AN EXPERIMENTAL STUDY OF IMPROVING THE PERFORMANCE OF PHOTOVOLTAIC SOLAR MODULE USING UPPER AND LOWER WATER COOLING: A CASE STUDY OF IRAQ

Abstract

ABSTRACT

Photovoltaic modules, which are based on the principle of converting falling sunlight into electrical or thermal energy, are regarded as one of the most important sources of renewable energy. The significant heat storage inside the PV panel as a result of the amount of absorbed radiation is still an impediment to obtaining the needed efficiency. The current study aims to increase efficiency and performance by developing a hybrid passive (PV/T) system, where the investigation was carried out in August 2021 in the outdoor. There were three monocrystalline photovoltaic panels with an output power of 100 W each. The first panel was treated with the upper water nozzle cooling technique, the second panel was fitted with lower cooling nozzles, and the last panel was left without cooling to serve as a reference for performance comparison. Both the two nozzle cooling techniques have demonstrated their efficacy in dispersing surface heat to half the temperature of the uncooled panel at the suggested maximum flow rate. Infrared thermal imaging also demonstrated the efficacy of heat dissipation cooling, making this method equivalent to that of (CFD) simulation. Although its reference output power was 50.93 W before cooling, heat dissipation improved the electrical characteristics, including the output power, by 80.08% and 75.26% for upper and lower cooling, respectively. Improved performance was achieved by increasing output power. When spraying upper and lower water, the panel's efficiency improved by 14.31% and 13.57%, respectively, compared to the uncooled panel's efficiency of 9.7%. It should be noted that the upper nozzle cooling was more efficient than the lower nozzle cooling, with a rate of performance improvement of 7.6% at maximum flow. According to the statistics of our present investigation, the upper and lower cooling techniques were effective in enhancing the electrical and thermal characteristics of the photovoltaic panels to suit the harsh Iraqi summer and extend the life of the panels.

ÖZET

Düşen güneş ışığını elektrik veya termal enerjiye dönüştürme prensibine dayanan fotovoltaik modüller, yenilenebilir enerjinin en önemli kaynaklarından biri olarak kabul edilmektedir. Soğurulan radyasyon miktarının bir sonucu olarak PV panel içinde önemli ölçüde ısı depolaması, gerekli verimliliğin elde edilmesi için hala bir engeldir. Mevcut çalışma, araştırmanın Ağustos 2021'de açık havada gerçekleştirildiği bir hibrit pasif (PV/T) sistemi geliştirerek verimliliği ve performansı artırmayı hedefliyor. Her birinin çıkış gücü 100 W olan üç adet monokristal fotovoltaik panel vardı. Birinci panele üst su nozulu soğutma tekniği uygulanmış, ikinci panele alt soğutma nozülleri takılmış ve son panel, performans karşılaştırması için referans olması için soğutmadan bırakılmıştır. Her iki nozul soğutma tekniği de önerilen maksimum akış hızında soğutulmamış panelin sıcaklığının yarısına kadar yüzey ısısını dağıtmadaki etkinliklerini göstermiştir. Kızılötesi termal görüntüleme de ısı yayılımlı soğutmanın etkinliğini göstererek bu yöntemi (CFD) simülasyonuna eşdeğer hale getirdi. Soğutmadan önce referans çıkış gücü 50,93 W olmasına rağmen, ısı dağılımı, çıkış gücü de dahil olmak üzere elektriksel özellikleri, üst ve alt soğutma için sırasıyla %80.08 ve %75.26 iyileştirdi. Çıkış gücü artırılarak iyileştirilmiş performans elde edildi. Üst ve alt su püskürtülürken, panelin verimliliği, soğutmasız panelin verimliliğine %9.7 kıyasla sırasıyla %14.31 ve 13.57 arttı. Üst nozul soğutmasının, maksimum akışta %7, 6 performans iyileştirme oranı ile alt nozul soğutmasından daha verimli olduğu belirtilmelidir. Mevcut araştırmamızın istatistiklerine göre, üst ve alt soğutma teknikleri, fotovoltaik panellerin elektriksel ve termal özelliklerini, sert Irak yazına uyacak ve panellerin ömrünü uzatacak şekilde geliştirmede etkiliydi.