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.   15 ,  No.   1 ,  Febr uary   20 25 , pp.  1 ~ 14   IS S N:  20 88 - 8708 , DO I: 10 .11 591/ij ece.v 15 i 1 . pp 1 - 14           1       Journ al h om e page :  http: // ij ece.i aesc or e.c om   Energy  analysis  of activ e photo vo l taic co oli ng syst em  us i ng  water fl ow       An t . Ard ath  Kristi 1,2 , Erwi n S us ant o 1 , A gu s  Risdiy ant o 2 , Ag us  Juna edi 2 , R u di D ar ussa l am 2 ,    Noviadi  A ri e f Ra c hman 2 , A hma d  Fu dh oli 2,3   1 Dep artm en t of   El ectrica l  E n g in eerin g ,  Sch o o l   o f  Elect r ical E n g in eering ,  Telko m  Univ ersity ,  Ban d u n g ,  Ind o n e sia   2 Res earc h  Cen ter  f o r  Energy  Co n v ersio n  and  Co n serv ati o n ,  Natio n al Resea rch and  I n n o v atio n  Agen cy ,  Jak arta ,  I n d o n esia   3 So lar  Energy  Res earc h  I n stitu te,  Nat io n al   Un iv ersity  of M alay sia ,  Ban g i ,  Malays ia       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   M a r 4, 2 024   Re vised  A ug 14, 2 024   Accepte d  Aug 21,  2024       An  active  wat er - cool ing   sys te m   i s  one  of   sev era l   te chno logi es   that  has   be en   prove n  to  b e  ab le   to  r educe  he at   losses  and  in cre ase   elec t rical   ene rgy  in   photovol taic  (P V)  modul e.  T his  rese ar ch  discusses  a  c ompa ra ti ve   expe ri me nt al  st udy  of   thr ee  p ump  ac t ivatio n   cont rols   in   coo l ing  of   PV   modul e  wi th  th e  aim  of  ev al u a ti ng  spec ifi c al ly   the   PV   output   power,   ne t   ene rgy  ga in,   wa te r  flow  ra te,  an d  modul e  te mp e rat ure   r eduction.  The   thr ee   pump  a ct iv at ion   cont rols  b ei ng  c ompa red   ar e  con ti nuously  a ctive  during  th e   te st,   a ct iv e   base d  on  se tpoi nt   t em per at ure ,   and   a ct iv e  by   con t roll ing   the   pump  vol ta ge   u sing  pulse   widt h  modulati on   ( PWM)  cont rol   i n  adj ust ing   wate r  f low  ra te   s moot hly. T h e  r esult s show   that  co ntrol li ng   th e  pu mp  voltage   using  PWM  in   the   PV   cool in g   proc ess  produc e s  en erg y  of   4 37. 95  Wh,  slight ly   lower   th an  the  oth ers   an d  th e   av era ge   m odule  cooling   t e mpe ra ture  is  35. 24   ° C ,   h igher  of  1 - 3   ° C  tha n   the  oth ers.  Nev ert he le ss ,   PWM   cont ro l  o f   cool ing  pu mp  h as  resulted  th e  per ce n ta g e  of  n et   ene rgy  g ai n   of  9. 94% ,   gre ater  tha n   oth er  cont rols,   and   with   an   av era g e  f low  ra te  of   2 . 17  L/ m in,  more   e fficie nt   t han  the  othe rs .   Thus,   thi s  cont r ol  is  quite  eff ect ive   as  it   ca n   produc e  h ighe r   n et   PV   en erg y  y ield  and   lower   wat er  consump ti on .   Ke yw or d s :   Eff ic ie nc y   M od ule tem perat ur e   Pu m p  act iv at io n   Pu lse   widt h  m odulati on  c on tr ol   Water - c ooli ng  sy ste m   Th is i s  an  op e n access  art ic le  u nder  the  CC   BY - SA   li cens e.     Corres pond in g  Aut h or :   An t.  Arda th  Kri sti   Dep a rtme nt of  Ele ct rical  En gi neer i ng,  Sc hool   of Elec tric al  Engineeri ng, T el ko m  Unive rs it y   40257 B an dung, I ndonesi a    Emai l:  ard at hme ca@ gm ai l.c om       1.   INTROD U CTION   The   te mp e ratu r e  of   ph otovo lt a ic   (PV)   m odul es  ca n  ge ner al l y  i ncr ease  d ras ti cal ly,  infl uenced by  high   ambient  te m pe ratur e   due  to  s olar  r adiat io n,   env i ronme ntal  conditi ons  an d  geog raphical   locat ion  [ 1],  [ 2] .  The   high  te m per at ur e   can   af fect   the  c ha racter ist ic s  of   t he  PV   mod ule  w hich   il lustrate d  in   the   f orm   of  a   current/p ower - vo lt age   ( I/P - V )  c urves  [3],  [ 4] .  U nder   co nst ant  so la r   ir radi ance,  th e  ou t put  volt age   dec r eases  with  the  i ncr e asi ng   t rend  of  the  m odule  t empe rature,  w hil e  the  out pu t   curre nt  te nds   to  be   co ns ta nt .  The   stud ie s  ha ve  re ported  t hat  ty pi cal ly  for  eve r y  1   ° C   inc reas ing   te m per at ure  of   PV  cel l  above  25   ° C ,  volt age   decr ease s  ar ound   2.2  m V/°C  [5] ,  the  outp ut  current  of   t he  PV   pan el   sli gh tl y  increases  [6],   [ 7]   eve n  te nt   to  be   const ant  [8]   a nd  power  decre ases  a rou nd  0.4 %   to   0.5 %  f or  cr ys ta ll ine  s il ic on   cel l  a nd   0.3 5 %   to   0 .38%  f or  amo rph ou s  cell s  [ 9] – [ 13] .    Seve ral  met hods   ha ve   bee n  c arr ie d  ou t   to   i mpro ve   P V  m odule  e ff ic ie nc y  due  t o  t herm al   eff ect s   by   util iz at ion   of   var i ou s  c ooli ng  te ch niques  in  P V  water - ba sed  co olin g  s yst em.  The  methods  dev el ope d  f rom  simple  t o  c om p le x  te ch nique s  incl ud i ng  pa ssive,   act ive,   a nd  hybri d  co ol ing  with   dif fere nt  fluid  mate rial s.  Passive  c oo li ng  is  a  co olin g  te chn iq ue  t hat  do e s  not  re qu i r e  powe r  co nsu mp ti on  to  oper at e  the  sy ste m .   This  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C omp E ng,  V ol.  15 , No .  1 ,  Febr uary   20 25 :   1 - 14   2   te chn iq ue  usua ll y  us es  a dd it ion al   c ompone nts  to  co ntr ol  natu ral  co nv ec ti on   co olin g  s uch   as  ai r  ve nt il at ion   [14] ,  li qu i d  im mersio n  a nd  floati ng  [15 ],  [ 16] ,  heat   pi pe  [ 17] ,   heat  si nks   an d  ph as e  c ha ng e   mate rial   ( PCM)  pan el   [18 ] .  Me anwhil e  act iv e  co oling   re quires  exter nal  powe r  to   m ov e  a  co olant  s uch  as  ai r  [ 19]   or   water   [20] .  Alth ough  requiri ng  e xt ern al   powe r,  the  act ive   co ol ing   sti ll   is  fe asi ble,  e ff ect iv e,  a nd  s uitable   f or  integrati on w it h  photov oltai c   powe r  pla nts,  bo t h  s mall   an d  la rg e   scal e.  Se ver al   a uthor s have  sta te d  that wate r - base d  c ooli ng  t echnolo gies   ar e  quit e  ma t ur e ,   an d  the   best   s olu ti on  by  pro vid in g  unif orm   co olin g  te m pe ratur e   and  mainta ini ng  surface   cl eanli ness.  Ot he r  stu dies  repo rted  t hat  9%   of   t he  net  gai n  in   el ect rical   yield   achieve d  by  th is  method  [ 21]   and   the  c ooli ng   process  c on su mes  le ss  tha n  10%  of   the  maxim um   P V  powe r   performa nce   [ 22] .   T he  rate  of  co olin g  is   al so   determi ne d  by  the   water  flo w  rate  in f luence d  by  set po i nt  te mp erat ur e  [23],  [ 24] ,  set ti ng  the  durati on  of   ti me  (on/o ff)  in  c oo li ng  process  act ivati on  [ 25] .  Water  co oli n g  sy ste ms   on  PV  mod ule  ca n  offer   more  ec on om ic al   s olu ti on  with  s ys te m  op ti miza ti on  a nd  intel li gen t  process   con t ro l.   T he   a dv a ntage s  of  c oo li ng   P V   m odules   us in g  a  water - base d  phot ovoltai c   s yst em  du e   to   t he   co olin g  process  is  fast er,  im pro ves  e ff ic ie nc y,   cl ea ns   dirt,  e xten ds  li feti me,  an d  the  remai ning   heat  obta ine d  can  be  us e d  f or  house ho l d  or  co m mercial   pu rpo ses  [ 12] .   I nc r easi ng  ph otov oltai c   powe r  ou t pu t  t hro ugh  act ive   coo li ng   that  fa r  e xcee ds   c ooli ng  s ys te m   po w er  c onsumpti on  is   an   esse ntial   facto r  t hat  mu st  be   co ns i de red  in   resu lt in g  great er  net  e ne rgy   ga in.  I n  a ddit ion,  water   avail ab il it y  an d  it s  sources   a re  al s o  the  c halle nges   f or  th e   act ive  wate r - c oo li ng   meth od   [ 26] ,   exce pt  for  floati ng  phot ovolta ic   w her e   unli mit ed   am ount  of  w at er  is   avail able  underneath.   This  pa per  pre sents  a   c ompar ison  of   ex per i mental   resu lt s   from   th ree  wat er  pum p  act iva ti on   s et ti ng s   in  the   m odule   coo li ng   pr oces s  of   the   P V  c ooli ng  s ys te m.   The   three   c on t r ols  of  pump  ac ti vation  i nc lu de   act ive  con ti nu ously,  act ive  base d  on  set point  of   de sire  te mp e ratur e ,  an d  act ive   by   pulse   wi dth   m odulati on  ( PWM )   con t ro l  i n  a djust ing   water  flo w.   T he  pur pos e  of  the  e xperi ment  is  t o  de te rmin e   w hich   c on t ro l  s ys te m   is  more   eff ect ive  in  re du ci ng   mod ule  te mp erat ur e  by   minimi zi ng   the  pump   e ne rgy  co nsum pt ion   a nd   mi ni mizi ng   amo un t  of   wat er.  T her e f or e,   the  ke y  to  t his   exp e rime nt  is  that  increasi ng  the  PV   outp ut  powe r  is  ba la nced   with  ob ta ini ng  opti mal  net  e nerg y  gai n  a nd  sa ving  am ou nt  of  water.   T his  pa pe r  is  or gan iz e d  int o  s ever al   sect ion s,   wh e r e  in   the   nex t   sect ion ,   namel y  sect ion  2,  di scusses   the   m at erial s  an d  m et hods  us e d  f or  the   exp e rime ntal  inv e sti gation.  S ect ion   3  prese nts  the  e xperi mental   res ults  and  anal ytica l  discuss i on  re ga rd i ng  the  com pa rati ve   us e  of  each  pump   c ontrol  r el at ed  to  mod ul e  te mp eratu re,   increase d  ef fici ency ,  cl ea n  e nerg y  gain, an d wate r  f lo w rat e, a nd  con cl ud i ng r e mar ks  a re  discuss e d  in  secti on  4.       2.   MA TE RIA L S  AND MET H OD    2.1.    Ov er view o f  e xper im ent  se t up   The   sc hemati c  dia gr a m   of   ac ti ve  wat er   co ol ing  of  P V   syst em  i n  sin gle  m odule   sp eci fical ly  is   gi ven   in  Fig ure  1.  T he   100  W p  of  polyc ry sta ll ine  PV   mod ule  wit h  ef fecti vely   0. 72  m 2   of  surfa ce  area.   The   m odule   was   instal le d  with  t he   ti lt   an gle  of  15 °   t o  th e  ho rizo ntal  an d  facin g  no rth   with  a n  azi m uth   a ngle   of  5 ° .   A  12  V   DC  ce ntrif ug al   pum p  was  use d  to   ci rc ulate   water   by  cl ose d  lo op  from  t he  ta nk  t hro ugh  3/4 - inc h  P V C  pip e   li ne  thr ough  th e  water  flo w  s ens or   (F S 300A)  t hen   t o  the   inlet   channel  i ns ta ll ed  at   the  top   of   t he  m od ule.  A  3/4 - inc h  PV C   pip e   as   inlet   c hannel  w hich   has  60  hole s  w it h  a  diamet er   of  3  m m  t o  dr ai n  c old  wate r  even l y  from  t he  t op  to   the  bo tt om   of  the  f ront  si de  t he  m odule   surf ace.  W arm   wat er  f r om   t he  re mainin g  c ooli ng  was  colle ct ed  i n  t he   outl et   c hann el ,  the n  it   co ol ed  a gain   by  a   heat  e xchan ger  an d  sto red  in   the  ta nk   as   we ll .  The   water circ ulati on works  conti nuously  as lo ng as  the  pum p  i s acti ve.   Fo r  meas ur e m ent  an d  anal ysi s,  the  PV   water - base d  c oo li ng  s ys te m   was  eq uippe d  with  s om e   measu rin g  i ns tru ments.   T he  t hr ee   te mp e ratu re  se nsors   ( DS18 B 20)  we re used  t o  me asu re   mod ule  te m pe ratur e .   It   i s   at ta che d  on  t hr ee   points   of  the   bac k  sid e  with   a  pro por ti on al   distance  that  can   re pres ent  the   e ntire  s urface   of   t he  m odule.   Othe r  D S18B 20   al s o  in sta ll ed  in  t he  wate r  ta nk  to  meas ur e  t he  te m perat ur e  of   t he  c ooli ng  water.   A  3  Ohm  resist or  a s  a   loa d  was   c on nected   to   the   posit ive  a nd   ne gative   P V  outp ut  te r minals,   t hen  t he   vo lt age  a nd  cu rr e nt  of  PV   ou tpu t  inclu ding  pump   powe r  w ere  meas ur e d  by   se nsor s  inte gr at e d  in  PZ E M - 017  as  energ y  met er.  A  pyr an ome te r  (S E M228 )   was  us ed   to  measu re  s olar  irrad ia ti on  dur ing   th e  ex per i ments.   The  s ys te m  a ls o  co mp le te d  by  D TT2 2  t hat  us e d  to  r ead  a mb ie nt  te m perat ur e  a nd   hum idit y.   Fi nally,  a  dat a   logger   was   use d  to   rec ord  a nd  sto re  mea s ur e ments  f or   var i ou s   co ndit ion s   at   s pecific   inter vals.  Detai ls  of   com pone nt  spe ci ficat ion s  a nd  meas uri ng  i ns tr um e nts  inc lud in g  measu r ement  e rror s   ( %)  of   t he  P V  coo li ng   exp e rime nts are  g ive n  i n  Ta bl e 1 .     2.2.    Pump  ac tiv at i on  se tt in gs   In   water - base d PV  co olin g  syst em, pump is the h ea rt of the c oo li ng s ys te m  that increase t he  w orkin g  pr ess ure  of  t he   wate r   co olant   in  t he  ci rcu la ti n g  s ys te m   a nd  pre ven t   the   operati ng   te m pe ratur e   of  PV  modu le   from   ove rh eat i ng.  M ea nwhile ,  in   m oder n  co oling  s ys te m,   t he  pum p  c ontr ol  plays   the   m os t  im portant   r ole  as   well .  It  re gula te s  the  pum p’s  el ect ric  mo t or,  w hich   has   a  direct  im pa ct   on   operati on  pe rfor manc e  an d  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C omp E ng     IS S N:   20 88 - 8708       Ener gy analysi s o f  activ e  ph oto voltaic   co olin g  syste m usin g w ater fl ow (An t. Ardath  Kri sti )   3   consu mp ti on.   I n  this  ex per im ent,  the   th ree  c oo li ng  c ontr ols  were  c ompare d  in   wate r - bas e  PV  co olin g  s ys te m   base d on pum p mot or act ivati on as  giv e n  i n Fi gure  2.            Figure  1. Sc he mati c d ia gram  of PV co olin g exp e rime nt set up       Table  1.   Sp eci f ic at i on   of t he  e xp e rime ntal set up   Item s   Descripti o n   PV  mo dule* :     PV cell  typ e   Po ly crys tallin e   Mod u le ef fect iv e a rea   0 .72  m 2   Nu m b er  o f  cells pe r  p an el   36   Maximu m  po wer,  P ma x   1 0 0  W   Op en  cir cu it vo lta g e,  V oc   2 1  V   Sh o rt  circuit cur re n t,  I sc   6 .4 A   Vo ltag e at  m ax im u m  po wer ,  V mp   1 7 .5 V   Cu rr en t at  m ax im u m  po wer ,  I mp   5 .71  A   NOCT   45 2   °C   PV ang le ( tilt;  azi m u th )   1 5 °;  5 °  No rth   PV  co o ling  sy ste m:     Co o lan t   W ater   Pip e   PVC, ¾ inch   Inlet   PVC, ¾ inch   Ou tlet   PVC  g u tter,  1 in ch   W ater  tan k   9 0 0 ×6 0 0 ×6 0 0  m m   Cen trif u g al  p u m p   Bru sh less  DC m o t o r,  12  V,  18  W,  13 .3 L/ m in   M ea suring  instru ments:     W ater  flow  meter   FS3 0 0 A,  1 - 4 5  L /m in ,  ( :  2 - 5 %)   Tem p e rature  Sen so r   PV and  wate r:   DS 1 8 B2 0 ,  ( :  0 .5 ° C)     Air:  D HT22 ,  ( :  5 %)   Sen so r  m o d u le   PZE M - 017   Vo lt m ete r   V: 0.0 5 – 3 0 0  V,  ( :  1 %)   Am p ere  meter   A: 0.0 2 – 1 0  A,  ( :  1 %)   Po wer mete r   P: 0.1 – 3  kW ,  ( :  1 %)   Energy  m ete r   E:  0 – 9 9 9 9  kWh, ( :  1 %)   Py rano m eter   SEM 2 2 8 ,  0 - 1 8 0 0  W/m 2 , ( :  3 % )   * Refers to  m an u fa ctu ring   d atash eet,  stan d ard test con d itio n s (ST C) : 10 0 0  W/m 2 ; 25   ° C; A M  1 .5       First  a rr a ngem ent  was   c oo li ng  base d  on   pump  t hat  c onti nuously   act ive  durin g  the   te st  with   a  const ant  nominal  po wer   pro vid in g  fu ll   s pe ed  as  giv e n  i n  Figure  2( a ).   T hu s ,  the   P V  m odule  was  s up plied  by  water  c oola nt  at   fixe d  flo w  r at e  con ti nuous ly  with   f ull  ca pacit y.   H ow e ve r,   t his  c on tr ol   is  only   to  det ermine   the  ef fect  of  c on ti nu ously  of  const ant  fl ow  rate  on  the  m aximum  decr e ase  in  m odule  te mp erat ur e  ac hieve d  un ti l  ste ad y  st at e  conditi on s ,   then  t he  pum p  en er gy   c ons umpti on  was  e valuated .  Sec ond  a rran geme nt   was   pump   act ivati on  that  li mit ed  base d  on  th e  te mp e rature  set po i nt  as  gi ve n  in  Fig ur e   2(b ) .  I n  this  c on t r ol,  the    P ( + ) ( - ) 1 1 V A V A I n l e t O u t l e t H e a t E x c h a n g e r L o a d   /   R P V   M o d u l e T e m p . S e n s o r   1 T e m p . S e n s o r   2 T e m p . S e n s o r   3 V o l t m e t e r A m p e r e m e t e r P u m p C o n t r o l l e r V o l t m e t e r A m p e r e m e t e r B a t t e r y W a t e r   T a n k F l o w m e t e r + - P y r a n o m e t e r D a t a L o g g e r Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C omp E ng,  V ol.  15 , No .  1 ,  Febr uary   20 25 :   1 - 14   4   uppe r  li mit   te mp e ratur e   set point  of  35   ° C  was  c hose n  t o  act ivate   the   pu mp  (t urn - on),  and  30   ° C   of  the  l ow e r   li mit   was  ch ose n  to  deacti vat e  the  pum p  (turn - off ).   T he  pr i nciple  is  th at   wh e n  the   pum p  is  act ive  (on),  it   consu mes  f ull  powe r  f or   ci rc ulati ng   water  t hro ugh  P V  m odule  at   f ull  wa te r  flo w  rate.  Con tra r y,   wh e n  pum p  is  not  act iv e  (off),   ther e  is   no   pump  powe r  a nd  no  water   ci r culat ion .   T hus,   this   co ntr ol  on ly  has   tw o  sp e eds   i n  coo li ng   the   m odule,  n amel y f ull  fl ow  rate   an d  no f lo w  rate at   al l.  T his  c ontrol  ca us es   the  w at er f lo w   rate   to   be   intermit te nt  with  the   ai m   of   consi der i ng  e n ergy   savi ng  a nd  minimi ze  t he   am ount  of  w at er  to   ma ke   c oo li ng  more  e ff ic ie nt.   I n  fact,   pum p  co ntr ol   by   the   on/ off  c ycle   ha s  been  widel y  ap plied   in   e nginee rin g  fiel ds  that  require  te m perat ur e  re gula ti on.  T he  la st  arra ng e ment  was  pump   t hat  co ntinuousl y  act iv e   durin g  the  te st,  bu t   with  pum p  volt age  re gu la ti on   by   us i ng   PWM  c on tr oller  a s  giv e n  in  Fig ur e  2( c ).   It  wa s  done  t o  re du ce  the   pump  po wer   s moothly   w hich   has  t he  e ff ect   of  dec reasin g  sp ee d  a nd  ma nag e   wate r  fl ow  rate  a s  well .  This   con t ro l  has  vari ou s  s pee ds   w i th  ve ry  subtl e  changes .  T he  pe rcen ta ge  of   duty  c ycle  ( D )   in  the  high  fr e quenc y  PWM  sig nal  is   pro portion al   t o  re gula te d  the   aver a ge  pump  vo lt age .  It  ob t ai ned   base d  on   the  fee db ac k  s ign al   from   the   m odul e  te mp e ratu re   rea ding   as   the   in pu t   re fere nc e  of   co ntr ol le r.  T he  dec rease   in  pum p  volt age  by   con t ro ll er  was   carrie d  ou t  by  co ntin uousl y  re duci ng  duty  c ycle  ( D )   from   10 0%  at   maxim um  modu le   te mp erat ur e  t o  a  certai n  pe r centage  where   the  dec rease  in  mod ule  te m per at ur e  reach es  ste ady   sta te .  The   pur po se   of  thi s  set ti ng   is  t o  determi ne  the   eff ect   of  re du c ing   t he  water  f low  rate  sm oo thly  on  re duci ng  the   modu le   te m pe ratur e  by  mini mizi ng   gr a dua ll y  the  pum p's   energ y  co nsu mp ti on.  T he  opti mal  po i nt  of  net  energ y gain is  ob ta ine d b y ba la ncing pu mp  energ y,   water  f low rate  a nd  P V  m odule te m per at ur e.               (a)   (b)   (b)     Figure  2. Com par is on of t hr e e pum p  m otor  act ivati on  sett ing s   (a ) fu ll   s pe ed,   ( b)  li mit ed   base d on the  te mp erat ur e  setpo i nt,  a nd ( c ) u sing P WM co nt ro ll er       2.3.    PV  cel ls p ar am eters  and te mpera tu re e ffec t  analy sis   In   PV   mod ule  te chnolo gy,  th ere  are  seve ral   par a mete rs  t ha t  need   t o  be  know n  be f or e  a pp l ying  it   in   real  co ndit ion s   inclu de:  ma xi mu m   po wer  ( P max ),   vo lt age   at   maxim um  powe r  ( V mp ),   current  at   ma ximum   powe r  ( I mp ),  open   ci rc uit  vol ta ge  ( V oc ),  sho rt  ci rc uit  cu rr e nt  ( I sc ),  fill   fac tor  ( FF ),  m odule  ef fici enc y  ( ),   a nd   nominal  ope rati ng   cel l  te mp e r at ur e  ( N OCT ).   The  ma xim um  powe r  ( P max )  gen e rated  is  t he   maxim um   vo lt age  ( V mp )  m ulti plied  by the  maxi mu m  curre nt  ( I mp )  of the  P V mo du le   unde r  l oad co ndit ion s .  T he  f il l fact or  ( FF )  is   a  meas ur e   of  t he  qu al it y  of  a   PV  m odule  obta ined   by   co mp a rin g  the   th eor et ic al   ma ximu m   po wer  an d  ou t put   powe r  at   op e n ci rcu it  and s ho rt circuit c ondi ti on s.  I t ca n be  determi ned b a s ed by  ( 1)   [ 27] .      =  ∙  = ∙  ∙    (1)     The   great er   of   fill   factor   ( FF )   val ue   in di cat es   hig he r   energ y   co nver sion   e ff ic ie nc y   an d   bette r   PV   cel l   performa nce.   PV   cel l   eff ic ie nc y   ( η pv )   is   relat ed   to   the   ma ximu m   outp ut   powe r   ( P m )   a nd   so la r   rad ia ti on   ( G )   in   W/m 2   ov e r   t he   PV   cel l   a rea   ( A c )   in   m 2 .   PV   ce ll   eff ic ie nc y   ca n   be   cal culat e d   with   ( 2) .      = ∙ =   ∙   =  ∙  ∙    (2)     The  te m per at ure  of  cel ls  and   modu le s  in crea ses  at   hig he r  a mb ie nt  te m perat ur es  wh ic h  is  influ e nce d  by  th e  i nten sit y  of  so la r   rad i at ion .   As  a   res ult,  t he  cel l   te mp e ratur e   a nd  the  rear - s urfac e  m odule   te mpe ratur e   can  be  ve ry  di f fer e nt.  If  the   c el l  te mp erat ur e   is  di ff ic ult  or  cannot  be  mea su re d  directl y,  then   the  rear - s urface  modu le   te m pe ratur e  can  be  measu red  first.   T he n  the  relat ion s hip   betwe en  cel l  te mp e r at ur e  a nd   t he  rear - su r face  mod ule tempe ratu re c an be  wr it te n u sing  ( 3)   [ 27] .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C omp E ng     IS S N:   20 88 - 8708       Ener gy analysi s o f  activ e  ph oto voltaic   co olin g  syste m usin g w ater fl ow (An t. Ardath  Kri sti )   5   = + 0 ∙ ∆   (3)     wh e re  T c   is  the   cel l  te mp eratu re  inside  mod ul e,  T m   is  rear - s urface  m odule  te mp erat ur e ,  G   is  so la r  ir rad i ance   on  the  mod ule,   G 0   is  t he  ref e r ence  s ol ar   irra diance  at   10 00  W/m 2 ,   an d  ΔT   is  te mp e ratu re   dif fer e nce  bet ween  the  cel l  i ns ide   a nd  the   rear - su r face   of   the   m odule   w hic h  ra ng e s  from   2   °C   to  3   ° C   f or  plate   modu le s   (g la ss/ce ll /po l yme r)  in   ope n  r ack  mou nts  [ 28] .  Howe ver,  i f  the   rea r - surfa ce  m odule  te m per at ur e   is  unknow n,  then  t he  cel l t e mp e ratur e  ca n be  determi ned  by  ( 4) .     = + (  − 20 80 0 ) ∙   (4)     The   inc reasin g   te mp erat ur e   m eans   that   el ect r on s   a re   m or e   e asi ly   excit ed,   c ausin g   a   l ower   op e n   ci rc uit  vo lt age   ( V oc ).   The dec r ease i n  V oc   ca nnot  be  c ompen sat ed  by t he  short circ uit cu rrent ( I sc ) wh ic h sl igh tl y  inc reas es due   to the i ncr ea se  in car rier c onc entrati on. T he   eff ect  lea ds  to   (5)   [29] :      =    [ 1 − ( −  ) ]   (5)     wh e re   pv   is   the   m odule’s   eff ic ie nc y   at   t he   re fer e nce   t empe rature,   pv   is   the   m odule’s   e ff ic ie nc y   at   te mp erat ur e   of   STC   sta nda rd   (25   ° C,   10 00   W/m 2 ),   β   is   the   te m per at ure   coeffic ie nt   of   maxim um   pow er,   P m   (%/ °C)  ref e rr i ng   t o  the  man uf act ur e r's  dat asheet   [ 23],   [30],   [ 31] .   T he re fore,   the   relat ion s hi p   bet wee n   outp ut   powe r   of   PV   m odule   a nd   te m per at ur e   c an   be   deter mine d   usi ng   ( 6)   [ 29] :     =   [ 1 − ( −  ) ]   (6)     wh e re  G   is  so l ar ir rad ia nce a nd    is t he  s urfa ce area  of the   modu le .     2.4.    Raw an d  ne t g ain   T h e   r a w   g a i n   of   a   P V   c o o l i n g   s y s t e m   (   ∆    )   i s   t he   e x t r a   e n e r g y   p r o d u c e d   b y   t h e   P V   m o d u l e   du e   t o  t h e   u s e   o f   t h e   c o o l i n g   s y s t e m   (    )   i n   w a t t   h o u r   ( W h ) .   T h i s   c a n   b e   c a l c u l a t e d   s i m p l y   w i t h   ( 7 )   a n d   ( 8 ) :     ∆  =  −     (7)           ( % ) = (  −     ) × 100%   (8)     M e a n w h i l e ,   t h e   n e t   g a i n   from   t h e   PV   c o o l i n g   s y s t e m   (   ∆    )  is   the   e x t r a   e n e r g y   p r o d u c e d   by   t h e   PV   m o d u l e   c o n s i d e r i n g   e n e r g y   of   c o o l i n g   s y s t e m ,   t h e n   c o m p a r e d   w i t h   t h e   e n e r g y   p r o d u c e d   by   t h e   m o d u l e   w i t h o u t   c o o l i n g   (     ) .   In   o t h e r   w o r d s ,   t h e   n e t   g a i n   t a k e s   i n t o   a c c o u n t   t h e   t ot a l   e n e r g y   c o n s u m e d   by   th e   c i r c u l a t i n g   p u m p   ( E CP )   to   c i r c u l a t e   w a t e r   c o o l a n t   t h r o u g h   the   m o d u l e   s u r f a c e   at   a   c e r t a i n   f l o w   r a t e   d u r i n g   t h e   a c t i v e   c o o l i n g   p r o c e s s .   F o r   a   g i v e n   p e r i o d   of   t i m e ,   t h e   n e t   g a i n   can   be   c a l c u l a t e d   as   e x p r e s s e d   in   (9)   to   (10) .     ∆  = ∆  −    (9)     ∆  = (  −   ) −    (10)           ( % ) = ( ∆  −    ) × 100%   (11)     Op ti mal   net   ga in   is   the   key   to   the   te c hn ic al   feasibil it y   of   a   PV   c ooli ng   s ys te m.   It   al so   highli gh ts   t he   act ual   energ y   gai n   in   th is   study.   T he refor e ,   in   c ontrolli ng   an   act ive   co olin g   sys te m,   it   is   necessary   to   ide ntif y   the   po i nts   wh e re   t he   gain   is   opti mal   in   te r ms   of   the   wate r   fl ow   rate   an d   t he   eff ect i ve   e nergy   of   t he   ci rc ul at ion   pump   ( E CP ).       3.   RESU LT S  AND DI SCUS S ION     On e   of  the   obj ect ives  of  this   study  was  t o  e valuate  th e  co oling  pr ocess  of   PV  co olin g  sy ste m  base d  on  the  te m pera ture  reducti on  achieve d,   t he  i ncr ease d  PV  outp ut  po wer ,   ne t  energ y  gai n  and  wate r  fl ow  rate.   The  c omplet e  s cheme   of  t he   e xp e rime ntal  se tup  can  b e  see n  as   s how n  i n  Figure 3 .   I n  thi s  stu dy,  a   c omparis on   of   t he  c oo li ng   process   pe rfo rme d  ba sed   on  th ree  pump  sy ste m  act iva ti on s,  nam el y  the  first  was  act ive   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C omp E ng,  V ol.  15 , No .  1 ,  Febr uary   20 25 :   1 - 14   6   con ti nu ously,   the  sec ond  wa s acti ve  base d  on  set po i nt  te m per at ur e,   a nd  th e  la st was  act i ve  base d  on  th e  pum p  PWM c ontrol.   The  e xp e rime nt  al so   i nvolve d  a n  unc oo le d  P V  m odule   as  a  co m par i so n.  In   t he  process  al l  the   par a mete rs  ne eded  f or   a naly sis  are  meas ur ed  in  real  ti m e  for  e very  1 - minu te   i nter va l  of   data  colle ct ion   thr oughout  t he   day.  T he  init ia l  of   the  pro cess  of  co olin g  or  act ivati ng  the  pum p  w as  w hen   t he  modu le   te mp erat ur e  h a s r eac hed 50  ° C or m or e .           Figure  3. Ex pe rimental  set up  of PV m odules  cooli ng       3.1.    General cir c u mstances   The  mod ule  w as  te ste d  in  a  geog raphic  l oc at ion   with   a  tr op ic al   cl imat e  (Ban dung  Ci ty ,  I ndonesi a)   on   a  cl ea r  sum mer  day   a nd  th ere  we re  only  t hin   cl ou ds   at   c ertai n  ti mes.  Fi gure  4  sho ws  the  inten sit y  of  so la r  irrad ia nce  ( G )  in  W/m 2  meas ur e d  us in g  ir ra diance  mete r  duri ng   one  of  th e  ex p erime ntal  da ys   in   A ugust ,  ai r   te mp erat ur e   ( T A )  in   degrees   Ce lsi us   meas ured   us in g  D H T2 2  se nsor ,  a nd  water   c oo la nt   te mp e ratu re  ( T W )  i n   degrees  Ce lsi us  meas ur e d  us i ng  D S18B 20  s ens or .   M ean w hile  the  ai r  velocit y  was  ne glect ed  becau se   i t  is  le ss  than 1  m/s.           Figure  4. S olar  irr a diati on int ensity  (POA ), t empe rature  of   ai r  an d wate r, i n diff e re nt ho urs        Series  of   meas ur e ments  was  carried   out  f r om  09. 00  a. m.  t o  15.00  p. m .  within  1 - min ut e  inter vals  of  ti me.  The   s olar   irra diance   ra nged   f r om   695  to   1247  W∕ m 2   oc cur s   at   09.00   a.m.   an d  12. 32  p.m. ,  r especti vely.   Accor ding  to  I ndonesi an  So l ar  Atla s,  4.7 1  to   5.2 5  k W h∕m 2   are  the  daily  aver a ge  ir rad ia ti on   durin g  a  da y  in  0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1 0 0 0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 1 4 0 0 0 9 :0 0 1 0 :0 0 1 1 :0 0 1 2 :0 0 1 3 :0 0 1 4 :0 0 1 5 :0 0 Tem p erature,   T   [ 0 C] Ir radian ce,  G   [ W /m 2 ] Tim e  o f   Day   [ h our : m in u te ] G TA TW Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C omp E ng     IS S N:   20 88 - 8708       Ener gy analysi s o f  activ e  ph oto voltaic   co olin g  syste m usin g w ater fl ow (An t. Ardath  Kri sti )   7   Aug us t  in  Ba ndun g  ci ty.  T he  minimu m  of  ai r  te mp e ratu re  ( T A )  is  eq ual  to  32.2   o C,  a nd   t he   maxim um   is  equ al   to 41.3  o C  with  av e rag e  of  38. 43  o C, als o wit h  a ver a ge wat e r  c oo la nt temp eratur e  ( T W ) of  28.56  o C.     3.2.    Effect  of  w at e r co oling on  t e mpera tu re  of  PV  m odul e   S i m u l t a n e o u s   m e a s u r e m e n t   r e s u l t s   w i t h   t h e   r e a d i n g   p a r a m e t e r s   a r e   d i s p l a y e d   c o m p l e t e l y   in   F i g u r e   5 .   It   sh ows   t he   flo w   rate   ef fect   of   co oling   wate r   mass   ( m w )   on   the   te mp erat ure   ( T m )   of   the   coo le d   PV   m odules   of   PV   c oo li ng   a nd   its   com par is on   to   the   un c oo le d   PV   m odule.   In   nami ng   c urves ,   un coo le d   PV   m odule   is   denoted   by   M uc ,   co oled   PV   modu le   by   usi ng   pump   act iv at ion   1   (c onsta nt   flo w   rate),   pum p   act ivati on   2   (intermitt ent   flow   rate) ,   a nd   pum p   act ivati on   3   ( sm oo t h   de crease   in   fl ow   rate )   a re   de no te d   by   M c1 ,   M c2 ,   an d   M c3 ,   res pecti ve ly.             Figure  5. Com par is on of t he e ff ect s  of v a rio us   water  flo w r at e o n m odule  te mp erat ur e       The  te m per at ure  rea dings  of   modu le s  sta rt  to  be  rec orded   at   09 . 00  a.m .,  wh e n  the  sunli gh t  beg a n  to   rise  an d  t he  t empe rature  of  mod ules  inc r eased  e xcee d  nor mal  co nd it ion s  ( N OCT ) .  At  t his  po i nt  the  te mp erat ur e  of  al l  mo dule s  t est ed  excee ds  45  ºC.  Durin g  the  te st,  t he   aver a ge  te m pe ratur e   of  unc oo le d  modu le   ( T _M uc )  rea c he d  56. 21  ºC  with  a   min.  of  48  ºC  and  a  ma x.  of  59  ºC  as   sho w n  by  blac k  li ne   cu rv e .  Wh il e  at   9.08   a.m.,  al l  co oled  m odules  of  PV   c ooli ng   syst ems  ( M c1 ,   M c2 ,   an d  M c3 )  sta rted  to   act iva te   the   coo li ng  proces s.  F ur t hermo re,  f r om t he  t hr ee  cooli ng acti va ti on  c o nt ro ls  c an be e xp la i ne d  as  foll ows:   −   Con ti nu ou s   pum p  act i vatio n  res ults  c onsta nt  water   fl ow  rate  of  c oo le d  mod ule   ( m _M c1 )   ar ound    11  L/mi n  as  show n  by  gr ee n  do tt ed   li ne  a s  s how n  in   Fi gur e  6.  Durin g  th e   te st,  the   ave ra ge  te m per at ur e   of   coo le d  mod ule  1  ( T _M c1 )  is  a rou nd  32. 42  º C  with   the  a ve rag e   of  flo w  r at e  of  10.73  L/mi n  acc ordi ng  t o  gr ee n  li ne  c urve.  A  s harp  r edu ci ng  in  te mp e ratur e   of  the  co oled  m odule  1  ( T_ M c1 )  occ ur s   f rom     49.82  º C  to   29. 43  º C  at   09:08  to   09:1 9  a . m.  T his  c ooli ng  pr ocess  res ults  in  a   ma xim um  de crease   i n  modu le   te m pe r at ur e  ( ∆ T_   M c1 )  arou nd   20. 39  º C  for  13  min utes  with  water  f low  rate  of  11   L/mi n.   Hen c e,   the  declai m  rat e  of  mod ule  te mp e ratur e   is  1.57  º C/ min .  Af t er  reachi ng  a  minimu m  te m per at ur e   ( 29  º C ) ,   there  is  no  f urt her   decr ea se  in  m odule  te m per at ur e,   eve n  it   te nd s  to   ste ady  an d  on l y  rises  bac k  to wa r ds     33  º C  due to  th e increase  in  air tem per at ur e a nd so la r  ir rad ia nce.   −   Acti vation  of  the  pum p  base d  on  t he  set poin t  te mp e ratur e   r eadin g  by  se nsor   res ults  i n  th e  co olin g  mod ule   water   fl ow  ( m _M c2 )   bein g  i nt ermit te nt  between  11  L/mi n  an d  0  L/mi n  as   s how n  by   blu e   do tt ed   li ne   in   Figure   6.  Acc ordin g  to   bl ue   li ne   cu rv e ,  r edu ci ng  t he  te mp e ratur e   of  the  c oo le d  m odule  2  ( T_M c2 )  relat ively  sa m e  as  the   te mpe ratur e   of  t he  coo le d  m odule   1  ( T _M c1 ) .  It   occ ur s   at   the   be ginnin g  of  the   coo li ng   pr oces s  un ti l  the   l ower  li mit   set po i nt  of  31  º C   r ea ched,  a nd   the n  the   process   st op s .   Ne xt,   a  ne w  coo li ng   cycle   will   be gin   t o  st art  after   the   te mp e ratur e   of  the  mod ule  2  ( T_ M c2 )   e xceeds  35  º C.   D ur i ng  t his   coo li ng,   the  t empe rature  of   the  co oled  modu le   2  ( T_M c2 )  is  maint ai ned   i n  the  r ang e  of  30  º C  to     35  º C.   The   ai m   of  this  c ooli ng   proces s  is  to  minimiz e p um p  e nerg y  a nd  the  am ount of w at er  c onsump ti on .   In   Fig ur e  6,   t he   blu e  li ne  c ur ve  s hows  the   aver a ge  inc rea se  rate  in  m o dule   te mp e ratu r e  above  30  º C   i s     1  º C/ min  w he n  co olin g  is  not  act ive.  Wh i le   wh e n  it   is  act ive,  the  a ve rag e  of   decli ne   rate  in  m odule   te mp erat ur e  is  1.67  º C/ min , d ependin g o n  ai r  te m per at ur e a nd so la r  ir rad ia nce.   0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 0 10 20 30 40 50 60 70 0 9 :0 0 1 0 :0 0 1 1 :0 0 1 2 :0 0 1 3 :0 0 1 4 :0 0 1 5 :0 0 Flo w  rate,   m w [ L/m in ] Tem p erature,   T m [ o C] Tim e  o f   Day   [ h our : m in u te ] T_ Mu c T_ Mc1 T_ Mc2 T_ Mc3 m_ Mc1 m_ Mc2 m_ Mc3 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C omp E ng,  V ol.  15 , No .  1 ,  Febr uary   20 25 :   1 - 14   8   −   Acti vation   of   t he   pum p   base d   on   a   decr ea se   i n   the   pump   P W M   vo lt a ge   r esults   the   c oo li ng   m odule   wat er   flo w   ( m _M c3 )   decr easi ng   fro m   11   L/mi n   to   1.5   L/mi n   duri ng   the   te st.   He re,   as   long   as   t he   mod ule   te mp erat ur e   de creases,   the   c ontr oller   will   au tomati cal ly   re duce   t he   P WM   vo lt age .   Acc ordin g   to   re d   line   c urve,   re du ci ng   the   te mp e ratur e   of   the   c oo le d   m odule   3   ( T_M c3 )   from   49.64   º C   to   31.12   º C,   occ urs   at   09 : 08   to   09 : 27   a.m .   T his   co ol ing   process   re su lt s   in   a   dec r ease   in   m odul e   te mp e ratu re   ( ∆ T_   M c3 )   a rou nd   18.52   º C   for   22   mi nu te s   as   sho wn   in   Fi gure   6.   Hen ce ,   the   declai m   rate   of   mod ul e   te mp e ratu re   is     0.84   º C/ min.   B ecause   the   modu le   te m per at ure   of   31. 12   º C   cannot   be   re duced   an y   furthe r   (stead y   sta te )   at   a   flo w   rate   of   1.5   L/mi n,   th en   base d   on   t he   te m per at ure   sens or   read i ng,   t he   c on t rol le r   auto mati cal l y   cannot   re du ce   the   pum p   PWM   volt age   a ny   lo wer.   In   t his   conditi on   t he   PWM   val ue   w as   mai ntaine d   un t i l   the   e nd   of   the   te s t.   Unde r   c onditi ons   of   c on sta nt   water   flo w   rate   at   1.5   L/ min,   the   t empe rature   of   the   coo le d   m odule   3   ( T _M c3 )   ra ng e s   bet wee n   31   º C   to   35   º C   depen ding   on   the   ai r   te m per at ur e   a nd   s olar   irrad ia nce.           Figure  6. Com par is on of t he e ff ect s  of v a rio us   water  flo w   r at e o n mi ni mum ste ad y  sta te   modu le  te mp e r at ur e       Accor ding   to   Figure   6,   it   is   f ur t her   obse r ved   that   t her e   is   a   non - li ne ar   relat ion s hip   bet ween   the   te mp erat ur e   of   the   c oo le d   modu le   a nd   the   w at er   flo w   rate   at   a   sp eci fic   so l ar   ir rad ia nce.   By   c on sta nt   fl ow   r at e   ( m _M c1 ),   the   te mp e ratur e   of   the   c oole d   m odule   1   ( T _M c1 )   decr ease s   non - li near ly   su c h   that   at   a   certai n   point   a   furthe r   co ns ta nt   flo w   rate   does   not   res ult   in   sig nifica nt   decr e ase   in   the   m odule   te mp e ratur e   1   ( T_ M c1 ).   Anothe r   obse r vation   was   al s o   on   the   co ole d   m odule   3   ( M c3 )   wh e re   at   a   c ertai n   point,   t he   decr easi ng   P W M   or   water   flo w   rate   (%   /   m _M c3 )   does   not   res ult   in   sig nifica nt   in crease   in   t he   te mp e ratur e   of   t he   c oo le d   m odule   3   ( T_M c3 ).   T his   ob s er vation   is   in   acc ordan ce   with   wh at   has   been   re porte d   by   pre vious   st ud ie s   [ 23],   [30] – [33 ] .   Howe ver,   the   r esults   of   the   non - li near   e quat ion s   ca nnot   be   gen e rali zed,   de pend   on   t he   ther mal   desig n   of   t he   PV   c ooli ng   s yst em   an d   requir e   f ur the r   i nv est igati on .     3.3.    El ectric al ene rgy and e ff ic ie ncy an alysi s of P V  m od ule  d ue to c ooli ng   process   In   this   sect ion   the   ef fect   of   the   c ooli ng   te c hn i qu e   of   PV   coo li ng   syst em   on   t he   outp ut   ene rgy   an d   el ect rical   eff ic ie ncy   of   the   PV   m odule   was   inv e sti gated.   Figu re   7   s how s   co mp a rati ve   prof il e   of   el ec tric al   powe r   gen e rated   by   unc oo le d   PV   mod ule   com par e d   to   c oo le d   PV   mod ules,   as   well   as   the   el ect rical   powe r   consu med   by   t he   pum p   duri ng   t he   co olin g   proces s.   In   fact,   al l   c oo le d   PV   modu le s   produ ce   great er   el ec tric al   ene rgy   ou t pu t   t han   unc oo le d   modu le   at   al l   ti me   du rin g   the   t est .   Th e   lo wer   the   m odule   te mp e ratur e   le ad   to   t he   gr eat er   el ect rical   energy   ge ne rated,   as   t he   c onse qu e nce   was   gr eat er   the   el e ct rical   energy   and   a mou nt   of   water   in   an   act ive   c ooli ng   s ys te m.   The   maxim um   powe r   ou t put   of   al l   PV   m odules   te ste d   occ urred   at   12:3 3   p. m . ,   with   ma ximum   so la r   ir rad ia nc e   of   1247   W/m 2 .   This   co rr el at ion   was   in   acc orda nce   with   ( 2).   At   that   poi nt,   the   ou t pu t   powe r   of   t he   un c oole d   m odule   ( P _M uc )   is   79. 96   W.   M ea nwhile ,   the   ou t pu t   powe r   o f   t he   c oo le d   modu le s   by   c on sta nt   fl ow   r at e   ( P _M c1 ),   by   inte rmitt ent   flo w   rate   ( P _M c2 ),   a nd   by   decr easi ng   fl ow   rate   ( P_ M c3 )   are   97.47,   97.50,   a nd   96.41   W,   res pe ct ively.   T he   minimu m   po w er   outp ut   of   al l   PV   m odules   t est ed   occurre d   at   09 :00   a. m.,   with   s olar   irr a dian ce   of   749   W/ m 2 .   It’s   re su lt e d   t he   outp ut   powe r   of   the   unco oled   modu le   ( P_ M uc )   eq ual   to   the   ou t pu t   pow er   of   al l   coo l ed   m odule   ( P _Mc 1,2,3 )   ar ou nd   63   W   w he re   the   0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 0 10 20 30 40 50 60 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Flo w  Rate,  V [ l/m ] Tem p erature,   T [ C ] Tim e[ m in u te] T_ Mc1 T_ Mc2 T_ Mc3 m_ Mc1 m_ Mc2 m_ Mc3 T_Mc1   Stead y T_Mc3   Stead y Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C omp E ng     IS S N:   20 88 - 8708       Ener gy analysi s o f  activ e  ph oto voltaic   co olin g  syste m usin g w ater fl ow (An t. Ardath  Kri sti )   9   instanta ne ous   coo li ng   proces s   has   just   be gu n.   T hu s ,   f or   6   hours   of   t he   te st,   the   total   en ergy   pro duce d   by   the   modu le   with ou t   co oling   ( E_ M uc )   is   370.5 4   W h,   w hile   the   outp ut   powe r   of   the   co oled   m odules   by   c on sta nt   flo w   rate   ( E _M c1 ),   by   inter mit te nt   flo w   r at e   ( E_ M c2 ),   a nd   by   dec reasi ng   fl ow   rate   ( E_M c3 )   are   44 4.65   W h,   439.1 9   Wh,   a nd   437.9 5   Wh,   r especti vely .             Figure  7. Ele ct rical  pow e r pro file s of c oo le d/u nc oole d mo dule s a nd cooli ng  process  r e qu i reme nt       The  el ect rical   powe r  co nsum ed  by  t he  pu m p  in  t he  pr oces s  of  co olin g  th e  PV   mod ules  are  s hown  by  the  dott ed  li ne   curves.  The  pa tt ern   of  pum p  power   c urves   al way s  e qual   to  the  fl ow   rate  on e s ,   as  s hown   i n  Figure  5).  Re f ers  to   pump  na me  plate ,  the   nominal  volt ag e,  po wer,  a nd  flo w  rate   are   12  V  DC ,   19  W,   an d    11  L/mi n,  res pe ct ively.  The   total   ene rgy   co ns ume d  of  co ol ing   pum p  ( ∑E cp )  f or  6  hours  o f   the   te st  on  c oo le d  modu le s  by  co ns ta nt  fl ow   rat e  ( PP _M c1 ),   by  inter mit te nt  flo w  rate  ( P P _M c2 ),   a nd  by  decr easi ng   flo w  rate   ( PP _M c3 )  a re  97. 16,  46.38,  an d  30.66  W h,   re sp ect ively .  Fi gure   8   s how s   the   pro file s   of   el ect rical   eff ic ie ncy   of   coo le d   PV   m odules   ( _ M c1,2, 3 )   inclu ding   unco oled   PV   m odule   ( _ M uc )   as   a   co mp a rison.   Af te r   t hat,   the   el ect rical   eff ic i ency   of   al l   c oole d   PV   m odule s   w as   al ways   hi gh e r   t han   that   of   un c oole d   m odules   unti l   the   en d   of   the   te st.             Figure  8. Ele ct rical  eff ic ie nc y p rofil es of c ool ed/un c oole d  modu le s     0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1 0 0 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 1 0 0 09 :00 10 :00 11 :00 12 :00 13 :00 14 :00 15 :00 Pu m p   Po wer,   Pp    [ W att] Mod u le   Po wer,   P_ M   [ W att] Tim e  o f   Day   [ h our : m in u te ] P_ Mc 1 P_ Mc 2 P_ Mc 3 P_ Muc PP_ M c1 PP_ M c2 PP_ M c3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0 9 :0 0 1 0 :0 0 1 1 :0 0 1 2 :0 0 1 3 :0 0 1 4 :0 0 1 5 :0 0 Electr ical  Ef f icien cy ,  [ %] Ti m e of  Day   [ h our : m inut e] _ Muc          _ Mc1    _ Mc2    _ Mc3    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C omp E ng,  V ol.  15 , No .  1 ,  Febr uary   20 25 :   1 - 14   10   Ele ct rical   eff ic ie ncy   of   al l   PV   modu le s   e xper ie nces   a   dow nwar d   tre nd   fro m   the   be ginnin g   of   the   te s t   un ti l   the   mid dl e   of   day   ( 12:3 3   p. m .)   due   to   the   inc reasin g   te mp erat ur e   of   the   PV   m odul es   infl ue nced   by   ai r   te mp erat ur e   durin g   t hat   per i od.   H oweve r,   the   tre nd   rev e rse d   a fter   12 : 33   p.m.   w he n   both   the   ai r   te m perat ure   and   PV   mod ule's   te mp e ratu re   be ga n   to   dec r ease.   It   is   cl ear   that   inc reasin g   the   te m per at ur e   of   t he   m od ule   ca n   reduce   its   el ec tric al   eff ic ie nc y.   T he   a ve rage   el ect rical   ef f ic ie ncy   rec ord ed   duri ng   the   te st   for   the   co oled   modu le s   by   c on sta nt   fl ow   r at e   ( _ M c1 ),   by   inte rmitt ent   flo w   rate   ( _ M c2 ),   a nd   by   decr easi ng   fl ow   rate   ( _ M c3 )   are   11 .84%,   11. 69%,   an d   11. 65%,   r especti vely ,   wi th   inc rease   in   e ff ic ie nc y   a re   20. 10%,   18. 53%,   a nd   18,16%   r es pec ti vely   agai ns t   9.86%   f or   an   un c oole d   mod ule   ( _ M uc ).   T hu s ,   the   highe r   the   water   flo w   rate   le ad   to   t he   higher   the   i ncr eas e   in   m odule   ef f ic ie ncy .     3.4.    Analy sis   of r aw  an d  net ene rgy gain   The   pro file s   of   the   ra w   a nd   the   net   e nergy   ga in   of   al l   c oole d   PV   mod ules   c an   be   see n   in   F igure   9.   A s   pr ese nted   in  ( 7),  the  ra w  e nerg y  gain  ( ∆ E Raw )   was  deter mined  ba sed   on  the  dif fer e nce  in   total   e nerg y  pro du ce d  betw een  c oo le d  P V  m odules   ( ∆ E_M c1,2,3 )   a nd  unco oled   P V  m odule  (∑E _M uc ) .  It  hi gh li ght s  the   po te ntial   extra  energ y  due  t o  coo li ng  proces s  in  P V  c oo li ng  s ys te m  (in  W h/kWh ).   As  pr esented  i n  (9),   the  net   energ y  gai n  is   determi ne d  ba sed  on  the  di ff e ren ce  bet we en  ra w  e nerg y  gain  ( ∆ E Raw )   and  the  t otal  en ergy  consu med  by t he  c oo li ng  pu mp   ( ∑E cp )   during the test .   B ased   on   the   t otal   power   of   al l   coo le d   m odul es   (∑ P raw _M c1 ,2,3 )   cal culat ion   for   6   hours   of   the   te st,   the   raw   e nerg y   of   coo le d   m odule s   by   c onsta nt   f low   rate   (∑ E ra w _M c1 ),   by   i ntermitt ent   flo w   r at e   (∑ E raw _M c2 ),   an d   by   dec reasin g   flo w   rate   sm oothly   (∑ E raw _M c3 )   a re   74. 13,   68. 63,   a nd   67. 49   Wh,   resp ect i vely.   M ean w hile,   ne t   energ y   gain   of   co oled   m odul es   by   co ns ta nt   flo w   rate   (∑ E net _M c1 ),   by   inte rmitt ent   fl ow   r at e   (∑ E net _M c2 ),   a nd   by   dec reasin g   flo w   rate   s m oo t hly   (∑ E net _M c3 )   are   - 23. 03,   22. 25,   a nd   36. 83   Wh,   resp ect ivel y,   with   a   per ce ntage   i nc rease   are   - 6.21%,   6.0 1%,   an d   9.94%,   r espec ti vely.   T hus,   the   process   of   co oling   t he   PV   m odul e   with   a   sm oo t h   decr ease   in   wa te r   flo w   rate   by   pum p   P W M   vo lt age   set ti ng ,   resu lt in g   m or e   su pe rio r   net   e nerg y   gain.   A   ne gative   ne t   energy   gai n   ind ic at es   that   the   ene r gy   r equ i red   f or   t he   PV   c ooli ng   process   is   unbalance d   a nd   not   ef fici ent.   Even   res ulti ng   a   low   po sit ive   energ y   gai n,   it   requires   the   opti mal   con t ro l   desig n   and   pro pe r   cal culat ion s   relat ed   t o   te c hn ic al   and   eco nomica l   viable.   As   e xpla ined   in   t he   pr e vious   sect io n   that   unde r   ce rtai n   conditi ons,   t he re   is   non - li nea r   relat io nship   betwee n   c ooli ng   the   m odule   te mp e ratu re   a nd   the   const ant   wate r   flo w   rate.   F or   a   l ong   ti m e,   co olin g   pr oc ess   in   this   s pecif ic   PV   c ooli ng   sy ste m,   la rg e   diff e re nces   in   f low   rates   do   not   ha ve   an y   sig nificant   on   la r ge   differe nces   in   m odule   te m per at ur e   re du ct ion   as   well ,   es pecial ly   a fter   each   re aches   a   ste a dy   te mp erat ur e .   T he   se ve ral   factor s   in flue nce   it   su c h   as   the   m at erial   heat   p rope rty,   ai r   te mp e ratu r e,   water   te mpe ratur e ,   ir rad ia nce,   a nd   ot her   en vironm e nta l   factor s   that   r equ i re   furthe r   in vestig at ion .           Figure  9. The  ra w  a nd the  net  energ y prof il es  of  un c oole d P V  m odules       3.5.    Ov er all perf or man ce  analy sis   As  the  e xperi mental   obje ct ives  sta te d  in  t he  intr oductio n,   this  sect io n  descr i bes  esse ntial   po ints  of   the  c oo li ng  pum p  act ivati on  set ti ngs  i n  coo li ng   the  P V  m odules   in   the  PV  co oling  s ys te m.   Th e  pum p  act ivati on   set ti ng s   wit h  P W M  co ntr ollers  a re   more  s uperi or  than   ot her  co nt ro ls  in   co olin g  PV  m odule  due  to     2    2    1    1          1  1  2  2          1       11      12      1       14      1         o w e r ,       W a t t     i m e   o f   d a       h o u r   m i n u t e    r a w    c 1  r a w    c 2  r a w    c     n e t    c 1   n e t    c 2   n e t    c   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.