Int ern at i onal  Journ al of Ele ctrical  an d  Co mput er  En gin eeri ng   (IJ E C E)   Vo l.   10 ,  No.   4 ,  A ugus t   2020 ,   pp.  3942 ~ 39 47   IS S N:  20 88 - 8708 ,  DOI: 10 .11 591/ ijece . v 10 i 4 . pp 3942 - 39 47           3942       Journ al h om e page :  http: // ij ece.i aesc or e.c om/i nd ex .ph p/IJ ECE   The imp act of hi gh temp eratu re  and  irrad iance s ource    on the ef ficien cy of p olycrystallin e ph otovo l taic pan el    in a cont ro ll ed envir onme nt       Ju li e C. O gbu le zi e 1 , A rmstr ong O . Nj ok 2 ,  Manoj  K.  P anjw an i 3 , Sures h K. P an jw an i 4   1 Depa rtment of  Ph y sics,   Facult y   of  Ph y si ca l   Sci e nce s,  Univ ersity   of  Calabar ,   Nig e ria   2 Depa rtment of  Ph y sics,   Facult y   of  Ph y si ca l   Sci e nce s,  Cross   R iver Unive rsit y   of T ec hnolog y ,   Nig e ria   3 Depa rtment of  Ene rg y   S y stems   E ngineeri ng,   Su kkur  IBA Univers ity ,   Pak ista n   3 Rene wabl e Energ y   School, Nort h  China E l ectric  Pow er  Univer sit y ,   Chin a   4 Depa rtment of  Proce ss   and Env ironmenta l   Enginee ring ,   Fa cul t y   of  Technol og y ,   Univer sit y   of   Ou lu  Finla nd ,   Finland          Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   N ov  1,   2019   Re vised Jan  23 , 2020   Accepte d  Fe b 24,  2020       Solar  c el ls  are  highly   sensit ive  to  te m per a ture,   which  aff e ct s  i ts  oper a ti ng   par amete rs .   The  stud y   has  it s  ai m   in  ac ce ss ing   the   impact   of  t empera ture    (in  ex ce ss   abov e  th e  m axi m um   oper a ti ng  cell  t empera ture)  and   irra d ia nc e   source   on  the   ef fic i ency   of  pol ycr y st alline   pho to volt aic  (PV )  solar  panels  in   an  environm ent  where   the   te m per at ur e  and   irr adi an ce   le v el   c an  be  ful l y   cont rolled.   For  t he  stud y   to  ac hi eve   i ts  ai m ,   a  solar  bo x  and  tu ngsten  li gh t   bulbs  were   used  to  cre ate  an  envi ronm ent   where   the   irr adian ce   le v el   and   the   t empera tu re   ca n   be   cont ro ll ed .   Th e  sol ar   panel  was  pl a ce d  inside    the   solar  box  fac ing  th e  li gh t  source   while  the   irra di ance   le vel   and   te m per at ur e  we re  m ea sure d   a nd  hel d   constant.   R esult s  sho w  a  ste a d y   dec re ase   in  vo ltage  with  inc r ea s ing  te m per a ture   while   th e  per for m anc e  ratio   and  eff i ci e nc y   of  the   photovo l ta i c  m odule   fol lowed  a  sim il a r  tre nd  as     tha t  of  vol ta g e  once   th e  te m per at ure   exc e eds  th e  m axi m um   oper at ing   ce l l  te m per at ur e.  Re sults  al so  show   the   ou tput   vo lt ag e  of  th e  p hotovol tai c     to  be  h ighe r   u nder   th e  tungst en  li gh t  th an  t he  sun,  bu t  th e  eff ic i en c y     ac hi eve d  b y   th e   photovol t aic  un der   th e  sun  fa r  exc e eds  that  obt ai ned   under     the   tungste n  li gh t.   Ke yw or d s :   Eff ic ie ncy   Irrad ia nce   Photo vo lt ai c   Tem per at ur e   Copyright   ©   202 0   Instit ut e  o f Ad vanc ed   Engi n ee r ing  and  S cienc e .    Al l   rights re serv ed .   Corres pond in g  Aut h or :   Ar m strong O.   Njok,   Dep a rtm ent o f Physi cs,  Facult y of Ph ysi cal  S ci ences,    Cros s  Ri ver U niv e rsity  o f  Te chnolo gy  (CRUTEC H) ,     Ca la bar   540252, Nige ria .   Em a il :  11 6420 0124@ nce pu.e du.cn       1.   INTROD U CTION     The  e ff ic ie ncy   of   so la r   ph oto volt ai cs  de pe nd s   on  th e  te m per at ur e  it   is  subj e ct ed  to ,  w hich  i s   fun dam ental l y  a  product  of  th e  a m bient  temperat ur e  as  we ll   as  the  le vel  of   s unli gh t  [ 1] .  So la r  phot ovoltai c  pan el s  ar e  desi gn e d  to  work   best  in  certai n  tem per at ur e  a nd  atm os pheric  conditi ons  known  as  sta nda rd  te st   conditi ons  (m odule  te m per at ur e  25 0 C,  ir ra diance  1000 W / m 2   and   AM  1.5 )  but  si nce  t h e  weathe r  is  hardly  const ant,  m ajorit y  of   pa nels  do   not  operate   unde r  ideal   co nd it io ns   wh ic h  they   are  desi gned  f or   [2 ] ,  s o  these  sta nd a rd  te st  c onditi ons  do  not  m at ch  wh at   is  ty pical ly   exp erie nced  un de r  out door  ope r at ion s  [3 ] .   Mo r eov e r,   unde r  sta nda rd  te st   conditi ons ,  the  e ff ic ie ncy   of  so la r  photovo lt ai c  pa nel dec reases b y  ab ou t 0.4 0% - 0.5 0%  for   each  de gr ee  ris e  in  tem per at ure  [4 ] .  It  is  of   enorm ou s  i m portance  that  en gi neer s  nee d  to u nde rstan d  ho w  so la r  photov oltai c  pa nels  res pond  to  dif fere nt  te m per at ur e  an d  atm os ph e ric  conditi ons  s o  that  the  ef fici ency  of   so la r  ph otovo lt ai c  pan el s  that  functi on   in  non - optim al   con diti on s  a nd   at m os ph eres  ca n  be  i m pr oved .   Du e  t o  the  rap i d  cha nges  in  our  en vir on m ent  as  a  resu lt   of  the   m assive  con s um ption   of   f ossi l  fu el ,  the  wor ld ’s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N:  20 88 - 8708       Th e i mpact  of  high tem per ature  an d  irr ad i ance s ource   on…    ( Julie  C.  O gbulezie )   3943   at te ntion   is   no w  directed   to w ard  gree n  e nergy  to  save  our   planet.  As  a  reli able  so ur ce  of   re ne wab le   energy ,   so la r  ene rg y ha s b een id e ntifie d  as o ne  of the m os t  r el ia ble s ources of  energy i n  the f utur e [5 ] . Recentl y, so la r   energy  has  at tr act ed  at te ntio n  around  the  glo be  a nd  is  curr ently   play ing   a   sign ific a nt  ro l e  in  pro vid in g  cl ean  and s us ta inable  en e rg y  [6 ] .   So la r   ene rg y  has  bee n  see n  as   a  viable   so l ution  to w ard s   ene r gy,  env i ronm ental ,  an d  global  chall enges.  T he   burn i ng   of   fo ssil   f uels  co ns ist ently   has   le d  to  hu m ans  suffe rin g  f r om   an  ener gy   crisi s   accom pan ie d  by   the  poll ution  of   our  e nvir onm ent.  Ju st  li ke   wind  e nergy,   so la r  e ne rg y  has  re cei ve d  intense   at te ntion   beca us e  ren e wa ble  energy  is  on  trem end ou s   f oc us   [7 ] .  O ne  of  the  te c hnologies  in  t he  r en ewab le   energy  sect or   t hat  ha ve  no w  beco m e  an  est ablishe d  te ch nolo gy  an d  ex pe rience d  ra pid   grow t h  ove r  th e  ye ars  is  the  photov oltai c  te chn ol og y  [ 8].  W it h  this  te chn ol ogy,  the  am ou nt  of   car bon  m on ox ide  em i tt ed  to    the  atm os ph e r e  that  com es  f ro m   the  bu r ni ng   of   f os s il   f ue l  that  distur bs  the  global  car bon  cy cl e  [9 ]   can  be   sign ific a ntly   r edu ce d.  H owe ver,  the   m ajo ri ty   of   t he  e nergy  that  hum ans  co nsum e  toda y  com es  fr om   fo ssil  fu el ,  wh ic h  ha s  the  sun  as  it s  or igi n,   bu t  f or   m illi on s  of  ye ars,   it   has  been  store d  un dern eat h  the  eart h.   Fo ssil   fu el s  are  pr e dicte d  to  be  ex ha us te d  within  50 - 100  ye ars  f ro m   no w  if  th e  cur re nt  tren d  in  wh ic h  e nergy  is  dem and ed  a nd  consum ed  co nt inu es  [10 ] .   Ike   [ 11 ]   re por te d  that  t her e   is  an   in direc t  pro portio nalit y  betwee n  th e  am bient  te m per at ur e  of    the  local it y  an d  t he  ou t pu t   po wer  pr oduce d  by  a  phot ovoltai c  syst e m   after  ca refull y  inv e sti gating  t he  e f fect  of   tem per at ur e  on  the  pe rfo rm a nce  of  so la r  phot ovoltai c  syst e m s  in  the  east ern   par t  of  Nige ria.  The  r esult  of     the  researc h  f urt her   r eveals  th at   p erio ds   of   hi gh   te m per at ures  do   not  fa vor  the  conve rsion  of   s olar  ene r gy  to  el ect rical   energy.   Om ubo - pe pp le   et   al .  [ 12]   con cl ud e d  tha t  low  te m per at ur e  e na bles  so l ar  pa nels  to  f unct ion  op ti m al l y  by  al lowing   an   inc r ease  in   outp ut  vo lt age ,  w hich   trig ger s   a n  in c rease  i n  the   ou t pu t   pow er  as  w el l  as  eff ic ie ncy.   The se  res ults  cam e   to  li ght  a fter  i nv e sti gations  on  the   ef fect  of  so la r  flu x  a nd  relat ive  hum idit y  on  the ef fici ent c onve rsion  of s olar  e nergy to el ect rici ty  in  Por t Harc ourt,  Nige ria.    Njok  &   O gbul ezi e  [13 ]   stu di ed  the   ef fect  of  te m per at ur e  on  poly cryst al li ne  s olar  pa nels  instal le d  cl os e  to  a  rive r  an d  ob s er ve d  that  a n  inc re ase  in  cu rr e nt  and   e ff ic ie ncy  is  ob se r v ed  a s  the  te m per at ur e  of   the  pa nel  is  in creased .  T heir  resu lt   al so  re ve al s  that  the  obser ve d  inc rea se  in  ef fici enc y  as  pa nel  te m per at ur e   increases  is  only   up   to  the  m axi m u m   op erati ng   cel l  temperat ur e.  Be yo nd   this  te m per at ur e,  the  e ff ic ie nc y   beg i ns   to  dr op.   Chaic han   &  K aze m   [1 4]  anal yz ed  the  infl ue nce  of  so la r  i ntensity   on   ph oto volt ai c  m od ul es  in  hu m i d  an d ho t  weathe r  c onditi on s  and c oncl ud e d  t hat w i nd eff ect   on m odules tem per at ure  was  in sig nif ic ant.   El - sh ae r  et   al .   [15]  stu died   how  te m per at ur e  af fected  t he  par am et ers  of  cryst al li ne   sil ic on   s olar   m od ules  and   f ound  that  the  current  pa ram et er  is  the  par a m et er  that  is  m os tl y  influ e nced.   To bn a gh i  and     Nad e ri [ 16]  exam ined  how  th e p erfor m ances  o f  so la r  cel ls are aff ect e d  by te m per at ure an d  so la r  ra diati on and  rev eal e d  that  t he  perform ance  of  s olar  cel l s  is  hi gh ly   do m inate d  by  s ol ar  ra diati on.   Gaur  a nd   Tiw ari   [ 17 ]   analy zed  the  pe rfor m ance  of   photov oltai c  m od ules  of   dif fer e nt  so la r  ce ll s  fo r  diff e re nt   cl i m at ic   con diti on s   and   ob s er ved   t hat  for  al l  the  photovo lt ai c  te chnolo gies  ut il iz ed  in  the  research ,  there  is  al ways  a  dr op   in   eff ic ie ncy  first,  b e fore inc reas in g wit h  ti m e fr om   m or ning t o  e ven i ng in Ja nu a ry a nd June .   Ra ni  et   al .  [18]  inv est igate d  how  t he  pe rfo r m ances  of   so la r  m od ules  are  aff ect ed  by  te m per at ur e  an d  irrad ia nce  a nd   showe d  that  t he  ou t pu t  pow er  of   a   s olar  pan el   i ncr ea se s  with   increa s ing   so la r   irra di ance.   Syafi qa h  et   al .  [19]  carried  out  a  ther m al   and   el ect rical   stud y  fo r  ph otovo lt ai c  m od ules  in corp or at in g  co olin g  syst e m s  and   rep ort ed  that  as  the  op e rati ng  tem per at ure  of   a  photovo lt ai c  pan el   increas es,  the  ou t pu t  powe r   decr ease s.   Ame li a  et   al .  [20]  in vestigat e d  how   te m per at ure  aff ect e d  th e  ou t pu t  pe rfor m ance  of  PV  m odules  and   pro ved   tha t  the  tem per at ur e  of   P V  m od ul es  play s  a  sign ific ant  r ole  in   power   product ion .   Le ow  et   al.   [21]  repor te d  that  to  achieve  bet te r  ou t put  perform ance  fr om   ph ot ovoltai cs,  the y  sho uld   be  operate d  in  an   atm os ph e re  with c onsidera ble  wind  velocit y.   Njok  et   al .  [22 ]   inv est igate d  how  s unrise  an d  sunset  ti m es  cause  m on thly   var ia ti ons  in  phot ovoltai c  eff ic ie ncies  a nd  re ported  tha t  ph ot ovoltai cs  would  be  m o re  eff ic ie nt  in  m on ths  with  l ow   a ver a ge  re la ti ve   hu m idit y  coup le d  with   lo w  pa nel  te m per at ure.   N j ok  et   al .   [ 23 ]   fou nd  th at   high  s olar   powe r  a nd  s olar   flu x  po sit ively   en ha nce  the  pe rfo rm ance  of   photovo lt ai cs.  V erayi ah  &  Iya durai  [ 24]   co nducte d  a  c omparis on  stud y  on  ty pes   of  P V  for  gr i d  co nn ect e d  phot ovoltai c  powe r  an d  disc ov e r ed  that  am bien t  or   c el l  tem per at ur e   and s olar  ir rad i ance in flue nce  the outp ut  perf or m ance.   Ma ns ur  &  Ba haru din   [25]  c onduct ed  a  perform ance  anal ysi s  on  a  sel f - consum ed  so la r  P V  syst em   for  a  fu ll y  D C  reside ntial   hous e   a nd  c oncl ud e d  that  t he   tem per at ur e   of   t he  photov oltai c  m od ule,   unuse d  energy  w he n  ba tt ery  to  it s  fu ll   capaci ty   coupled  with  batte ry  an d  co nvert er  ef fici encies  con t rib utes  to  l os ses   of   t he  syst em .   The  te m per at ure  in  w hich  a  so la r  phot ovoltai c  pan el   is  e xpo s ed  t o  play s  a  sig nificant  r ole  i n  d e t e r m i ni n g   i t s   e f f i c i e n c y .   T h e   d a y t i m e   a v e r a g e   t e m p e r a t u r e   o f   s t a t e s   i n   N i g e r i a   i s   hi g h e r   t h a n   t h e   tem p eratur e  of   the  sta nd a r d  te st  conditi on  as  sp eci fie d  by  the  m anu factur er .  The  am bient  te m per at ur e  of   s om e  st at es   i n   Ni ge ria  reache s  tem per at ur es   that  are  cl os e  to  the  m axi m um   op erati ng   cel l  tem per at ur e  of   photov oltai cs,   there by pro m pting  t he need  fo r  this  stu dy.    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  10 , No .  4 ,  A ugus t   2020   :   3942   -   3947   3944   The  no velty   and   ai m   of   this  r esearch  li e  with  the  care fu l  m on it or ing   a nd  inve sti gation  of   the  im pact  of   te m per at ure  (in  e xcess  above  the  m axim u m   op erati ng   cel l  te m p eratur e )  a nd   i rr a diance  s our ce  on     the  ef fici ency  of  poly cryst al li ne  photov oltai c  (PV)   pan el s.   For  t he  st ud y   to  ac hieve  it s  aim ,  a  so la r   box  a nd   tungsten  li ght  bu l bs   wer e  us e d  to  c reate  an   env i ronm ent  w her e  t he  te m per at ur e   an d  ir ra diance  le vel  ca n  be   var ie d.   T he  re aso n  for  this  researc h  is  be cause  the  ci ti zens  an d  go vernm ent  of   Nige ria  are  co ns i der i ng  powe rin g  their   ho m es  us in g  PV   te ch nolo gy  due  to  inc reasin g  oil  pri ce  and   e nvir onm ental   awar eness.   So ,  we   inten d  to  inv est igate   how  these  pa nels  will   per f orm   in  so m e  of   the  ho tt est   sta te s  of   Ni ger i a  li ke  Soko t o,   w hich   ha ve  rec orde d  an  am bient  te m per at ur e  of  47. 2 0 C.  S om e  of   these   pa nels  will   be  m ou nt ed  on   the  r oofto p  w hi le   so m e  will   be  po le   m ou nt ed.   For  a   pole - m ou nted  a nd  r oofto p  i ns ta ll at ion ,   the   li kely   pan el   tem per at ur e  ca n be  ob ta ine d b y  m ulti plyi ng  the am bient tem per at ur e b y  1.2 a nd  1.4, res pe ct ively  [ 26] .       2.   MA TE RIA L   AND ME TH ODS   2.1.     Materials   A  s olar  box  a nd  a  s olar   ph otovo lt ai c  m od ule  with   a  powe r  ca pacit y  of  130  watt s   m ade  fro m   po ly cryst al li ne  sil ic on   wer e  used i n  the  pro c ess. T his m od ul e p osse sses a   dim ension   of   1480 *670*3 5  m m  an d  is  capa ble  of de li ver in g  18.10 V  a nd  7.1 8A  at   m axi m u m   vo ltage  a nd  cu rr e nt ,  res pecti vely . A   c harge  c ontr oller  was  us e d  t o  e na ble  ste ady  an d  sm oo th  cha r ging  of  the  le ad - aci d  batte ry  (12V - 75A H) .  A  dig it al   m ultim et er   (M8 90 C+ )  syn chro nized  with   a  therm oco uple   (K - ty pe )  f or   m easur in g  te m per at ur e  in  Ce l sius  was  em plo ye d  to  accuratel y  m on it or   the  cu rr e nt,  volt age,  and   te m per at ure  v al ues  from   t he  m od ule.  Tu ng ste n  fila m en t  bu lbs   wer e   util iz ed  i n  the   process  a s  a  s ource  of  r adiat ion  an d  he at   to  sim ulate  the  s un.  A  digi ta l  so la r  powe r  m et er   (S M2 06),   wh i ch  is  capab le   of   m easur in g  so la r  powe r  in  the  Brit ish  ther m al   un it   (Btu)  and   W at t  per   sq ua r e   m et re (W /m 2 ),  w as als o uti li zed to m easur e t he  le vel  of ir ra diance t he  s ola r  m od ule  was s ubj ect ed  to .     2.2.     Metho ds   The  so la r   phot ovoltai c  m od ul e  was   placed  i ns ide   the   so la r  box  with   the   te m per at ur e  se nsor   instal le d  on  it s  s urface  wh il e  c onnecti ng   ca bles  li nk ed  t o  the   ou t put  le ads   a nd  the  c harge   co nt ro ll er.   T he  outpu t   of    the  cha rg e   co nt ro ll er  was  li nked   to  the   batt ery  f or   t he  sm oo t h  c hargin g  of   t he  batte ry.  The  batte ry  w as  then   connecte d  to  a n  inv e rter  thr ough  w hich  the  load  was  powe red.  Me asur em e nts  wer e  ta ke n  as  the  tem per at ur e   of   t he  pa nel  increase d.   F or   ever y  sig nifi cant  increa se  in  tem per at ur e,  the  volt age   and   c urre nt  fro m     the  photov oltai c  m od ule  we re   m easur ed.   T he   exp e rim ent  was  re peated  t en  ( 10)  tim es,  and   the  a ver a ge   was  ta ken .  Af te r  m easu rem ents  wer e  com plete d  in  the  so la r  bo x,   m easur em en ts  wer e  al so   ta ken   under   the  su n  a t   the  sam e  irradi ance  le vel  t ha t  was  set   insid e  the  s olar   bo x.   From   the  m easur em ents  ta ken,  th e  norm al iz ed   powe r  outp ut  eff ic ie ncy  was   determ ined  usi ng   in   ( 1),  the  perform ance  rati o  was  cal cu la te d  fr om   (2 )  wh il e    the  m axi m u m   and   m easur ed  powe r  wh ic h  the  phot ovoltai c  m od ule  can  deliver  was  de te rm ined  us in g  in   (3 )   and  ( 4)   res pecti vely   as  show n  by  [ 27] .  It  has   bee n  s how n  by   [13]  that  the  sh ort   ci rc uit  cu rr e nt  an d  the   open - ci rc uit v oltage  are  been infl ue nced by  pa ram et ers  li ke  te m per at ur e  and  so l ar  power as i ndic at ed  in  (5)  a nd  (6).   Norm al iz ed  power o utput ef fi ci ency:     p  =    × 100    (1)     Perfo rm ance r at io:     PR   =  ( / m ax ⁡ ) ( / 1 00 0 )       (2)     Ma xim u m  p o w er:     P m ax   = V m ax   x  I m a x     (3)     Me asur e d Po w er:     P m ea   = V m ea   x  I m ea       (4)     Shor t ci rc uit c urren t:       =  bE m ea     (5)    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N:  20 88 - 8708       Th e i mpact  of  high tem per ature  an d  irr ad i ance s ource   on…    ( Julie  C.  O gbulezie )   3945   Op e n  ci rcu it   volt age :     Voc =             (6 )      wh e re  E m ea   is  t he  m easur ed  incide nt  so la r  powe r  (ir rad ia nc e)  on  the  phot ovoltai c  m od ul e,  Q  is  the  el ect ronic  charge,  I o   is  th e  sat ur at io n  c urre nt,  T  is  t he  abs olu te   te m per at ur e   of  the  phot ovoltai c  m o du le ,   b  is  a   co ns ta nt   dep e ndin g  on  the  properti es  of  the  sem ic on duc to r  j unct io n,  K  is  t he  Bolt z m ann   c onsta nt.   P m ax ,  V m ax,   and   I m ax   are  the  m axi m um   po wer,  volt age,  an d  cu rr e nt,  res pecti vel y,  that  the  m od ule  can  gi ve  out.  P m ea ,  V m ea,   and   I m ea   are the  m easur ed powe r,   volt age,  a nd c urrent , r es pecti vely .       3.   RESU LT S  AND DI SCUS S I ONS   The  im pact  of  increasi ng  te m per at ur e  on  the  vo lt ag e  pro du ce d  by  th e  photov oltai c  m od ule  unde r   const ant  irra diance  is  show n  in  Figure  1.  T his  fig ur e  s ho ws  a  ste ady  de crease  in  volt age  as  the  te m p eratur e   increases ,  c onf irm ing   that   an   increase   in  te m per at ur e   does   no t   en ha nce  volt age  pro duct io n  from   photov oltai c   m od ules  but  r at her   decr e ase s  it ,  w hich  is   in  ag reem ent  with  work  by  Om ub o - pe pple   et   al .  [ 12] .  Fi gure  2  rev eal s  how  phot ovoltai c  m odules  re spo nd  to  inc reasi ng  tem per at ur e  i n  te rm s  of   cu r ren t  producti on.  F r o m     the  figure,  a n  increase  in  c urr ent  with  increa sing   te m per at ur e  is  ob ser ve d  up   to  the  m axi m u m   op erati ng  cel l  tem per at ur e  ( 47 0 C);  beyo nd  this  tem per at ure,  a  decr ease  i n  cu rr e nt  co up l ed  with  er rati c  beh a vior  is  obs erv e d,   wh ic h  is  fou nd in  a gr eem ent  with  wor k by  Njok a nd   O gb ulezi e [ 13 ] .    Figure  3  highli gh ts  the  perfor m ance  rati o  of   the  phot ovoltai c  m od ule  un de r  co ns ta nt  irra di ance  with   increasin g  te m per at ur e.  T he  f igure  rev eal s  t hat  high  tem per at ur e  ham per s  the  per f or m ance  of   phot ovol ta ic s.   Figure  4  s hows   how  the  ef fici ency  of   th e  ph otovo lt ai c  m od ule  is  adv e rsel y  aff ect ed  by  t e m per at ure.  It r eveals  t h a t   t e m pe r a t u r e   i n c r e a s e   d o e s   n o t   e n t i r e l y   e n h a n c e   e f f i c i e n c y .   T h i s   i n c r e a s e   i n   e f f i c i e n c y   a s   p a n e l   t e m p e r a t u r e   i n c r e a s e s   i s   on l y   u p   t o   t h e   m a xi m um   o p e r a t i n g   c e l l   t e m p e r a t u r e ;   b e y on d   t h i s   t e m pe r a t u r e ,   t h e   eff ic ie nc y   decr ease s  as   tem per at ure  inc reases.   The   re su lt s  s how n  in   Fig ur e   4  are   fou nd  in  a gree m ent  with  w orks  by   Om ub o - pe pple  et al . and a lso  with  Njok &  Ogbulez ie  [1 2,   13] .   Figure  5  re vea ls  how  the  phot ovoltai c  m od ul e  responds  to  diff e re nt  sourc es  of   li ght  with  the  sam e  le vel  of   irra dia nce.  T he  fig ure  rev eal s  a  higher  vo lt age  be en  pro duced  w it h  tun gst en  li gh t.   Fig ures  6  and   7  sh ow  t he  c urre nt  an d  e ff ic ie nc y  pro du ce d  by   the  ph otovo l ta ic   m od ule  und er  dif fer e nt  s ources  of  ir radi ance ,   resp ect ively .  T hey  rev eal   that   under   the  s un,   the  photov oltai c  m od ule  is  m or e  ef fecti ve  in   cur re nt  pro du ct ion  and,  th us ,  reac hes  a  higher  e f fici ency  than   with  the  t ungs t en  li ght.  This  m ay   be  becau s e  unde r  the  s un,  e ver y   par t  of the  so la r  cel l j unct ion i s en ti rely  and  e ven ly  il lum inated .             Figure  1. V oltage  perform ance of th e  ph otov oltai c  m od ule w it h  i nc reasin g  te m per at ur e     Figure  2. Cu rr e nt p e rfo rm ance of th e  ph otovol ta ic   m od ule w it h  i nc reasin g  te m per at ur e             Figure  3. Per f orm ance r at io  of the  photov oltai c  m od ule w it h  i nc reasin g  te m per at ur e     Figure  4. Ef fici ency o f  t he photo vo lt ai c m odule  with inc reasi ng te m per at ure   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  10 , No .  4 ,  A ugus t   2020   :   3942   -   3947   3946         Figure  5. V oltage  pro du ce d b y t he  ph otovo lt ai c  m od ule   unde r diffe ren t  sour ce s  of   i rr a diance     Figure  6. Cu rr e nt pr oduce d by the  photov oltai c  m od ule und e r diffe re nt sou rc es of ir rad ia nc e           Figure   7.   Ef fici ency o f  t he photo vo lt ai c m odule un der dif fe ren t s ources  of  irrad ia nce       4.   CONCL US I O NS   So la r  cel ls,  li ke  al l  se m ic o nducto r  m at er ia ls,  are  highly   sensiti ve  to  tem per at ur e.  On e  of   th e   par am et ers  that  is  pr ofo undl y  aff ect ed  by  tem per at ur e  is   the  op e n - ci rc uit  vo lt age ,  w hich  al so   in flu ences    the  powe r  an d  eff ic ie ncy  of  the  phot ovoltai c  m od ule.  As   the  tem per at ure   of   the  so la r  cel l  rises,  the  ban dg a p  of   the  sem ic on duct or  re duce s,  w hich  ca n  be   viewe d  as  th e  el ect ro ns   in  the  m a te rial   gaining   m or e  e nergy.  Also ,   a n  inc re ase  in  te m per a ture  e nhance s  la tt ic e  vib rati on,  w hich  obstr ucts  the   f ree  m ov e m ent  of   charge   carriers .  Since   so la r  cel ls  ar e  highly   sensiti ve  to  tem per at ur e  an d  par t   of   the  i ncide nt,  so la r  ra diati on   even t ually   beco m es  heat.  It  i s  essenti al   to  con ti nual ly   coo l   it   to  rem ov e/ t ran s fer   the  e xtra  or   unwa nted   heat.   Irresp ect ive   of  the  at m os ph ere   i n  w hich  a  ph otovo lt ai c  m od ule  is  bein g  in sta ll ed,   as  lo ng  as  the  ph otov oltai c  m od ule  receiv es  en ough  so l ar  ra diati on  a nd  it s  te m per at ur e   does   not  e xceed  the   m axi m u m   op erati ng  cel l   tem per at ur e ,  it   will   rem a in  ef fici ent  co up le d  with  a  high - pe rfor m ance  rati o.   If   a rtific ia l  l igh t  is  to  be  us ed  f or  powe r  ge ner at i on   from   a  ph ot ovoltai c  so la r   pan el ,  it   sho ul d  be  en sured  that  ever y  pa rt   of   the  phot ovoltai c   m od ule is w ho ll y and  e ven ly   il lu m inate d.       REFERE NCE S   [1]   Q.  M.  Aish,  “ Te m per at ure   Eff e ct   on  Photovolt ai c  Modul es  Pow er  Drop,”   Al - Khwariz mi  Engi nee ring  Journa l ,    vol.   11 ,   no .   2 ,   pp .   62 - 73 ,   2015 .   [2]   V.  J.  Freshar aki ,   M.  Dehgha n i  a nd  J.  J.  Freshar a ki,   “ The  Eff ec t   of  Te m per a ture  on  Photovolt a ic   Cel l  Eff i ci en c y , ”   Proce ed ings  on  the   1st   Inte rnat ional   Confe renc e  on  Eme rging  Tr ends  in  Ene r gy  Conservati on – ETEC  Tehran,  Tehran,  Iran,   pp .   1 - 6 ,   2011 .     [3]   A.  J.  Carr   and  T .   L.   Pr y or ,   “ A  compari son  of  the   per form anc e  of  diffe ren t  PV   m o dule   t y pes  in  t e m per at e  c li m at es , ”   Solar E nergy ,   vo l.   76 ,   no ,   1 - 3 ,   pp .   285 - 294 ,   2004 .   [4]   S.  Nata rajan,   T .   Mal li ck ,   M.  K at z  and  S.  W ei n gae rtn er,   “ Num eri cal  inve stig at i ons  of  solar  ce ll  te m per at ure   for   photovol taic  co nce ntr at or  s y ste m   and  without   passive  cooling  arr ange m ent s , ”  Inte rnational   Jo urnal  of  Therm al   Sci en ce s ,   vol. 50 ,   no .   12 ,   pp .   251 4 - 2521.   2011 .   [5]   M.  Fuent es,   G.  Nofuent es,   J .   A guil er a,   D .   L .   T al av era   and  M.   Castro,   “ Applicati on  and  v al id a ti on  of   al g ebr a i c  m et hods  to  pre dic t  the   b eha vio r  of  cr y s talli n e  sili con  PV   m odule s  in  Medi te rr ane an  cl ima te s, ”   Solar  Ene rgy ,    vol.   81 ,   no .   11 ,   p p.   1396 - 1408 ,   2 007.   [6]   M.  Z.   J a cobson  and  M.  A.  Del ucc hi ,   “ Providing  al l  glob al   energ y   with  wind ,   wate r  and  sol ar   power.   Part  I :   Te chno logi es,   e ner g y   r esourc es,   quant it i es  and  are as  of  infra struc ture ,   and  m at er ials,”   Ene rgy  Po licy ,   vol .   39,   no.   3 ,   pp. 1154 – 1169,   2 011.   [7]   F.  A.  Kam gba,   C.   O .   Ed et   and  A.  O.  Njok,   “ Ef fec ts  of  som e  m et eor o logi c al   p ar amete rs  on  wind   ene rg y   po te nt ial     in  Ca la bar ,   Nig e ria , ”  Asian  journ al  of   physic a l  an d  che mi cal sci en ce s ,   vo l. 4,  no.   1,   pp.   1 - 7,   2017.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N:  20 88 - 8708       Th e i mpact  of  high tem per ature  an d  irr ad i ance s ource   on…    ( Julie  C.  O gbulezie )   3947   [8]   W .   Xiao,  N.  Oz og  and  W .   G .   Dunford,  “ Topol og y   Stud y   of  P hotovol taic   Inte r fac e   for  Max imum   Pow er  Point   Tra ck ing,”  IE EE Tr ans.  Industrial  E le c tronic s ,   vo l.   54 ,   no .   3 ,   pp .   1 696 - 1704,   2007 .   [9]   IPCC ,   “ Inte rgov ern m ent al Panel  on  clim at e   Chan ge  (IPCC) ,”   Cl i mate  Chan ge ,   20 01.   [10]   W orld  Ene rg y   C ounci l ,   “ Execut i ve  sum m ar y , ”  S urve y  o f Ene rgy   Re sour ce s ,   20 20 .   [11]   C.   U.  Ike ,   “ The  eff ec t  of  te m p era tur e  on  the   per form anc e  of  a   photovol ta i c  solar  s y stem  in  E aste rn  Niger i a,”   Inte rnational   Jo urnal  of engi ne e ring a nd  Sc ie n ce ,   vol .   3 ,   pp .   10 - 1 4,   2013 .     [12]   V.  B.   Om ubo - pe pple ,   C .   Isre al - C ooke y   and  G.   I.   Alaminokum a,   “ Eff ects  of  T empera tur e,   Sol ar  Fl ux  and  Re la t ive  Hum idi t y   on  the  Eff icien t  Conv ersion  of  Solar   Ene rg y   to   Elec tr ic ity , ”   European   Journal  of  S cie nti fic  R ese arch ,    vol.   35 ,   no .   2 ,   pp .   173 - 180 ,   2009 .   [13]   A.  O.  Njok  and  J.  C.   Ogbulezie ,   “ The   Eff ec t  of  Re la ti v e  Hum idi t y   and  Te m per a ture  on  Pol y cr y sta ll i ne  Solar  Panels   Instal l ed  c lose to   a  R ive r , ”   Phy si c al  sci enc e   Int ernati onal Journal ,   vol.   20 ,   no .   4 ,   pp .   1 - 11 ,   2018 .   [14]   M.  T.  Chaicha n   and  H.  A .   Kaz em,  “ Expe rimen ta l  anal y sis  of   solar  in te nsit y   on   photovol t ai c   in   hot  and   hum id   wea the r   cond it io ns,”   Int ernati on al  Journal   of   Scienti f ic and Engi nee ring  Re searc h,   vol .   7 ,   no .   3 ,   p p.   91 - 96 ,   2016 .   [15]   A.  El - Sha er,  M.   T.   Ta dros  and  M.  A .   Khal ifa,  “ Eff ec t  of   li gh t  int ensity   and  tem per at ure   on   cr y sta ll in e  sil ic on     solar  m odule s  par amete rs , ”  Int e rnational   Journ al  of  Eme rging   Technol ogy  an d  Adv anc ed  En gine ering ,   vol .   4 ,    pp.   311 - 318 ,   20 14.   [16]   D.  V.  Tobna ghi   and  D.  Nade ri,   “ The   eff ec t  o f  solar  rad ia ti o n  and  te m per ature  on  solar  ce ll s  per form anc e,”   Ex t ensiv e   Journ al  of   Applied   Scienc es ,   vol .   3 ,   pp .   39 - 43,   2015.     [17]   A.  Gaur  and  G.  N.  Ti wari ,   “ Perf orm anc e  of  photovol ta i c  m odules   of  diffe ren t  solar  ce l ls,”   Journa l  of  Solar  Ene rgy ,  vol.   2013 ,   pp .   1 - 13,   2013 .   [18]   S.  P.  Rani ,   S.  M.  Giridha r  and  S .   R.   Prasad,   “ Eff ec t  of  t empera tu re  and  irra d ia n c e  on  solar  m odule   per form ance,”  IOSR  Journal   of El e ct rica l  and   E le c tronic s E ng in ee ring,   vol .   13 ,   no.   2 ,   pp .   36 - 40 ,   201 8.     [19]   Z.   S y afi q ah,  Y.  M.  Irwan,   N.   A.   M.  Am in,   M.  I rwant o,   W .   Z.   L eow,   and  A .   R.   Am el ia ,   “ Therm al   and   Elec t rical   Stud y   for  PV   P ane l  with  Cooli ng  Sy st em,”   Ind onesian  Journal  of  El ec tri cal   E ngine ering  and  Computer  Sci en ce ,  vol.   7 ,   no .   2 ,   pp .   492 - 499,   2017 .   [20]   A.  R.   Am el ia,  Y .   M.  Irwan ,   W .   Z.   L eow,   M.  I r wanto,   I .   Safwat i  and  M.  Zha f arina,   “ Inve stig at io n  of  the   Eff e ct   o f  Te m per at ur e  on   Photovolt aic  ( PV )  Panel   Output  Perform ance, ”  In te rnationa l  Journal  on  A dvanc ed  S ci en c e  Engi ne ering  Info rm ati on  Technology ,   vo l. 6,  n o.   5 ,   pp .   682 - 688 ,   2 016.   [21]   W .   Z.   Le ow,  Y.  M.  Irwan,   M.  As ri,   M.  Irwant o,   A.  R.   Am el ia ,   Z .   S y af iqa h  and  I .   Safwat i,   “ Inve st iga ti on  of  solar   pane l  per form an ce   base d  on  diffe ren t  wind  vel o c ity   using  AN SYS,”   Indone sian  Journal  of  El ec tri cal   Engi ne erin g   and  Compu te r S ci en ce   ( IJE ECS) ,   vol .   1 ,   no .   3 ,   pp .   456 - 463 ,   2016 .   [22]   A.  O.  Njok ,   J.   C.   Ogbul ez i e,  M.  K.  Pan jwa ni  and  R .   M.   La rik ,   “ Inve stig at ion  of   Month l y   Vari at ions  i n    the   Eff icien ci es  of  Photovolt ai cs   due  to  Sunrise   and  Suns et   Ti m es, ”  In donesian  Journal  of   Elec t rical   Engi ne erin g  and  Computer  S ci en ce   ( IJE ECS) ,   vol .   18 ,   no .   1 ,   p p.   310 - 317 ,   202 0.   [23]   A.  O.  Njok,   F.  A.  Kam gba,   M.   K.  Panjwan i  an d  F.  H.  Mang i,   “ The   infl u ence  of  solar  power   and  solar  flux  o n     the   eff i cienc y   of  pol y cr y s ta l line  photovol t ai c s  insta ll ed  cl os e  to  a  riv er,”  Indone sian  Jou rnal  of  El e ct ric al   Engi ne ering  and   Computer  Sc ie n ce   ( IJEECS) ,   vol .   17 ,   no .   2 ,   pp .   9 88 - 996,   2020 .   [24]   R.   Vera y i ah   and   A.  I y a dura i ,   “ A  Com par ison  Stud y   on   T y p es  of  PV   for  Grid   Connecte d  Pho tovol taic   Pow er,”   Indone sian J our nal  of   El ectric al   Engi ne ering  and   Computer  Sc ie n ce   ( IJEECS) ,   vol .   6 ,   no .   2 ,   pp .   34 9 - 356,   2017 .   [25]   T.   M.   N.  T.  Ma nsur,  N.  H.   Bah aru din  and  R .   A li ,   “ Perform anc e   Anal y s is  of  Se l f - Consum ed  Solar  PV   S y st em  for     a   Full y   DC  Res ide ntial  Hous e,”   Indone sian  Jou rnal  of  El ectric al  Engi ne ering  and  Computer  Sci en ce   ( IJE ECS) ,  vol.   8 ,   no .   1 ,   pp .   391 - 398,   2017 .   [26]   M.  Boxwell ,   “ Solar  Elec tri c ity   Handbook:  A  sim ple ,   pra c ti c al   guide   to  solar  e ner g y   –   d esigning  and  insta l li n g  photovol taic   sol ar  e lectr i c  s y s tem s (6 th   ed. ) , ”  Unite d   Kin gdom: G ree nstream P ubl ishing ,   pp .   409 ,   2012.   [27]   A.  B.   Muhammad,   M.  A.  H afi z ,   K.  Shahid,   A.  Muza ffa r  and  M.  S.  Ay s ha,   “ Com par ison  of  per form an ce  m ea surem ent s  of  photovol taic  m odule s  during  winte r  m onths  in  Ta xila,   Pak ista n, ”   Inte rnat i onal  Journal  of  Phot oen ergy ,   vo l.   2014 ,   pp .   1 - 8 ,   2014.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.