Internati o nal  Journal of Ele c trical   and Computer  Engineering  (IJE CE)  V o l.  5, N o . 4 ,  A ugu st  2015 , pp . 63 6 ~ 64 I S SN : 208 8-8 7 0 8           6 36     Jo urn a l  h o me pa ge : h ttp ://iaesjo u r na l.com/ o n lin e/ind e x.ph p / IJECE  Analysis Air Cooling Mechanis m f o r Phot ovolt a i c  P a nel b y   Solar Simulator       Y. M. I r w a n 1 , W. Z.   Leo w 2 , M. Irw a n t o 3 , Fareq  M 4 , A.R .   A melia 5 , N. Gomesh 6 , I.   Sa f w at i 7   1,2,3,4,5,6 Centre of  Excellence for   Renewable  Ener g y , School of  Electr i cal  S y s t em Engineering,  Universit y  Ma la ysia  Perl is (Uni MAP), Mala y s ia   7 Institute  of  Eng i neer ing Math e m atics, Univ er si t y  Mal a y s ia  Perl is, (UniMAP),  Mala y s ia       Article Info    A B STRAC T Article histo r y:  Received  Ja n 13, 2015  Rev i sed  Ap 27 , 20 15  Accepted  May 10, 2015      Measurement th e outdoor  efficiency  of phot ovo ltaic (PV) pan e ls is essential,  but it is not likel y   an exc e ptio nal ci r c umstance at an y  g i ven  moment is  alwa y s  r e pea ting  itself. A solar sim u la tor was designed and fabricated for the  purpose of  analy z ing  the p e rfo rmance of  PV panel with  and  without air   cooling mech anism in indoor test. Twenty   units  of 500 W halo gen lamps   with build-in ref l ector support by  the st eel structure holder act  as a natural  sunlight. The  r e quirement  for a solar  simu lator i s  a stable sol a r r a dia tion and   illum i nat i on unif o rm it y. The unif o rm it y  of the solar radi ation was  m easured  in the test ar ea. Two units of  PV pa nel with  sam e  chara c ter i stics wer e   experimental in  four sets of unif o rmit y  of solar radiation, which  are 413, 620 821 and 1016 W/m². The operating temperatur e of PV panel with air coolin g   m echanis m  can  be decr eas ed  2- ˚ C com p ared  to P V  panel r e f e renc e.  The   P V  panel with  air coo ling m echan is m  can b e  incr eas ed  in  6-14 % of  maximum po wer output base on differen t  fix e d of solar rad i ation .  An   overall method and procedur e of the m easurement b y  the solar simulator ar discussed and  pr oposed. Keyword:  Air coo lin g m e ch an ism   I ndo or  Test   Power Output   So lar Sim u lato Tem p erature   Copyright ©  201 5 Institut e  o f   Ad vanced  Engin eer ing and S c i e nce.  All rights re se rve d Co rresp ond i ng  Autho r Y.M .  Ir wa n,   C e nt re  of  Exc e l l e nce f o r R e ne wabl Ene r gy ,   School of  Elec trical  Sy st em  Engi neeri n g ,   Un i v ersity Malaysia Perlis (Un i MAP), Malaysia.  Em a il: irwan y u s off@u n i m a p . edu . m y       1.   INTRODUCTION  Non - ren e wab l e en erg y  is p r o d u c ed  b y  so urces th at will b e  u s ed   u p   o r   will n e v e b e  rep l en ish e d  i n   ou r l i f et i m es.  B e si des t h at , t h e i s s u es  wi t h   a p o we r s o u r c e  an use are  r e l e vant   not   o n l y  t o  gl obal   wa rm i ng,   but  al s o  t o  s u c h  t y pe o f  e nvi r onm ent a l  conc erns a s  ai r p o l l u t i o n ,  aci pre c i p i t a t i on,  ozo n e ex ha ust i o n,  fo res t   dam a ge, an d ra di oact i v e s u bst a nce em i ssi ons. Se veral   pot e n t i a l  sol u t i ons  h a ve  devel ope t o  av oi d t h ese t y pes   of i n fl ue nces, i n cl u d i n g ene r g y  conser vat i o n  vi a enha nced   electric powe r  efficiency,  a red u c tion  in  fo ssil fu el  use a nd a n  i n c r ease i n  Ec o- fr i e ndl y  p o we r s u p p l i e s. M a ny   devel ope d a n d  t h e de vel o pi n g  co u n t r i e s p r om ot e   ren e wab l e en erg y  app licatio n s  to  so lv e th e issu o f   non-renewable e n e r gy  and to   p r ot ect  t h e e nvi ro nm ent .   A re newa ble resource is a ve ry easy task to take  place of non-re ne wable  ener gy. Electri cal energy is   g e n e rally g e n e rated   b y  u tilizin g  sev e ral k i n d s  of  ren e wab l e en erg y  such  as  wind  en erg y , so lar en erg y geot herm al  energy bi om ass ener gy  an d t i d al  ener gy . S o l a ener gy  i s  fam ous am ong al l  r e newa bl e ene r gy  t h at  is g e n e rally u tilized  in  two  tech n i q u e s. The first tech n i qu e is to  ap p l y it  in stan tly fo r h eating  o r   perh aps  cool i n g o f  wat e r an d ai r, w h i l e  not  usi n g an ad vance d  electric circuitry. The second techni que is sim p ly  conve r ted int o  electrical ener gy  t h r o u g h  t h e  use o f  P V  pa nel .  Di re ct l y  con v e r si o n  p r oc ess of s o l a ra di at i o n   i n t o  el ect ri cal  ene r gy  i s  co nsi d e r ed  t h e   m o st  conve ni e n t  m e t hod  o f   usi n g s o l a r  en ergy .  T h ben e fi t s  o f   utilizing the PV reaction to generate  electrical energy consi s t of absolute ly no production of  polluta nts duri ng  ope rat i o n, si l e nt  an p r ol on g e d l i f es pan .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -87 08  I JECE Vo l. 5 ,  N o . 4 ,  Au gu st 2 015    63 –  64 6 37  The m a in envi ronm ental factor t h at affects  the el ectrical efficiency a n po we o u t p ut  of PV pa nel   are sol a r ra di at i on a nd  o p erat i ng t e m p erature [1, 2].  When the PV  pa nel  ab so rb s ex cess so lar  rad i ation ,  the  o p e rating  temp erat u r o f  t h e PV  p a n e will b e  in cr eased . Wh en   the o p e rating   temp erat u r e o f  PV  p a n e l   increase, t h e PV pa nel efficiency decrease s  and  vice  ver s a [3] .  T h i s  i s  due t h at  P V  panel   onl y  1 5  % o f   sunli ght e n ergy converts i n to electrical  energy with t h e re st conve r ted t o   the heat e n e r gy. Hassa n B.S. et al  [4]  car ri ed  o u t   t h e exce ss  ph ot on  ene r gy  i s   di ssi pat e d i n   the   form  of heat a f fect th performance of s o lar cells.   Th us, c o ol i n m e t hod  o f  s o l a panel   was  d e si gne d i n   or d e r t o  kee p  o p e r at i n g  t e m p erat ure st a b l e  a n d  l o w .   H. G. Te o [ 5 ]  s u g g est e d t h at   ai r co ol i ng a n d wat e r co ol i n g are  use d  t o   cool  t h e P V  p a nel  t o   keep  u p  l o we r   ope rating tem p erature .  T h is is beca use the t e m p eratur e of  PV  p a n e witho u t  activ e coo lin g  m ech an ism was  hi g h  a nd  PV  c e l l s  can o n l y  a c hi eve a n  e ffi c i ency  of  8 - 9 % .   K .  T o n u i   [6]  desc ri be d ai cool i n g i s   p r ef erre t h an t h ot he cool i n g a rra ng em ent s  due t o  m i nim a l use o f  m a t e ri al  and  l o ope rat i n g cost  des p i t e  i t s  po o r   th erm o  p h y sical p r op erties. It is can   decrea se the te m p era t ure of PV pa nel  in  o r d e r to  en h a n ce th e electrical   efficiency of  PV panel.  The weather i s  always cha n ging and as many scie nt i s t s  are ha rd t o  de si gn  way s  t o   enha nce t h e   efficiency  of  PV  pa nel. T h us, s o lar sim u lators are   v e ry h e lp fu l in a so lar en erg y  in v e stig ati o n. So lar  si m u lato rs are  a lig h t  sou r ce su pp lyin g  illu min a tio n  ap pro x i mate to  th e n a tu ral su n ligh t Th ey are  u tilized  for  m a ni pul at i n g i n d o o of t h v a ri o u s com p o n e nt s an d de vi c e s t o  assess, b u t  oft e n f o r t h e st udy  PV cel l s , t h cell characteristics and performance valid at i on  of com p o n e nt s i s  achi e ve d. T h e t e st s can be i n vest i g at ed by   u tilizin g  so lar  si m u lato r at any ti me, co n tinued  fo 2 4   ho urs a d a y, con t ro lled  fo v a riation  of tem p eratu r e and  ot he r feat ures   of a  com m on e nvi ro nm ent .  Fu  Qi an g an T o n g   Na n [ 7 ]  ha ve  pr op ose d  si m u l a t i on m odel  of  PV   cells is bu ilt to  sim u late en viron m en t situ atio n s   un d e d i fferen t ligh t s an d tem p eratu r es. Th e cho i ce of an  id eal lig h t  so urce to  sim u lat e  sun lig h t  an d it’s a real  st r e ngt h i s  t h pr i n ci pal  w o r k   wi t h  a  desi g n   of s o l a r   sim u l a t o r.  In  t h bac k g r o u n d  o f  s o l a r  si m u lat i on,  m a ny  di ffe rent   o f  l a m p s ha ve  bee n  s u gge st ed,  an d  t h i s  can   be l i s t e d as  f o l l o ws:   hal oge n l a m p s,  xen o n  ar c l a m p s, ar g o n   arc l a m p , m e rcury   xe no n l a m p  a n d  s o   on .   Sol a r  si m u l a t o r c onsi s t s  o f  cl im at e t y pe 14 3  t u n g st e n   hal o gen  3 0 0   W l a m p s had  bee n   devel ope d  by   NASA-Lewis  l a b o ratory, USA [8 ]. Th in frared  rad i a tion g e n e rated   b y   th e lam p s was red u c ed   b y   u tilizin g   diachronic re flectors.  Natural  solar  radiation on the ea rth’s surf ace  was  sim u lated by artificial light several   decade years a g o. E.J.G. Bee s on  [9]. P. Krusi [10]  and S.P. Ke nny [11] reporte d the m u ltiple-la m solar  si m u lato rs consisted  o f  20 21  and  28  CSI la m p s with  a rated  p o wer  o f   10 00   W a tts, resp ectiv ely.  A si m p le   lo w-co st  so lar si m u lato fo i n doo testing  usin g  14   qu artz h a log e lam p s   o f  10 00  W fo l l o w ed   in  19 85  [12 ] The s o l a r  ra di a t i on i s  i n  t h e  r a nge  o f   4 0 0  an 15 0 0   W / m ² . 45  u n i t s   of  hal oge n l a m p s t y pe C DX  3 0 0   was   b u ilt in a so lar  si m u lato r [13 ] , and  a sim u lat o r con s tru c ted  with   2 3   u n its  of tung sten h a l o g e n lam p s o f  50 [14 ] . Th e i n frared rad i atio n produ ced b y  t h e la m p s was filtered ou b y  u s i n g two  ex h a u s t  fan s The com p arison of the  performan ce o f  th e PV p a n e l with  an d   with ou t air co o ling  m ech an ism   is th main  fo cu o f   th is in v e stig atio n. Th resu lts o f  bo th  PV pan e ls are tested   b y  u s i n g so l a r sim u lato rs.  Hen c e,  th e n e x t  section s  t h ese an alyses will b e  carried   o u t     2.   EQUIPMENT SETUP  FOR SO LAR SIMUL A TOR T E STING  Twen ty u n its o f   h a log e n  lam p s with  b u ilt in  reflector were bu ilt in  so lar sim u lato r. A steel  m e tal   su ppo rt st ru ct ure with th e size is 18 3 cm  b y  1 8 3  cm  b y  1 8 3  cm  is u tili zed  to carry all th e h a l o g e n  l a m p s,  whi c h a r e ar ra nge d i n  a n  a rra y  as di s p l a y e i n  Fi g u r 1.            Fi gu re  1.  The  f a bri cat i o n s o l a r si m u l a t o r des i gn   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJECE   ISS N 2088-8708    Ana l ysis Air C o o ling   Mechanism  fo r Ph o t o v o lta ic Pa n e b y  So la r S i m u l a to r   (Y.M. I r w an)  63 8   Th ho ld er  stan d steel m e tal  supp or t struct ure  can be  a d justed inde pe ndently.  T h e di stance betwee eac center of halogen lam p  is close to 32 cm The space  distance betwee n the PV  panels  and  halogen la m p s is   app r oxi m a t e ly  67 .3  cm , 82. cm , 95  cm  and  11 9. 3 8  cm  for   t e st i ng t h e  di ff erent  s o l a r  ra di at i on,  res p ect i v el y .   Th e co lor tem p erat u r e of t h e lam p  is th e tem p eratu r of  a n  i d eal  bl ac b ody  ra di at or  w i t h  t h pea k   irradia n ce at the sam e  wavelengt h as the te st source. T h selectio n  lam p s u s ed  in  th is  fabricatio n  are h i gh - efficien cy lamp s,  with  co iled - co il filam e n t , g i v i ng   wh ite h a log e n  ligh t  and  m a n i p u l ate at 2 3 0   V,  Ph ilip Hal o gen  5 00  W. Ta bl e 1 s h ows t h e speci f i cat i on o f  Phi l i p s Pl us Li ne  Hal o gen Lam p . The l i f es pan  of t h l a m p s i s  200 0  ho urs .  H o we ver ,  i t s  i n expe nsi v e a nd ex c e l l e nt  l i ght  ou t put , m a i n t e nance, an d i m prove co nsisten c y [15 ]   m a k e  it wid e ly u s ed  as t h e in frared  ligh t  sou r ce in  m u lti-sou r ce so l a r sim u lato rs an d  t h so lar  sim u lato rs with less sp ectru m  req u i remen t s.      Tab l e 1 .  Sp eci ficatio n s   Ph ilip Plu s  Lin e  Hal o g e n  Lam p Model Specification  W a ttage 500  W   Voltage 230  Cur r e nt 2. 17  Flux lam p   9660 Lm   Color  tem p er ature  2900 K   L i fetim e  2000  hr   Dia m et er  12  mm  L e ngth 117. m m       In  t h is in v e stig atio n, two  units o f  50W M o no crys tallin e PV  p a n e ls  were u tilized  to  co nv ert so lar  energy into ele c trical energy One  of t h e PV panels is attached  with  DC  brus hless fa ns a t  the back s u rface of  t h e pa nel  and t h e ot her pa nel   i s  a t r adi t i onal  PV as a ref e re nce pa nel  as sho w n i n  Fi g u r e  2. TES s o l a po we r   meter was  u s ed  to m easu r e t h e so lar rad i atio n of  so lar  si m u la to r.  Four  sets of av erag e so lar rad i ation   were  m easured a s  4 1 3 , 6 2 0 82 1 a nd  1 0 1 6   W / m ² . PR O VA  2 0 0  sol a r m odul anal y zer was  use d  t o  m easure t h e   per f o r m a nce of  b o t h   PV  pa nel s  wi t h  an wi t h out  ai r c ool i n m echani s m .           Fig u re  2 .  PV  pan e l with and  with ou t c ool i n g m echani s m  by  usi n g s o l a r  si m u l a t o r       3.   R E SU LTS AN D ANA LY SIS  The fa bri cat ed  sol a r sim u l a t o r i s  capabl e  of  generat i ng re peat abl e  ra nge s of sol a r ra di at i on at  any   ti m e  an y w eath e r  in  th e indoo r  test. Four  sets o f  av er ag so lar  r a d i atio n   h a v e   b een  m easu r ed  b y  using so lar   m e t e r. Tabl sho w s  t h di st a n ce  bet w ee n t h e PV  pa nel s  a n hal o gen  l a m p s.         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -87 08  I J ECE Vo l. 5 ,  N o . 4 ,  Au gu st 2 015    63 –  64 6 39  Table2.  Distance  Between  PV Panels  And Haloge n Lam p   Average Solar  Radiation  Distance betw een  PV panels and halogen lam p s   413 W / m ²   119. 38 cm   620 W / m ²   95 cm   821 W / m ²   82. 5 cm   1016 W / m ²   67. 3 cm       Fig u r e   3  shows th e op eratin g te m p erature  of PV pa nel wit h  and  w ithout  air cooling m echanism  at  41 3,  6 2 0 ,  8 21  and  1 0 1 6   W / m ² , res p ect i v el y .  In t h 4 13  W / m ² , t h e avera g e ope rat i n g t e m p erat ure o f  P V  pa nel   with air cooling m echanis m  is 37.09  ˚ C.  While the avera g e ope rating te m p er at ure of P V  pa nel  refe re nce i s   39 .6 ˚ C .  B a se d o n  t h e res u l t s  of  bot h PV  p a nel s , i t  can be  seen t h at  t h e ope rat i n g t e m p erat ure  of P V   pane l   can  be  decrea s e d i s  a p pr oxi m a t e l y  2.5 6   ˚ by using air cooling m echanis m .   On   th e o t her h a nd th e op eratin g   te m p erature  of PV pa nel wit h  air co o ling  mech an ism  is   also  lo wer th an   t h e P V  pa ne l  refere nce at  62 0 a n d   82 W / m ² . B y  usi n g ai r c o ol i ng m echani s m ,  t h e P V  pa nel   can b e  dec r eas ed 2 . 4 1   ˚ C  an d  2. 19   ˚ C c o m p ared t o   PV   p a n e l r e f e ren ce in th e 620  W / m ²  an d   82 W / m ² , r e sp ect iv ely.          Fi gu re  3.  O p er at i ng t e m p erat ure  o f  P V   pa ne l  wi t h  a n d  wi t h out  ai r c ool i n m echani s m       Besides that, the ave r age  operating tem p erature of  PV  pan e l with  air co o ling  m ech anis m  is  5 3 . 1 1   ˚ C an avera g e ope r ating tem p erature of  P V  pa nel  r e fere nce i s  56 . 4   ˚ C fo r th e so lar rad i ation  is in  10 16   W / m ² . In  th com p ari s on  re sul t  of b o t h  P V  pa nel s  i n  t h e 10 16  W / m ² , the decrem ent of the ope r ating te m p erature  of PV  panel  i s   3. 2 9   ˚ C  by  usi ng  ai r  co ol i ng m echani s m .  From  the fi gu re a b ove, it can  be analytically that  the  PV  p a n e l suffers  fro m  th e h i gh op erating  tem p eratu r e unde r h i g h  cond itio n   o f  so lar rad i atio n .  Th h i gh er  ope rat i n g t e m p erat ure  o f  PV  panel  i s  a ne ga t i v e effect  o n  t h e electrical efficiency of   PV  panel .  T h op erat i n g   t e m p erat ure  of  PV pa nel  can  be dec r eased  by  usi n g DC   b r us hl ess fa ns.  Th us, t h e ai r c i rcul at i on  by  f o rci n g   flow in the channel re duces  t h e o p erat i n g t e m p erat ur e o f  PV pa nel  by  a t  l east  2.19  ˚ C. Infield et al. [16]   carri ed  o u t  t h t e m p erat ure  of  PV  panel  ca n b e  red u ce d by  fl owi ng ai r bet w een P V  pa nel  a nd t h e d o ubl gl ass   wall  fo r sp aci ng  h eatin g.  Fi gu re  4 di s p l a y s  t h e m a xim u m  vol t a ge  of P V  pa nel  wi t h   a nd  wi t h out  ai cool i n g m echani s m .  In t h e   41 W / m ² , t h avera g e m a xi m u m  vol t a ge  o f  P V  pa nel  wi t h  ai r c ool i ng  m echani s m  i s   16 .7 V w h i l e   15 .9 i s  t h e ave r ag e m a xim u m   vol t a ge  f o P V  pa nel  re fe rence. T h e i n crem ent of  maxim u m  voltage is  app r oxi m a t e ly 4.4 9  %  by  us i ng DC   br us hl ess fans . B e si des t h at 16 .7 1 V,  1 5 . 74  and  1 5 . 35  V are t h e   av er ag e m a x i m u m v o ltag e  fo r  t h e PV   p a n e l w ith  air  coo lin g  m ech an ism   in  th e 620W /m², 82 1W /m ² an d  1016  W / m ² , r e sp ectiv ely.  W h er eas, th e av er ag e max i m u m  v o ltage of  the PV   p a n e l r e f e r e n c e in  t h 6 2 0   W / m²,  821  W / m ²  an d 1016   W / m ²  is 1 5 .14   V ,   1 4 .89   V  an d 14 .70  V, r e sp ectiv ely. Th co m p ar iso n  b e t w een PV  p a n e l  w ith   and without ai r c ooling m echanism  ca rri ed  o u t  t h at  t h m a xim u m  vol t a ge ca be i n c r eased  by   usi n DC   br us hl ess f a ns .  The  i n crem en t  of  m a xim u m   vol t a ge  i s   9. %,  5. 4 % a n 4. 23  % i n  t h e   62 W/ m ² , 82 W / m ²   an d 101 W / m², r e sp ectiv ely.  0 50 100 12 345 6 78 9 1 0 Temperature   (   ˚ C   )   No. Operating Temperature of  PV  Panel With And Without  Air Cooling Mechanism 413   W/m ²   W ithout   Air   Cooling 413   W/m ²   W ith   Air   Cooling 620   W/m ²   W ithout   Air   Cooling 620   W/m ²   W ith   Air   Cooling 821   W/m ²   W ithout   Air   Cooling 821   W/m ²   W ith   Air   Cooling 1016   W/m ²   W ithout   Air   Cooling 1016   W/m ²   W ith   Air   Cooling Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J ECE   I S SN 208 8-8 7 0 8     Ana l ysis Air C o o ling   Mechanism  fo r Ph o t o v o lta ic Pa n e b y  So la r S i m u l a to r   (Y.M. I r w an)  64 0       Fi gu re  4.  M a xi m u m  vol t a ge o f  P V   pan e l  wi t h  a n d  wi t h o u t   ai r co ol i n g m e chani s m       Wh en th so lar rad i ation  is i n creasi n g,  bo th   op en circ u it  v o ltag e  an d sho r t ci rcu it cu rren t   will b e  i n creased.  Whe n  the  sol a r radiation i n crease s  as  the  opera ting  te m p erature  also i n cr eased . Bu t, t h oper a ting  te m p erature  is anothe r m a in factor  to   determin e th p e rform a n ce of   P V  panel .  Whe n   t h e op erat i n g   te m p erature is  increased, the  rate of phot on ge nera tion increase s  and reverse sat u rati on c u rrent inc r eases  rapi dly. This condition ca use  the band ga p of sem i condu ctor will be re duce d  and lea d  to curre nt slightly  chan ges  an m a jor  cha n ge  i n  v o l t a ge.  T h us, t h DC   br ushl ess  fa ns  w e re  used  t o  c o ol  d o w n  t h o p erat i n g   t e m p erat ure i n   or der t o  e nha n ce per f o r m a nce of  PV  pa ne l.  Tr ig an agno stop ou lod  et al  [17] exam ined that PV  cool i n g ca n b e  i n crease d  t h e perf o r m a nce of P V  pa ne ls an d  in creasing  th e to tal efficien cy o f  th e who l syste m s.  Fi gu re  p r ese n t s  t h e  va ri et y  o f  m a xim u m  cur r en of PV p a n e with  and   with ou t an   air coo ling   m echani s m  i n   di ffe re nt  fi xe sol a r ra di at i o n.  The va ri at i on  of m a xim u m  cur r ent   of P V   p a nel  wi t h  ai r c ool i n g   m echani s m  and P V   panel   re fere nce  were t e st ed i n  t h e 4 1 3   W / m ² , 62 0   W / m ² , 821   W / m ²  and  1 0 1 6   W / m ² respectively. T h e ave r age m a xim u m  current  of PV pa n e with  air coo ling  m ech an ism i s  1 . 1 5   A wh ile th avera g e m a xim u m  current  o f  PV pa nel  refe r e nce i s  1. 12  A i n  t h e 41 W / m ² . B y  usi ng ai r cool i n g m e chani s m ,   t h e m a xim u m   cur r ent   of P V   panel  ca n be increase d   2.6 %. In t h e 620 W / m ²  and 821  W / m ² , the avera g e   m a xim u m  curr ent  t h at   ge ner a t e by  a  PV   panel  wi t h  ai r  co ol i n g m echani s m  i s  hi ghe r t h a n  t h PV  pa ne l   refe rence .           Fi gu re  5.  M a xi m u m  current   o f  P V   pan e l  wi t h  a n d  wi t h o u t   ai r co ol i n g m e chani s m   13 14 15 16 17 18 12 3456 789 1 0 Maximum   Voltage   (V) No. Maximum  Voltage With And  Without Air Cooling   Mechanism 413   W/m ²   W ithout   Air   Cooling 413   W/m ²   W ith   Air   Cooling 620   W/m ²   W ithout   Air   Cooling 620   W/m ²   W ith   Air   Cooling 821   W/m ²   W ithout   Air   Cooling 821   W/m ²   W ith   Air   Cooling 1016   W/m ²   W ithout   Air   Cooling 1016   W/m ²   W ith   Air   Cooling 0 1 2 3 12 34 56 789 1 0 Maximum   current   (A) No. Maximum Current With And  Without Air Cooling  Mechanism 413   W/m ²   W ithout   Air   Cooling 413   W/m ²   W ith   Air   Cooling 620   W/m ²   W ithout   Air   Cooling 620   W/m ²   W ith   Air   Cooling 821   W/m ²   W ithout   Air   Cooling 821   W/m ²   W ith   Air   Cooling Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -87 08  I J ECE Vo l. 5 ,  N o . 4 ,  Au gu st 2 015    63 –  64 6 41  The a v era g e m a xi m u m  curren t  of P V  pa nel   wi t h  ai r c ool i n g m echani s m   is 1. 61  A a nd  2 . 0 7  A  fo r 6 2 0   W / m ²   and 821 W/m²,  re spectively .   T h e perce n t a ge  i n crem ent  o f  m a xim u m  cu rre nt  i s   2. 48  %  an 1 0 . %,   respectively, c o m p ared to PV pa nel refe re nce. Beside s t h at, the ave r a g m a xim u m  cu rre nt of the PV pa nel  wi t h  ai r co ol i n g m echani s m  is 2. 49  whi l e  t h e avera g e m a xi m u m  current  of  PV  pa nel  refer e nce i s   2. 43   A   fo r t h 1 0 1 6   W / m ²  sol a ra di at i on.  As  ca be see n   from   th e figu re, th p e rcen tag e   in crem en t in  max i m u m   cur r ent   of P V   panel  i s  2 . 4 1   % by  usi n D C  br ushl ess  fa ns. It  ca n be  o b ser v e d  t h at  t h e i n crem ent  of  sol a r   rad i ation  as th e sh ort circu it cu rren t  of PV p a n e l in creas es. But, the increm ent  of t h e PV pa nel  ope rat i n g   te m p erature ,  the short circu it cu rren t is slig htly d ecreased . In  o r d e r to  enha nce the electrical  efficiency of PV  panel, t h e surface of PV pa nel m u st alwa ys keep at  a lowe r tem p erature .  It can be  pointe d  out that the   m a xim u m  curr ent  o f   PV  pa ne l  can  be i n crea sed  by   usi n g ai r c ool i n g m echani s m .   Fig u re  6  illu st rates th e v a riatio n   o f  m a x i mu m  p o w er  of  PV  p a n e l wit h  and   witho u t   air coo ling   m echani s m  i n  di ffe re nt  fi xed   sol a ra di at i on.  The  va ri at i o n   of  m a xim u m  powe r   of  P V   pa nel  wi t h  ai r  co ol i n g   m echani s m  and P V   panel   re fere nce  were t e st ed i n  t h e 4 1 3   W / m ² , 62 0   W / m ² , 821   W / m ²  and  1 0 1 6   W / m ² respectively. In  the 413 W / m ² the  av e r a g m a xim u m  pow er o f  P V  pa nel  wi t h  ai r c ool i n g m echani s m   is 19 .1 7   W w h i l e  t h e a v era g e m a xim u m  powe r  t h at  gene rat e by   PV  panel  r e fe r e nce i s  1 7 . 9 W.  In t h e com p ari s o n   bet w ee n b o t h   PV pa nel s , t h e  PV pa nel  wi t h  ai r co ol i ng  m echani s m  can be ge ne rat e d   m o re po wer  out put   com p ared to  PV  panel  refe rence .  It is clear that  th e increm en t o f  the  m a x i m u m  p o w er  o f  PV  pan e l is  app r oxi m a t e ly   6. 47 % w h e n  appl y  DC  br us hl ess fan s  at  the bac k si de o f  PV panel .   On  t h e ot her ha n d , t h e   av er ag e m a x i m u m  p o w er of PV p a n e w ith air  co o ling  m ech an ism  is 26 .8 W  and   32 .58   W  in th e 620  W /   and  821  W/m ² ,  respectively.  While the a v erage m a xim u m   p o w e r  of  PV  pan e l r e f e r e n ce  in  th e 620   W / m² an 8 2 1  W / m ² is  23 .8 1 W   and  27 .7 1 W   r e sp ectively.          Fi gu re  6.  The   vari at i o of m a xi m u m  powe r   of  PV  pa nel   wi t h  an wi t h out   ai r co ol i n g m e chani s m .       It can be seen t h at the  m a ximum  pow er  of PV pa nel can be  increased  by  using air cooling m echanis m .   Also,  i t  i s  ob vi o u s t h at  t h e pe rcent a ge  of i n crem ent  i n  t h e m a xim u m  powe r   of  P V   panel  i s   11 .3 2 % a n d 1 4 . 9 % f o r   th e 620   W / m ²  an d 821   W / m ² , r e sp ectiv ely.  Besid e s th at , t h e a v era g e m a xi m u m  power   of  PV  pa nel  w i t h  ai cool i n g m echa n i s m  i s  38. 16   W a n d  t h e a v e r age  m a xim u m  p o we of  PV   panel   refe re nc e i s  3 5 . 7 6   W i n  t h 1 016   W / m ² . I t   can  b e  ob ser v ed  th at  the average m a xim u powe r of PV pa n e l with  air co o ling  m ech an is m   is  hi g h er t h a n  t h e PV pa nel  re f e rence .  The i n crem ent  of t h e   m a xim u m  power  of P V  p a n e l  i s  6.2 9  % b y  usi n g   DC  br us hl ess f a ns.   Thi s   i s  du t h at  DC  br us hl ess fans   ca n red u ce  t h e o p e r at i n g   t e m p erat ure o f   P V  pa n e l .   It   can be co ncl u ded t h at  t h e per f o r m a nce of PV pa ne l decreases as the operating tem p erature increases There f ore,  t h e   cool i n g  m echani s m  i s  im port a nt  t o  co ol   do wn  t h e  o p erat i n g  t e m p erat ure  o f  P V   pa nel  i n   or der   to increas e the  electrical efficiency of  P V  pa nel .  C h o w  et  al . [1 8]  ha ve  de vel o ped m odel i ng  of ai r-c ool ed P V   panels . T h ey found that t h overall el ectrica l efficiency  of the PV /  T syst e m   in the year is around  10.2  %.    0 10 20 30 40 50 12345678 9 1 0 Maximum   Power   (W) No. Maximum Pow e r  W i th  And W i thout  Air   Cooling  Mechanism 413   W/m ²   W ithout   Air   Cooling 413   W/m ²   W ith   Air   Cooling 620   W/m ²   W ithout   Air   Cooling 620   W/m ²   W ith   Air   Cooling 821   W/m ²   W ithout   Air   Cooling 821   W/m ²   W ith   Air   Cooling 1016   W/m ²   W ithout   Air   Cooling 1016   W/m ²   W ith   Air   Cooling Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J ECE   I S SN 208 8-8 7 0 8     Ana l ysis Air C o o ling   Mechanism  fo r Ph o t o v o lta ic Pa n e b y  So la r S i m u l a to r   (Y.M. I r w an)  64 2   4.   CO NCL USI O N   The design a nd  fabrication of  the s o lar sim u lator wi th haloge n lam p s has been success f ully   d e term in ed  in   th is exp e rim e n t . Th e so lar  rad i atio n   o f  t h so lar sim u lato r syste m  is h i g h e rep e atab le  at an y   ti m e . Th is so la r si m u lato r syste m  can  b e  ab le to  test  th e p e rfo r m a n ce o f  PV p a n e l with in th e size o f  test  area.  Th e m a in  p u r p o s e o f  so lar si m u lato r is to  an alysis th e p e rfo r m a n ce o f  PV p a n e l with  and  witho u t  an  air  co o ling  m ech an ism  in  in d o o r  test.  Th so l a r rad i atio n and  ope rating tem p erature ar the m a in factors tha t   affect the electrical efficien cy  of PV  panel .   The i n crem ent  i n  ope rat i n g t e m p erat ure of P V  pa nel  due t o   hi g h e r   solar  ra diation leads t o  re duce the electric a l efficiency  a n d  t h de gra d at i on  of  PV  p a nel .   Whe n  t h e sol a r   radiation dec r e a sed, t h e m a xim u m powe r   output that ge ne rated by PV pa nels  also  decre a sed. T h is is becaus e   o f  less av ailab i lity o f  p h o t on o f  sem i co n d u c to r cells. Th e air coo lin g  m ech an ism  is d e sig n e d  an d  con s t r u c ted   to  k e ep  t h e p a nel with in  certain  te m p eratures . In the  com p arison  betwee p e rf orm a nce o f   PV  pa nel s  wi t h  an d   with ou t air coo lin g  m ech an i s m ,  a i r co o ling  setup  h a decreased  due to therm a effects and inc r ea ses the   po we out put .   B e si des, t h o p erat i n g t e m p erat ure   of  PV   p a nel  wi t h  ai r  c ool i n g m echan i s m  i s  l o wer  t h an t h PV  pa nel  re fe rence .  T h e e x peri m e nt al  resul t s  m e nt i oned  t h at  t h dec r em ent  of  o p er at i ng t e m p erat ure i s   aro u nd 2- ˚ C  increase the  powe r output  of t h e PV  pa nel  wi t h  ai r co ol i ng m echani s m  by  6 -  14  %. Th e   in crem en t o f  po wer  ou tpu t  wi ll h a v e  a sign ifican t con t ribu tio n to  t h e PV  syste m  ap p licati o n s .       ACKNOWLE DGE M ENTS  The authors thank the Cent re  of Excellence  for  Ren e wab l e En erg y  (CERE), Un iv ersity Mala ysia  Perlis (Un i MAP) i n  Kang ar,  Perlis fo r pro v i d i ng  all d a ta u s ed  in th is st u d y .       REFERE NC ES   [1]   Koumi N.S., Njomo D., a nd Moungnutou M.I., “Comparison of Predic tiv e Models for Pho t ovoltaic Module  P e rform ance un der Tropi cal C l i m a te”,  TELKO M NIKA Indones i an Journal  of Electrica l   Engin eering , Vol. 10,  No.2, June 2012, pp. 245-256.  [2]   M. Abdulkadir ,   A.S.  Samosir an d A.H.M. Ya tim, “Modeling  and  Simulation of  a Solar Photovoltaic S y stem,  Its  D y nam i cs  and  Trans i en t Chara c ter i s tics  in LA BVIEW Inter national Journa l of  Power Electronics and Drive  Sys t em ( I JPEDS ) , Vol. 3 ,  N0. 2,  June 2013, pp. 1 85-192.  [3]   W.Z.  Leow, Y.M. Irwan, M.  Ir wanto, N .  Gomesh and I .  Safw ati,  “PIC18F4550 Controlled So lar Pan e l Coo lin S y stem Using D C  H y br id”,  Jour nal of Scientific  Research  &  Rep o rts , 3(21): 2801 -2816, 2014 [4]   Hassane B.S.,  B e n M.D.  and He lm aoui A.,  “ T he oreti cal  Stud y o f  Multipl e  Solar  Cells S y s t em  a s  a Function of   Tem p eratur e” TELKOMNIKA Indonesian Journal  of Electrical Engineering , Vol. 12, No. 7, July   2014, pp. 4928- 4933.  [5]   Teo H.G.,  Lee P.S., Hawlader  M.N.A., “An activ e cooling  s y s t em for PV modules”,  Applied En ergy .2012; 90: 309- 315.  [6]   J.K. Tonui, Y. Tripanagnostopou los, “A ir-cooled PV/T  solar collectors  with  low cost performan ce improvements”,  Solar Energy , 20 07, pp . 498–511 [7]   Fu Qiang and Tong Nan, “A Str a teg y  Research  on MPPT Technique in P hotovoltaic Power Ge neration S y stem”,  TELKOMNIKA Indonesian Journ a of Electrical  Engineering , Vol. 11 , No . 12 , December 2013 , pp . 7627-7633 [8]   Yass, K., Curtis, H.B., 1974, “Low  Cost  Air Mass 2  Solar Simul a tor”,  NASA Technical Memorandum ,  NAS A TM   X-3059.  [9]   Bees on, E . J . G.,  T he CS I lam p   as  a s ource of r a diation for solar simulation”,  Lighting Research   &   Technology 10(3), 164-166  ( 1978).  [10]   Krusi P., Schmid R., “The CSI  1000W lamp as  a source for solar radiation simulation Solar En ergy , 30 (5) ,  455 - 462 (1983).  [11]   Kenne y  S.P,  an d Davidson J.H., “ D esign of a  Multiple- L am p Large-Sc al e Solar Sim u lator”,  ASME Journal  of  Solar Energy En gineering , 116(1 1 ), 200–205  (19 94).  [12]   Garg, H.P.,  and  Shukla, A.R.,  1985, “Develop ment of Si mple Low-Cost Solar Simulator for   Indoor Collecto r   Testing ,  New De lhi,  India ,   App l i e d En ergy 21, p p . 43–54 [13]   S upranto, S opia n , K ., D a ud , W . R.W ., O t hm an,  M . Y ., and Y a tim, B., “Design and Construction  of Low Cost Solar   Sim u lator”,   World Renewable  En ergy Congress V , (Perg a mon Press, Oxford, 1999 ), pp . 121–125   [14]   Nazari ,  A.B., 2007, “ P erform ance Eva l uat i on  of a D ouble-Pass Photovoltaic-Th e rm al Sola r Collec t or wit h   Compound Parabolic Concen trators  and Fins”, P h D Thesis, UKM.  [15]   E.J.G. B eeson, “The CSI Lamp as a S ource of  Radiation  for Solar  Simulation”,  Lighting Research  and Technology 10(1978), pp . 16 4-166.  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -87 08  I J ECE Vo l. 5 ,  N o . 4 ,  Au gu st 2 015    63 –  64 6 43  [16]   Infield D, M e i L ,  and E i ck er U,  T herm al P e rfor m ance es tim at io n of Ventil ated  P V  F acades ”,  So lar Energy  2004 76: 93-8.    [17]   J.K. Tonui, Y. Tripanagnostopou los, “P erformance Improvement of PV/T Sola Collectors with   Natural Air Flo w   Operation ,   Sola r  Energy , 2008 pp. 1-2 .   [18]   Chow T.T., “A r e view on  Photov olta ic/Thermal H y brid   Solar Technolog y Applied Energy  2010 ; 87: 365-79.  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.