m ain l y  ha ve   t he   s ys t e ms  t ha t  ge ner a t e   e le c t r i c i ty   f r om   t he  p ho to v o l t a i c  pa ne l s   a nd  the r ma l e n e r g y   a s   s ani t ar y  w a t e r ,   w e   have an a l y z e d   t ha t  bec a use  o u r   co u n tr y  ha s  go od  ge ogr a p h i c  p o sit i on,   w h i c h   e ns u r es  f or   a   whil e   d u ri ng   s o l ar   r adia tio n  th e n   i t  w a s  w o rth  a n a l yz i ng th e   elec t r i c it y  ge ne r a t i o n   s yste m  by  hea tin g  t h e  w a t e r  to   h igh   tem p er a t ur es,   w h ic h  ser v e s   a s  a   s o ur c e   f or   t he  p r o d u c t i o n   o f  e l ectr i c i t y   t hr ou gh  t h e  R a nk in   c ycle .   D u r i n g   t he   p r o ce ss  o f  a n a l yzi ng  t h is  p a p er ,   w e   assume   t ha t   the  out do or   a m b i e n t   t em per a tur e   i s   2 5 ℃  an d  so me   a ppr ox i m a tio n s   h av e  als o   b ee n  m a de ,  whic h   in  c er ta in  c ase s   a re   me nt i one d  ( F igur e  6) .   I f   w e   a s sume   t h a t  t h e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t   J  P o w   Elec  &  D r i   S y st   I S S N :  2088- 86 94       Coge ner a t i on  of   ene r gy  i n  so la r system s  -  a study  c a se ,   Ko sov o   ( B ukur ije  H o x h a)   1 681 w a ter   tem p er a t ur e  in the   o u tle t  fr om   t he  c o l l e c t or   i s  a b out 2 5 0 ℃  whi c h   wi ll   t h e n  b e   u sed  fo r  eit h er  e l e ct ri ci ty  ge ner a t i o n   o r   hea tin g  t h e n   t he  m a nufac tur e r ' s   c h ar a c ter i st ics   f or   s uch  t y p e s  of  t he  h ybr i d   c ol lec t or .         Fig u r e 6: S ch ematic  d iag r am o f   h eat lo sses in  a fl a t plate  s o la r   c o llec t or   f or   a n  expe r i me n t a l   c a s e.       4. 1.   Tem pe ratu re distr i b u t i on s i n flat-p late  c ollect o r s   The  e n er g y   t r a nsf e r r e d  t o   t he   fl ui d  w i l l   h ea t  t h e  fl u i d ,   ca usin g  a  t e mp era t u r e  g r ad i e nt   t o  e x i s t   i n   t h e   dir e c t i on  o f   fl o w .   S i nce  i n   a n y   r e g io n  of  t he   c ol lec t or ,   the  gen eral   t e m p e rat u re   l e v el   i s  go v e rn e d   b y   th e  l o c a l   tem p er at ur e  le vel   of   t he  fl u i d.   D eter m i ne   t he   c o llec t or   t o p   l o s s  c o e f fi c i e n t   f o r   a   s i n g l e  g l a s s  c o v e r  w i t h   t h e   follo w i ng  sp e c i fi c at ion s  ( Fig u re  7 ):    The  t h i c k n ess  of  t his  hy br id  c ol lec t or   0 . 0 55 m    Pl at e emi t t a n c e   0 . 8 8     A m bien t  tem p er a t ur e  25℃     Mea n  pla te  t e m pe rature  25 0 ℃     C o l l e c t or t ilt  30   ̊     Wi n d   h e a t  tr a n sfer   c oe ffi c i en t   11. 4  W/m 2 ◦C   A n al yzi n g  t h e   case   for   d i f f e r e nt  t y p es  o f   m a ter i a l s  u s e d   i n  t h e  c o l l e c t o r ,   a s  w e l l   a s  f o r  t h e   r e lat i o n s h i p   b e t w e en  g lo ba l  t e m p er a t ur e  a n d  gl o b al   r a d iat i o n ,   w e  will   g e t   t he   r esu l t s   a s  in  F i gure  8  w h e r e  it   c a n  be  s ee n  th at  t he   h i g h e st   e ff icie nc y  ca n  b e   a ch ieve d  i n   t he   c a se  o f  usi n g  a  be tter   m a te r i a l   s uc h  a s   t he   c a s e  of   l ow   i r on  g l a s s,   T =0. 9 ,   a n d   e= 0. 88,   a nd  t h e   low e st  e f f i c i e n cy   w ill be  a c h ieve d  with  t he  use  o f  the   m a te ria l   I T O / Low   I r on  G l a s s/A R ,   T= 0 . 86,   e =0. 2 0:         (a)    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          I S S N: 2 0 8 8 - 86 94  I n t   J Po w   Elec  &  Dr i  Sy st,  Vo l. 1 0 ,  No . 3 ,   S e p   2 019   :     1 6 7 5   –   1 686  1 682   (b )     F i gur e   7.   a )   Co eff i c i e n t   of  l os ses  as  a   f unc tio n  of  t em per a tu r e , b)   solar  coll ector  e ff i c ienc y  chan ge s for  di ff er e n t  t y pes  of   m ater ia l   use d     The sme l t i ng h a s an impor ta n t  role i n   i ncre asi ng  t h e ef fic i e n cy   o f the   so la r   hybr i d  p a n e l ,   and f o r   this   r eason,   t he   c a s e  o f   a   d oub le - g l a ze d  a n d   d o u b l e- g l a z e d   c olle c t or   i s  an al y z ed ,  t a ki n g   i n t o   ac cou n t   t he   r at io  be t w ee n  the  te m p er a t ur e  at  t h e   e ntr a nce   of   t he   c o lle c t or   a n d   t h e  tem p er a t ur e  en vir onm e n t  to  g l o bal  r a di a tio n  in  t ha t  c o u n t r y .   Wit h   t he   c ha nge   o f   ir r a dia t i on  a nd  othe r   spe c i f i ca ti on s  o f   t he  m od ule,   t he   o utp u t  var i e s   [ 2 3 ] .   F r om  t he   g r a p h ic  r e p r e se nta tio n  o f   s uc h  ca se s  can  b e   se en  t he  i n c r e ase   of  c o llec t or   e ff ic i e nc y  o n   how   t o   ac h i ev e   it .          F i gur e  8 :   E ff ic ie nc y  d i f f e r e nc e  for   ung l a ze d,   s in gle  g l az e d   a nd  dou bl e   gl a z e d .     F r om  F i gur e  1 0 )   i t   c an   b e   se e n   t hat   i n   t he   c ase   o f   t he   g la z i n g   o f   t he   c oll e ctor ,   t h e   d i f f e r e nc e  i s   v er y   sma l l   i n   t erms  o f  ef fi c i en cy   b e t wee n   t h e   s ing l e-g l a z e d   an d  d oub le- g laz e d   c ol lec t or ,  an d  a s   f ar  a s  the   ca se   o f  the   co l l ec tor ' s case   is   c o n cer ne d  Do u b le  g laz i n g  is muc h  lar ge r  tha n th ose w i t h  sin g l e  g l a z in g,  so   f o r   pr a c tica l   c a ses  i t   w o u l d  be   a   b e t ter   tec h n i c a l   s ol ut i on  t o   u se  a   s ing l e - g l a z e d   col l ect o r .  Al th oug h   po wer  l o ss  m i ni m i za ti on  h a s  bee n   s t u d i e d   e xte n si ve ly,   th i s   a spec t   is  s t ill   a t t r a cte d   t he   n um er ous  r ese a r c h  in t e r e st s  [ 2 4] .    4. 2.   R a n k i n e  cycle   calcu l at ions   The  rese arc h e r s  a r e  alwa ys  i n t e r es ted   in   w orki n g   i n   t h i s   f ie ld,   p art i cu lar l y  w ith  t he   m assi ve   inc o r p o r at io n  of  r e n ew a b le   e ner g y  int o   t h e   pow e r   s yst e m  [2 5,   2 6 ].   T h e   a n a ly ze d   s o lar  co llecto r  h a s  als o   b een  c a r r i e d  out  by  th e   r a n k i n g   c y c le  s o  t h at  m a ny  di ff er e n t   c l a r ifi ca ti ons  a r e   p r o v i de d  i n   e a c h  p h ase.   w or k   of  t he   pum p  G i ve n  t h at  w e  have  a   h ybr id  s ys tem   in  w hic h   p h o t o vo l t a i c  p a n els  a nd  s o lar  col l e c t or s  ar e  i n c o rpora t e d ,   the n   w e  can  a ssume   t ha t  t h e   w o r k   t ha t   the   pum p  spe n ds  t o  c a r r y  ou t   t h e   R a n k i n e  cy cl e  c a n   b e   t ak e n   t o   be  e n tir e l y   co ve r e d  by  so lar   pane ls  i n  the   h y b r i d   system   ( F i gur e  9 ).     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   E l e c  &  D ri S yst  IS S N :   2088- 86 94       C oge ne rat i on of  e n e r gy in sola r  sy ste m s  - a  st udy  c a se, Ko sov o  (Bukur ije  H o xh a)  1 683   (a)       (b)    F i gure  9:  a )  Ra nk in 's sc h em e im plem en tat i on ,   b)  T -s dia gra m  of  t h e   Ra nkin e  c y c l e , wi thou t   t a ki ng  int o   ac co u n t   t h e wo rk  o f   t h e pu mp      5.   E F FI CIENCY  O F   H Y B RID SY S T EM   To  c a l c u l a t e  t h e   hybr id sy s t e m  efficie n c y   w e  use   the  form ula  as  below :    ) ( 1 cell ref Co ref T T Temp EFF Efficiency   ( 15)  ) 1 ( Re ref insolation ref Op insolation OA cell EFF f T T Solar T T   ( 16)        F i gure  10:  T he rm al pa n el i nc or por ated  i n t o a   tra d iti o n al pa n el       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN: 2088- 8694  Int J  P o w   El e c  &  D ri S yst ,  V ol.  10,  N o.  3 , S e p   2 0 1 9  :   167 5   – 1 686  1 684   (a)       (b)    F i gur e 1 1 :  a)  T he di f fere nce  b e tw ee n t h erm a l  and e l ec trica l   e ff icie nc y   g i ve n by  h ybr id  c ol lect or  ( P V &T) ,   b )  the r ma l effic i e n c y  for  a   hybri d  col lec t or  f or di ffe re nt te m pe r a ture  r e p or t       A   nume r ica l   m odel   o f   t he   c ol lec t or   i s  use d   t o   stu d y   i n  m o re   d et ail   t h e   ef f ect   o f   t h e  mo d u l e   d esi gn  para me ters  on  its  t herm al  a n d   e l e c tr ica l   e ffic ienc i e s  a n d  to  e v al ua te  t he  t e m pera t u r e   l oca l l y   on  t h e  so lar   c e ll.  Thi s   s tud y   asse sse s  th e  e ffe ct   o f   t w o   d e sign   p a r amet ers:   t h e   c o l l e c t or  g lazi n g   a n d   t he   t u b e  s p ac in g  ( W / D   ratio).         6.   CONCL U S IONS   P hoto v o l tai c   P lan t s  (P V )   a re   f ast  grow i n g  t o   s a tis fy  e lec t ric a l   p ow e r   d e m a nd.  D i f fer e nt  m a x im um   pow er   p oin t   t ra c k in g  tec h ni qu es  ( MP P T )  a r e   use d   t o  ma xi m i ze  P V   syste m s  gener a te d  p o w e r.   A nothe r  one   o f  me tho d s   i s   u s i ng  t h is   s ys t e m   a l so   c al le d  c oge nera ti on   s y s t e m.   S o l ar-b a s ed   r en ewa b l e   s y s t e ms  c ap a b l e   o f   del i v eri ng  do m e stic  h o t   w a t e r ,   spac e  hea t i ng  a n d/ or  c o o l i n g,   a n d   e l ec t r i c ity   h av e   a   sig n if i cant   pot en ti al   t o  c o nt ribu t e  to   K o s ovo  a nd  Eu r o p ean  t arg e t s   o f :   1.   A   20% re duct i on o f   g ree n h o u s e   gas  em i ssio n s ;   a nd  2.   A n   i ncre ase  i n   t he   p rop o rt i o n   of  f in a l   e ne r g y   ge nera tio n   fro m   r ene w able   s ource s  t o   2 0%   by   2 0 20,   w h i le   a t   the   sam e   tim e  de cre a s i ng   t he  p r i m a r y   e ne rg y  c ons um pt ion   in   t h e   bu i l d i ng  sec t or.  The   ph o t o v o lt aic - t h erm a l  hy br id  s yste m  ha s  a   de vic e   t ha t  ca n  pr ov id e   th e   same  t i m e.  T h e   s y s t e m  perform ance   d epen ds o n  t h e  PV   ope rating  t emperature  a nd  f o r  low e r   v a l u e s  of  i t ,   h ig he r  l e vel s   o f  elec t r ic ity  a n d   hea t   c a n   b e   obta i ne d.  H ybr id   p hot o v o l t a i c-t h er ma l   (P V / T)  m odu le s   ge ner a t e   h ea t  a n d  elec t r i c i t y   si m u lta ne ous l y   i n  o n e   mod u l e .   T he  b as ic  i de a   of  t he  c o n c e p t  i s   t o  u t i l i z e   m o r e   o f  t h e  s o l a r  r a d i a t i o n   b y  a l s o   harve s t i n g   t he  w a s t e   h ea t   t h a t   i s  ge ne rate d  in  p h o t o vo lta i c   ( P V )  m o d u le s.   T he  a bove -m ade  a n al ys i s   i s  ma de  w h en  t he  w a t e r   i n  t h i s   c o l l e ct or  i s  he a t ed   u p   t o   s team   a nd  s e r v es  f or  t he   p rod u c t i o n   o f   e le ctric i t y ,  ex pa nd ing   i n t o   t h e   t u r bi ne  a nd   b y  vi rtue   o f   t h at ,  th e   g e n e rat i o n   o f   e l e c t r i c i t y  i n   s u c h   a  f o r m   i s  p r e s e n t e d   w i t h   s m a l l   efficie n c y   m ak in g  it  t h e  mos t   s u ita ble   f o rm   o f  ope rat i o n   t oge th e r   w ith  a   t he rma l   p um p   or  t he  u se  o f  this  syste m   f or  h ea tin g  o n l y  b u i l d i n g s  or   f or  p r oduc ing  s a n i tary  h o t   w a t e r .   F r om   t h o se  a na ly ze s  w e   c an  s ee   how   a   mor e   r eliab l e  syste m   f or  t he   ope rat i on  of  a   s olar  h y b rid  c o l l ec t o r   w i ll   b e  it s  opera t i o n   tha t   w i l l  e n ab le   t he   pro duc t i o n   o f  e l e c tr ici t y   t hro u g h   t he  p h o t o vo lta i c   c e l l s ,   a nd  t he   s olar  c o l l e c t or  p a r t  w i l l   b e  s u c h   t ha t  it   w ill  all o w   w a ter  he atin g  on l y   f or  s a n itar y   n ee ds  o r  for  a n y   hea tin g  nee d s  of  a ny  b u i l d i n g .  H e at  l os s  from   the   to p   0 0. 1 0. 2 0. 3 0. 4 0. 5 0. 6 0 1 02 03 04 05 0 Effici ency W/D T h ermal E f ficien cy E l e c t r ic al  Ef f ic i e n c y 0. 0 0. 2 0. 4 0. 6 0. 8 1. 0 0 . 0 0 0. 05 0. 1 0 0 . 15 0. 20 efficiency  [ ‐] (tm ‐ t e)/G  [m2K/W] Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.