University of Khartoum

Characterization and Performance Analysis of Photovoltaic Systems under Extreme Weather Conditions

Characterization and Performance Analysis of Photovoltaic Systems under Extreme Weather Conditions

Show simple item record

dc.contributor.author Younis, Abubaker Ali Mahmoud
dc.date.accessioned 2019-10-31T11:58:16Z
dc.date.available 2019-10-31T11:58:16Z
dc.date.issued 2018-12
dc.identifier.uri http://khartoumspace.uofk.edu/123456789/27396
dc.description 138 Pages en_US
dc.description.abstract The objective of this research is to study the performance and interaction of different photovoltaic (PV) systems of choice (Crystalline silicon PV and Photovoltaic-thermal hybrid solar collector (PV/T)) operating in arid climates from engineering point of view. PV is the direct conversion of light into electricity at the atomic level. The major advantage of PV as an energy source is the pollution and greenhouse gas emission free operation, but always coupled with the significant fluctuation and drop in performance because of the impact of climatic factors. Theoretically, the output power of a crystalline solar cell decreases by 0.4–0.5% when the temperature increase is equal to 1℃ above the nominal operating cell temperature (NOCT) which is very frequently reported by the manufacturer in a range between 45℃-48℃. The necessity to provide more accurate mathematical solution algorithms to help characterizing PV’s electrical performance is urged by multiplication of solution error tolerance. This elevated error is due to approximations made to enable the numerical solution of the complicated representative mathematical model that satisfies the extreme conditions (high ambient temperatures and solar irradiances) encountered by PV systems when operating under arid hot environments. Then, the described research problem has been studied and a simple, yet accurate solution approach has been proposed and validated. The accumulating dust on top of PV panels has been given special attention as dust is a strongly present environmental parameter that affects the performance of PV systems in Sahara and desert climates to which Sudan belongs. Statistical analysis was applied upon experimental data to determine an empirical coefficient that can quantize the effect of soiling on the electrical 7 characteristics of PV modules. The obtained coefficient 0.0242 A/g is a mean value that represents reduction in the short circuit current at different temperatures for the PV module under study. For suitability assessment of nanofluids as heat transfer medium in the PV/T hybrid solar collectors as an alternative option, the effect of Al2O3-ZnO-H2O nanofluid on the PV/T system was monitored and analyzed. Although the results showed an increase in the total efficiency of the system after using the nanofluid by an average increment of 4.1%, a general trend of decrease in the nanofluid positive effect was observed in accordance with ambient temperature increase. The current thesis summarized solar PV performance analysis from engineering point of view. Research concerning the long-term reliability and degradation due to changes in Solar PV chemical structure is recommended, always because of the location-wise performance dependency. en_US
dc.language.iso en en_US
dc.publisher University of Khartoum en_US
dc.subject Solar PV; Sudan; Economic; Africa; voltage; Electrical efficiency en_US
dc.title Characterization and Performance Analysis of Photovoltaic Systems under Extreme Weather Conditions en_US
dc.type Thesis en_US
dc.Degree Ph.D
dc.Supervisor Mahmoud Hassan Onsa,
dc.description.arabic-abstract الهدف من هذا البحث هو دراسة أداء وتفاعل بعض الأنظمة الكهروضوئية التي تم اختيارها (خلايا السيليكون الشمسية المتبلورة والمُجمِّع الشمسي الهجين) مع المناخ الصحراوي وشبه الصحراوي (القاحل) من وجهة نظر هندسية. الأنظمة الكهروضوئية أو ما يعرف بوحدات الطاقة الشمسية (الخلايا الشمسية) تقوم بالتحويل المباشر للضوء إلى كهرباء. الأفضلية الرئيسة لهذه الأنظمة كمصدر للطاقة هي أنها خالية من التلوث ومن انبعاثات غازات الاحتباس الحراري أثناء التشغيل، ولكن دائما ما تكون مقرونة بالتذبذب والانخفاض الواضحين في الأداء نتيجةً لتأثير العوامل 0.4 لكل 1 − المناخية. فوفقاً للمحتوى النظري، تنقص القدرة الخارجة من الخلية الشمسية المتبلورة بنسبة% 0.5 45 . هنالك ℃− درجة مئوية تزيد عن درجة حرارة التشغيل المثالية والتي يحددها المصنعون عادة بين ℃ 48 ضرورة تستدعي استحداث خوارزميات حل رياضية أكثر دقة لتحديد الخصائص الكهربية لوحدات الطاقة الشمسية تنتج عن تضاعف الخطأ التقريبي في الحل. هذا التقريب يتم أثناء الحل العددي للنموذج الرياضي - الذي يصف الخصائص الكهربية للخلايا الشمسية - والذي يصبح معقداً بعد تضمين الظروف المناخية القصوى (درجات حرارة وشدة إشعاع شمسي عالية) التي تختبرها وحدات الطاقة الشمسية أثناء تشغيلها في المناخ القاحل. وبالتالي فإن مشكلة البحث التي تم وصفها مسبقا, تمت دراستها ومن ثم اقترحت طريقة حل رياضي بسيطة ودقيقة وذلك بعد التحقق منها بالتجارب ذات الصلة. أُعْطِيَ تراكم الأتربة على أسطح وحدات الطاقة الشمسية اهتماما خاصا نظراً لأن الأتربة مؤثرة كعامل بيئي دائم الحضور في مناخ الصحراء -الذي ينتمي اليه السودان- على أداء الأنظمة الكهروضوئية. طُبق التحليل الإحصائي على البيانات المعملية لأجل تكوين معامل تجريبي يحدد كميا أثر تراكم الأتربة على خصائص 0.0242 تمثل متوسط قيم المعاملات عند درجات 𝐴/𝑔 الخلايا الشمسية الكهربية. قيمة المعامل التي تُحُصِل عليها حرارة مختلفة، وهذه تمثل النقصان في شدة تيار الدائرة المقصورة مع زيادة كمية الأتربة للخلية الشمسية تحت الاختبار. تم تقييم مدى ملائمة الموائع النانوية كوسيط انتقال حرارة بديل في المُجمِّع الشمسي الهجين عن طريق على النظام المذكور. بالرغم من أن نتائج التجارب العملية Al2O3-ZnO-H2O مراقبة وتحليل أثر مائع نانوي اظهرت تحسن في الكفاءة الكلية لنظام المُجمِّع الشمسي الهجين عند استخدام المائع النانوي وذلك بمتوسط زيادة بلغت 4.1% إلا أنه عموماً توجد نزعة بانخفاض الأثر الإيجابي للمائع النانوي على الكفاءة الكلية، حيث تمت ملاحظتها مع إزدياد درجة الحرارة المحيطة. لخّصت الأطروحة تحليل أداء الخلايا الكهروضوئية من وجهة نظر هندسية، وبالتالي 5 فإنه يُوصَى بإجراء أبحاث تهتم بالاعتمادية طويلة الأجل والنقصان في الأداء الناتج عن التغيرات في التركيب الكيميائي للخلية الكهروضوئية، دائما بسبب اعتماد الأداء على موقع التشغيل

Files in this item

Files Size Format View

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Share

Search DSpace


Browse

My Account