ZEMCH 2019 International Conference Proceedings April.2020 | Page 383

1. Introduction 
The  increasing  demand  of  energy  for  day‐to‐day  activities  causes  excessive  use  of  fossil  fuels, 
which  ultimately  results  in  an  emission  of  greenhouse  gases  [1].  This  is  where  the  international 
organizations for climate control intervene to compel power generation companies to use sustainable 
energy instead. Due to this reason, generation of electricity and heat from renewable energy sources 
has  dramatically  increased  in  last  decade  [2].  It  is  anticipated  that  the  use  of  renewable  energy  for 
residential, domestic, and commercial sectors will increase in near future. Photovoltaic (PV) module is 
a  device  which  is  used to  convert  sun rays  into  electricity,  whereas  both electricity and  heat  can  be 
harvested using Photovoltaic/thermal (PV/T) system [3, 4].   
A significant portion of incident solar radiation is ultraviolet and infrared in nature which means 
both lead to increase in operating temperature of PV solar cells [5]. Therefore, in context of lowering 
PV module temperature and consequently increasing thermal efficiency, an optimized heat exchanger 
design and working fluid with superior thermal properties are very important. Water and air are the 
most common conventional fluids that have been used as coolants for PV module over a long period 
[6]. It has been observed that the PV/T system using water as a working fluid showed higher power 
conversion efficiency than that of using air. Liquid fluids have always been the best choice to cool PV 
cells than air because of their superior thermo‐physical properties. Furthermore, the PV/T systems can 
also be described based on glass covering on PV cells such as the PV module with‐ and without‐glass 
covering are called glazed‐ and unglazed‐PV module, respectively [7, 8]. The unglazed PV/T systems 
are inexpensive and considered best under high ambient temperature condition because the quantity 
of trapped heat on PV surface is lower than using with glazing.       
Further, when the quality of energy is main concern then the exergy analysis becomes as important 
as the energy analysis [9, 10]. Especially for a co‐generation system which is producing both electrical 
and  thermal  energy  simultaneously.  Literature  review  revealed  that  several  studies  on  the  exergy 
analysis of various solar energy systems have been carried out with the intentions of developing new 
methods and equations [11]. Over the last decade, application of two fluids for extracting heat from the 
PV module has been gaining popularity among researchers. Tripanagnostopoulous [12] was the first 
who  introduced  the  concept  of  utilizing  two  working  fluids  for  a  same  PV/T  collector.  Using  this 
concept, several studies on dual‐fluid PV/T system regarding performance optimization using different 
fluids and conduit designs have been published [13, 14]. Jarimi et al. [15] developed a 2‐D steady state 
model of a bi‐fluid PV/T system considering a slight modification in finned air channel. The simulation 
based results were validated using indoor experimental data.         
Based on literature review, it has been observed that several studies have been performed on the 
PV/T  system  considering  different  aspects  e.g.  single  and  dual  fluid  channels  for  air  circulation.  In 
addition,  lots  of  reported  articles  had  discussed  liquid  fluid  carrying  pipe  shapes  such  as  circular, 
rectangular and trapezoidal etc. To the best of our knowledge; very limited work has been carried out 
on utilization of dual‐fluid heat exchanger for PV/T system. Furthermore, no study has been reported 
on dual‐fluid semitransparent PV/T system, in which glass protection above and below the solar cells 
has  been  provided  instead  of  tedlar.  Besides,  a  transient  mathematical  model  of  proposed  has  been 
developed using Matlab software and validated using experimental data. It is concluded that due to 
provision  of  dual‐fluid  coolant  and  glass  to  glass  PV  protection  additional  solar  heat  from  the  PV 
module is extracted, which will result in lower PV cells temperature than that of glass to tedlar PV/T 
system. 
2. Research Methods 
2.1. Mathematical Model 
The transient thermo‐electric models for the glass to tedlar and glass to glass PV/T systems were 
developed  considering  energy  balance  equations  across  their  components.  These  energy  balance 
Performance Evaluation of Photovoltaic/Thermal (PV/T) System Using
Different Design Configurations
372