SlideShare a Scribd company logo
1 of 31
Download to read offline
 
 
 
 
 
 
 
Effects of Tilt, Shade, and Temperature on Photovoltaic Panel Performance 
 
 
 
 
Presented to the 
University of California, San Diego 
Department of Mechanical and Aerospace Engineering 
MAE 126A 
March 15, 2016 
 
 
 
 
 
 
 
Prepared by 
Justin Bosch 
Sik Cho 
Gene Lee 
Robert Zhang 
Group EE2 
Wednesday AM 
 
 
 
Abstract 
Many different factors affect the maximum power output and efficiencies of photovoltaic 
solar panels. This experiment was conducted to explore the effects of tilt, shading, and 
temperature on PV panels. The solar altitude angle was measured on the shadow compass to be 
38±3 degrees, which was used to calculate the optimal tilt angle of 52±3 degrees. At the 50 
degree tilt measurement for the Kyocera solar panel, the maximum open circuit voltage of 19.3 ± 
1.9 V, short circuit current of  0.75 ± 0.08 A, maximum power output of 10.06 ± 0.14 W, and 
solar irradiance of 10000 ± 15   were found from the MP­170. The next set of/mW 2  
measurements were to compare vertically and horizontally shading the cells in the grid of the 
solar panel. The power output and efficiency graphs showed that horizontally shaded panel was 
more likely to follow the trends of a typical I­V curve and have a more linear relationship 
between the efficiency and shaded ratio than that of the vertically shaded. The last week of the 
experiment was to observe the effect of temperature reduction on the PV panel. The 
voltage­temperature coefficient was determined to be 0.062  . These coefficients along with/℃V  
corrected power values were used to create a corrected efficiency plot that shows how the 
panel’s efficiency increases by 0.076% per  .℃  
 
   
1 
 
Table of Contents 
List of Tables……………………………………………………………………………………... 3 
List of Figures……………………………………………………………………………………..4 
Introduction………………………………………………………………………………………..5 
Theory……………………………………………………………………………………………..6 
Experimental Procedure………………………………………………………………………...... 8 
Data and Results………………………………………………………………………………… 10 
Discussion and Error Analysis……………………………………………………………...........16 
Conclusion……………………………………………………………………………………..... 21 
References……………………………………………………………………………………......23 
Appendices and Raw Data……………………………………………………………………….24 
   
2 
 
List of Tables 
 
Table  Description  Page 
A   Rated Specifications and Measured Values for KY and US Panels at 0 
and 30 degrees 
10 
 
 
   
3 
 
List of Figures 
Figure  Description  Page 
1   I­V Curves for Kyocera (KY) and Uni­Solar (US) PV Panels at 0 and 30 Degrees  9 
2  Short Circuit Current ( ) vs. Tilt Angle (ᵯ)Isc   24 
3  Open Circuit Voltage ( ) vs. Tilt Angle (ᵯ) Voc   25 
4  Maximum Power Point Voltage vs. Global Irradiance in Plane of Panel  10 
5   Maximum Power Point Power Output vs. Global Irradiance in Plane of Panel  10 
6  I­V Curves for Vertically Shaded Cells  25 
7  I­V Curves for Horizontally Shaded Cells  26 
8  Panel Output Power as a Function of Load Voltage for Vertical Shading  10 
9  Panel Output Power as a Function of Load Voltage for Horizontal Shading  10 
10  Shaded/Unshaded Max Power Pt Power Ratio as Function of Shade Ratio w/ 
Vertically Shaded Linear Fit 
11 
11  Shaded/Unshaded Max Power Pt Power Ratio as Function of Shade Ratio w/ 
Horizontally Shaded Linear Fit 
11 
12  Reduction in Electrical Conversion Efficiency as a Function of Shaded Ratio w/ 
Vert Shaded Linear Fit 
11 
13  Reduction in Electrical Conversion Efficiency as a Function of Shaded Ratio w/ 
Horiz Shaded Linear Fit 
11 
14  Electrical Conversion Efficiency as a Function of Panel Temperature  26 
15  Maximum Power Point as  Function of Power Temperature  27 
16  Voltage at the Maximum Power Point as a Function of Panel Temperature  13 
17  Current at the Maximum Power Point as a Function of Panel Temperature  14 
18  Current at Maximum Power Point as a Function of Panel Temperature with Linear 
Regression for Data Set 1 
15 
19  Current at Maximum Power Point as a Function of Panel Temperature with Linear 
Regression for Data Set 2 
15 
20   Corrected Electrical Conversion Efficiency relative to Panel Temperature for both 
data sets 
16 
4 
 
Introduction 
With technology continuing to advance in an accelerated rate, the world looks at new and 
improved ways to provide energy to this ever­so energy demanding world. As sustainable energy 
technology becomes more prevalent, drawing energy from a renewable energy source, such as 
the sun, has become popular method of providing energy to the world.  
Photovoltaics (PV) is the name of a method of converting solar energy into direct current 
electricity. Utilizing semiconductive materials, solar panels are employed in which solar cells 
supply usable solar power. By exposing these solar panels to light, in this case the sun, the solar 
cells are able to create voltage or electrical current, thereby providing the necessary energy for an 
electric consuming technology. This process is also known as the photovoltaic effect. The 
photoelectric effect was first noted by a French physicist, Edmund Bequerel in 1839, who found 
that certamin materials would produce small amounts of electric current when exposed to light 
(Reference 1). This experiment looks to study the different aspects of PV and how they can be 
utilized to produce the maximum amount of energy.  
Utilizing the sun to create energy seems almost too good to be true and poses the question 
why it is not being utilized for every electric device. Utilizing solar PV, however, requires proper 
conditions to be met in order to use it at its highest efficiency. This experiment also looks at how 
the amount of sunlight can affect the solar panel’s efficiency as well as the effect of PV cell 
temperature on the electrical conversion efficiency.  By understanding how the PV solar panels 
can be best utilized for maximum efficiency, solar energy systems can become a more utilized 
option in producing zero­emissions and an environmentally sustainable energy solution for the 
world. 
5 
 
Theory 
Photovoltaics use solar cells that convert photos from the sun into a flow of electrons. 
Electrons are knocked loose from their atoms as they are excited, acting as charge carriers for an 
electric current. Through an array of solar cells, they convert solar energy into a usable amount 
of direct current electricity. Direct current allows the electric current to flow in a constant 
direction, which can be used to charge batteries and as power supply for electronic systems. The 
power of these PV devices can be determined by measuring the electric current (I) and voltage 
(V) in a circuit.  
  VP = Isc oc (1) 
The short circuit current is defined as the current that would flow in the closed circuit 
while the open circuit voltage refers to the voltage drop across the circuit when no current flows 
in the circuit. The power of the PV cell is also affected by the solar irradiance, which is the 
energy coming from the sun. A high solar irradiance results in a high current, which ultimately 
increases the power, or rate of energy, produced by the PV cell. The Global Horizontal 
Irradiance (GHI) is the amount of terrestrial irradiance falling on a surface horizontal to the 
surface of the Earth.  
HI  Direct Normal (DNI)  cos(z)  τ  Diffuse Horizontal (DHI)G =   *   *   +   (2) 
DNI refers to the the direct normal irradiance, which is the total amount of solar radiation 
per unit that comes directly from the sun. DHI refers to the diffuse horizontal irradiance, which is 
the total amount of solar radiation per unit area that has been scattered or diffused by the 
atmosphere. The position of the sun relative to the an observer on the surface of the Earth is also 
an important factor needed to model PV system performance. The solar zenith angle (z)  is the 
6 
 
angle between the zenith and the centre of the sun’s disc. In order to maximize irradiance, it is 
important for the solar ray to be perpendicular to the solar panel. In equation (2),  refers to theτ  
ratio between outgoing and incoming sunlight and is called atmospheric transmissivity.  
τ = DNIsource
DNI (sea level)
(3) 
 The conversion efficiency of a PV panel is also important in modeling a PV system. 
Equation (4) below describes the percentage of solar radiation incident on the panel that is 
converted to electrical energy, and is usually listed for the maximum power point. 
 / GI Aη = Pmpp POA (4) 
Where  is the power at the maximum power point on the I­V curve,   is the incidentPmpp IG POA  
irradiance in the same plane as the surface of the PV panel and A is the panel surface area.  
Like other semiconductor devices, solar cells are sensitive to temperature. The 
temperature coefficients of a panel can be determined through the following ratio: 
TC = ΔTcell
ΔPcell
(5) 
Where the numerator refers to the change in power of a cell and the denominator refers to the 
change in temperature of a cell. As the equation shows, the coefficients can be found through the 
slope of the voltage vs temperature and current vs temperature data plots. Using Equation (6) 
below, an estimation of the linearized current to irradiance coefficient can be found. 
γ = ΔGHI
ΔIMPP
(6) 
 
 
   
7 
 
Experimental Procedure 
Week 1 Procedure 
The first week, the experiment looked at using the basic functions of the EKO MP­170 
Photovoltaic Module & Array Tester. First an inventory of all the cables and equipment was 
taken. By locating a sunny spot in the EBU2 quad, both solar panels were placed next to each 
other on the wooden board. With the MP­170 powered off, the black and red PV leads were 
connected to the appropriate wires on one of the panels. The thermocouples were then connected 
to the Sensor Unit, with one of the thermocouples placed in the shade. Next the solar zenith 
angle was checked for using the compass with a picture of cross shadow taken for the report. 
After making sure that everything was connected to its respective ports, using the Sensor Unit 
the proper settings were set to make sure the panels would be reading proper data. At the home 
screen, CONFIG > MEAS PAR > ENTER > SELECT > ENTER, highlighting the measurement 
protocol from the PARAMETER LIST > ENTER. At home CONFIG > SYSTEM > ENTER> 
highlight DATE & TIME SET > enter current time. At home, DATA > ERASE>  ENTER> 
ALL>enter current time. At home, MEASURE was pressed. Once the data was obtained for the 
0° tilt angle, the same process was used for the 10°, 20°, 30°, 40°, 50°, and 60° tilt angle for only 
one of the panels.  
Week 2 Procedure 
This second week looked to investigate the effect of shading the PV panel power output and 
efficiency. Like Week 1, first an inventory of all of the equipment was taken to ensure 
everything was there. Again by locating a sunny spot in EBU2, the 10W Unisolar PV panel was 
placed flat on a surface and the MP­170 was setup for measurement. First a baseline performance 
8 
 
measurement was taken when the panel was un­shaded. After, the panels were partially shaded 
using the first column of cells on the panel in increments of two cells. Using a completely 
opaque material, the cells were covered in the following order: (1,1); (1,1) through (3,1); (1,1) 
through (5,1); (1,1) through (7,1); (1,1) through (9,1); (1,1) through (11,1). Then the panels were 
shaded horizontally using the rows of cells on the panel. Again using a completely opaque 
material, the cells were covered in the following order: Row 1, Row 1­2, Row1­3, Row 1­4, 
Rows 1­5.  
Week 3 Procedure 
For Week 3, the effect of PV cell temperature on the electrical conversion efficiency of 
the panel was sought. The general procedure for the operation and measurement with the 
MP­170 was the same setup as Week 1 and Week 2. The 10W Unisolar PV panel was placed flat 
on a surface in the sun and the MP­170 was set up to take measurements. One measurement of 
the I­V curve was taken to ensure that everything was set up correctly. A plastic bag was filled 
with ice then used to cover the entire surface of the PV panel to allow the panel to cool for 
approximately 10­15 minutes. The bag of ice was then removed and measurements were taken. 
The initial temperature readings were around 8 or 9 degrees and we took data readings until the 
temperature rose to about 50 degrees, where the temperature was close to steady state. Numerous 
measurements were taken as frequently as possible before the panel reached steady state. The 
goal of this procedure was to measure the I­V curve of the panel at several different panel 
temperatures. After the panel reached steady state, the steps in covering the panel with ice and 
taking measurements were repeated to have two complete sets of measurements, waiting 5­10 
minutes between the two tests. 
9 
 
Data and Results 
Week 1 Data 
 
Figure (1) I­V Curves for Kyocera (KY) and Uni­Solar (US) PV Panels at 0 and 30 Degrees 
 
 
  (W)Pmax   (V)V max   (A)Imax  
US Specifications  10.3   16.5  0.62 
US at 0 degrees  6.68  15.0  0.45 
US at 30 degrees  9.72  14.9  0.65 
KY Specifications  10  17.4  0.58 
KY at 0 degrees  6.2  15.3  0.41 
KY at 30 degrees  9.4  15.2  0.62 
Table (A) Rated Specifications and Measured Values for KY and US Panels at 0 and 30 degrees 
The two highest I­V curves in Figure 1 show that both the KY and US panels are both 
more consistent with their rated performances at 30 degrees (as seen in Table 1) but are still 
slightly under the maximum values. 
10 
 
 
Figure (4) Maximum Power Point Voltage vs. Global Irradiance in Plane of Panel 
Figure (5) Maximum Power Point Power Output vs. Global Irradiance in Plane of Panel 
 
The maximum panel power output power of 10.06 W occurs at a 50 degree tilt with solar 
irradiance of 1000 ./mW 2  
Week 2 Data 
 
 
Figure (8) Panel Output Power as a Function of Load Voltage for Vertical Shading 
Figure (9) Panel Output Power as a Function of Load Voltage for Horizontal Shading 
11 
 
 
As seen in Figure (8), the power output curves all have relatively different shapes but all 
uniformly reach 0 around 20 volts . For the horizontally shaded data in Figure (9), the curves are 
relatively proportional but have different voltage ranges depending on the amount of cells 
covered in the grid of the panel. However, the amount of cells shaded appear to have the same 
effect on the maximum amount of power for both horizontal and vertical shading. 
 
 
Figure (10) Shaded/Unshaded Max Power Pt Power Ratio as Function of Shade Ratio w/ Vertically Shaded Linear Fit 
Figure (11) Shaded/Unshaded Max Power Pt Power Ratio as Function of Shade Ratio w/ Horizontally Shaded Linear Fit 
 
 
Comparison of Figures (10) and (11) shows that the horizontally shaded data fits the 
linear regression best. However, it also shows that as the shaded area ratio increases, the 
maximum power ratio of horizontal shading decreases significantly faster than that of vertical 
shading. 
 
12 
 
 
Figure (12) Reduction in Electrical Conversion Efficiency as a Function of Shaded Ratio w/ Vert Shaded Linear Fit 
Figure (13) Reduction in Electrical Conversion Efficiency as a Function of Shaded Ratio w/ Horiz Shaded Linear Fit 
 
From comparison of Figures (12) and (13), it is clear that the horizontally shaded data fits 
the linear regression best. Figures (10), (11), (12), and (13) clearly show proportional 
relationship between the shaded and unshaded maximum power point power ratio and electrical 
conversion efficiency as the graphs look almost identical. Figures (12) and (13) also show that 
when the shaded ratio is less than about 0.3, the horizontal shade gives a better efficiency and 
vice versa. 
Week 3 Data 
Figures (14) and (15) in the Appendix appear to have decreasing trends but the minimum 
temperature measurements have outliers that say the maximum power output and efficiency are around 0, 
causing the linear fit to have a positive slope. This discrepancy continues throughout the rest of the graphs 
for week 3. The GHI and efficiency appear to have an inverse relationship as the GHI values get higher 
for lower efficiencies.  
 
 
13 
 
 
Figure (16) Voltage at the Maximum Power Point as a Function of Panel Temperature 
 
 
Figure (17) Current at the Maximum Power Point as a Function of Panel Temperature 
The voltage­temperature coefficient was found to be 0.062  , which is way off from/℃V  
the rated value of ­0.0027  .  and GHI appear to have a slightly negative relationship,/℃V V MPP  
while  and GHI have a slightly positive relationship.IMPP  
14 
 
 
Figure (18) Current at Maximum Power Point as a Function of Panel Temperature with Linear Regression for Data Set 1 
Figure (19) Current at Maximum Power Point as a Function of Panel Temperature with Linear Regression for Data Set 2 
The linear regression functions for each data set was used to compute the linearized 
 to GHI coefficient of  . The current­temperature coefficient wasIMPP .92248 0γ =   − 1 × 1 −4
W
A•m2
 
then calculated to be 0.0084. Notable information: Increasing the temperature reduces the band 
gap by increasing the energy of the electrons. This causes the I_sc to increase slightly and the 
V_oc to decrease. 
 
Figure (20) Corrected Electrical Conversion Efficiency relative to Panel Temperature for both data sets 
 
 The Figure above shows that the efficiency increases 0.076% per degree C. 
 
 
15 
 
Discussion and Error Analysis 
Week 1 
The objective of the full experiment was to study the reliability and efficiency of solar 
panels using two different models of panels, based on three varying conditions: tilt, shading, and 
temperature. The first week, we tested the solar panels’ capability based on tilt angle. 
During the first week of the experiment, the major systematic error that the data were 
subject to was the tilt angle, since it was the only values measured manually. It is safe to give an 
error of  for each trial. Based on the readings at 0 and 30 degrees for both the US and KY ± 2 °
 
panel, the short circuit currents and the open circuit voltages were found at each angle. At 0 
degrees tilt, the short circuit current for the US panel was 0.45A (45% error from specifications) 
and the open circuit voltage was 15.0V (9.09% error). At 30 degrees, the values were 0.65A 
(4.84% error) and 14.9V (9.70% error). For the KY panel, the values were 0.41A (29.31% error) 
and 15.3V (12.07% error) at 0 degrees tilt, and 0.62A (6.90% error) and 15.2V (12.64% error) at 
30 degrees tilt. Based on this data, two definite conclusions can be made. First, the short circuit 
currents for both panels at 30 degrees tilt were greater than the given specification values 
(104.8% efficiency for US and 106.9% efficiency for KY). Therefore, we can conclude that the 
readings are not fully accurate and that there are some systematic errors that we cannot control. 
However, the I­V curves at 30 degrees were relatively consistent with the rated performances of 
the PV panel because 30 degrees is a more optimal angle to catch total irradiance along with the 
only slightly cloudy weather that brought the values close to their maximum rated specifications. 
Secondly, the readings show that the short circuit current changes significantly with angle, but 
the open circuit voltage stays relatively constant, regardless of tilt angle. 
16 
 
 The maximum power was achieved at a 50 degree tilt angle, as highlighted in Figure 5. 
The geographic and astronomical significance of this angle is that maximum power is achieved 
when the direct normal irradiance (DNI) is perpendicular to the surface of the panel, which 
occurs at the complementary angle of the solar altitude angle (ALT or angle from the horizon to 
the sun’s center). At 9:26AM, the ALT was 34 degrees as seen in Figure A, but by the time the 
tilt angle was changed to 50 degrees at 9:44AM, the sun may have risen to an amount closer to 
40 degrees, the complementary angle of the ALT. The maximum power point on is located at 
where the curve begins to get steeper or where the current begins to drop more rapidly as the 
voltage goes up. 
The MP­170 solar sensor unit has a measurement limitation which gives a  error of%± 1  
current and voltage readings and a  error for solar irradiance readings. Since the values of.5%± 1  
current and voltage are used to calculate the max power, the limitations also attribute to the error 
in the measured value of power 
0.06 .14 W  δPmax = Pmax√0.01 .012
+ 0 2
⇒ Pmax = 1 ± 0  
I .015 I 000 5 δGI = G × 0 ⇒ G = 1 ± 1 W
m2  
*GI = global irradiance 
Week 2 
The second week, we studied the effect of shading on the production of the solar panels. 
For week 2, we studied only the US solar panel. It is safe to say that this part of the experiment 
had a very small, maybe  , error in the tilt angle because the whole experiment was at a 0± 1°
 
degree tilt and was never changed. 
17 
 
As seen in Figures 6, 7, 8, and 9, the shaded and unshaded maximum power point ratio 
and electrical conversion efficiency for vertical shading per shaded ratio first drops dramatically 
and then levels into a more linear data set, while the horizontal shading has a more linear trend 
throughout and thus fits the linear regression better. Reasons for these different trends can be 
because vertical shading may hinder the unidirectional flow of the direct current throughout the 
panel. The large jump between the first and second point in the vertical shading might be 
because shading just one cell may be exponentially weaker than covering two or more at a time. 
Our results imply that the different I­V curves and maximum power points from the 
shaded and unshaded points make affects the inverter when converting the DC to AC. The 
maximum power point tracking is thrown off since the inverter cannot choose an optimum 
voltage for all cells, especially for vertical shading with unproportional and unpredictable power 
curves. Some cells produce much less power than they could under their maximum power point 
voltage, and the power loss in partial shading is disproportionately large compared to the fraction 
of the shaded area. 
Week 3 
The third week, we studied the effect of temperature change on the production of the 
solar panels. For this week, we studied only the US solar panel. It is, again, safe to say that this 
part of the experiment had a very small, maybe  , error in the tilt angle because the whole± 1°
 
experiment was at a 0 degree tilt and was never changed. 
Based on the data readings as the temperature of the panel increases, the higher the global 
horizontal irradiance (GHI) values are, the efficiency unexpectedly gets lower. However, as seen 
in Figures 14 and 15, because of a few outlier points at the lower temperature readings, the best 
18 
 
fit line is still positive. This is because as the time of the measurements advanced later into the 
morning, the sun rose higher in the sky, causing the GHI to go up. The only explanation for 
lower efficiencies with a higher GHI in the context of this experiment is that the lower 
temperature overpowers the amount of a higher GHI on the efficiency of the panel. 
The calculated voltage­temperature coefficient of 0.062  , which is simply the slope/℃V  
of the linear fits, was not even the same sign as the rated value of ­0.0027   (/℃V .0647℃0
discrepancy : 2396.3% error). Even though most of the data looks like it has a negative trend, the 
minimum temperature of each data set have outlying values so low that the calculated linear fit 
has a positive slope, as seen Figure 16. These outliers may exist because the panel was not dry 
enough after removing the ice, causing water on the surface to diffract the irradiance.  
On a typical I­V curve, the current increases as the voltage decreases. The negative 
relationship of  and GHI and positive relationship  and GHI proves that when theV MPP IMPP  
power decreases, whether it be from GHI or temperature in this case, either voltage or current 
increases and the other has to decrease to stabilize at the new maximum power point on each I­V 
curve. The average GHI for the first trial was 823.0347 W/m​2 ​
and for the second trial, 952.2032 
W/m​2​
, with an error related to the MP­170’s limitation in measure solar irradiance and the 
number of trials. The noticeable increase in the average is most likely due to the fact that in the 
span over the two trials, the intensity of the sun increased significantly because the sun continued 
to rise in the morning. Ignoring the linear fit, Figures 16 and 17 visibly showed that voltage 
decreased as current increased. 
  .416%δ GHI = √n
1.5%
= √13
1.5%
= 0  
Trial 1 Average GHI 23= 8 ± 3W
m2  
19 
 
Trial 2 Average GHI 52= 9 ± 4W
m2  
GHI  129Δ =   ± 5W
m2  
The average maximum power currents were also determined by fitting a best fit line to the data 
set, which was 0.5293A for trial 1 and 0.5045A for trial 2. The error in these values also come 
from the MP­170’s limitation in measuring current and the number of trials. 
.277%δIMPP
= √n
1.0%
= √13
1.0%
= 0  
Trial 1 Average  .5293 .0015 AIMPP = 0 ± 0  
Trial 2 Average  .5045 .0014 AIMPP = 0 ± 0  
I .0248 .002AΔ MPP =   − 0 ± 0  
Note that the change in GHI from trial 1 to 2 is a significant positive change, while the change in 
I​MPP ​from trial 1 to 2 is a slight negative change. This shows that GHI and maximum power 
currents are inversely proportional. 
.92248 0γ = ΔGHI
ΔIMPP
= 129 W
m2
−0.0248A
=   − 1 × 1 −4
W
A•m2
 
.92248 0   .17 0  δγ =   − 1 × 1 −4
√( 5
129)
2
+ (0.002
0.0248)
2
= 0 × 1 −4
W
A•m2
 
1.92 .17) 0γ = ( ± 0 × 1 −4
W
A•m2
 
Finally, we plotted and calculated the corrected electrical conversion efficiency to determine the 
effect of temperature on the panel’s efficiency. It was determined that the panel’s efficiency 
increases 0.076% per every degree Celsius.  
 
   
20 
 
Conclusion 
In an ever so energy demanding world, new forms of energy are always being looked 
into. For the past centuries, the world has relied on mainly non­renewable resources to provide 
energy. With increasing demand for energy and the increasing rate of greenhouse emission being 
produced every year, new and renewable energy solutions are being sought out. Solar energy 
using photovoltaics stands as a clean and renewable source of energy. Using the sun’s energy, 
which seems like an inexhaustible source of energy, seems like a promising solution. Utilizing 
photovoltaics, however, can be complicated and has many factors that play a part in producing 
energy efficiently. This experiment examined how some of these factors play a role in converting 
solar energy into usable energy.  
Three factors that were analyzed was the solar panel tilt angle, partial shading, and 
temperature. After collecting data with a solar panel at various angles, the experiment showed 
that the panel produced the maximum power output at an angle of ​50 degrees​. At this angle, the 
highest open circuit voltage Voc , short circuit current I sc , maximum power output Pmpp , and 
incident irradiance GHI were recorded. Next data was collected by shading parts of the solar 
panel and seeing how it affected its results. As predicted, the experiment showed that the shaded 
and unshaded maximum power point ratio and electrical conversion efficiency for vertical 
shading per shaded ratio first drops dramatically and then levels into a more linear data set, while 
the horizontal shading has a more linear trend throughout and thus fits the linear regression 
better. Lastly, the the effect of temperature on the solar panels was analyzed. Through the data, 
the experiment showed that as the temperature increased, the voltage decreased. This can be seen 
with a negative voltage­temperature coefficient, ​­0.0027  . ​Finally, we plotted and/℃V  
21 
 
calculated the corrected electrical conversion efficiency to determine the effect of temperature on 
the panel’s efficiency. It was determined that the panel’s efficiency increases 0.076% per every 
degree Celsius.  
In conclusion, this experiment showed that in order to maximize a solar panel’s 
efficiency in producing usable energy, many factors need to be accounted for. The sun may seem 
and act as a renewable energy that is constantly hitting the Earth. But in order to convert the 
solar energy into usable energy that can be used in this world, much more development need to 
take place for solar panels. By understanding how photovoltaics works and continuing to do 
research, creating a more sustainable and cost efficient solar panel can one day play a bigger role 
in helping to create a more sustainable future.  
   
22 
 
References 
1. Kleissl, J., Garai, A. “Solar Energy Systems”. UCSD Department of Mechanical and 
Aerospace Engineering. March 2016. 
https://sites.google.com/a/eng.ucsd.edu/mae­171a­175a­126a/solar­pv 
2. Kleissl, J., Garai, A. “Solar PV Lecture”. UCSD Department of Mechanical and Aerospace 
Engineering. March 2016. 
https://sites.google.com/a/eng.ucsd.edu/mae­171a­175a­126a/solar­pv 
3. Knier, Gil. “How do Photovoltaics Work?”. NASA. March 2016. 
http://science.nasa.gov/science­news/science­at­nasa/2002/solarcells/ 
4. Photovoltaic Education Network. March 2016. ​http://pveducation.org/ 
5. Skoplaki, E., Palyvos, J.A. “On the temperature dependence of photovoltaic module 
electrical performance: A review of efficiency/power correlations.” Solar Engineering Unit, 
School of Chemical Engineering, National Technical University of Athens. 14 October 
2008. ​http://ac.els​cdn.com  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
23 
 
 
 
Appendices and Raw Data 
 
 
Figure A: Solar Altitude Angle for Week 1 
 
Figure B: Solar Altitude Angle for Week 2 
24 
 
 
Figure C: Solar Altitude Angle for Week 3 
 
 
Figure 2: Short Circuit Current ( ) vs. Tilt Angle (ᵯ)Isc  
25 
 
 
Figure 3: Open Circuit Voltage ( ) vs. Tilt Angle (ᵯ)V oc  
 
Figure 6: I­V Curves for Vertically Shaded Cells 
 
26 
 
 
Figure 7: I­V Curves for Horizontally Shaded Cells 
 
 
Figure 14: Electrical Conversion Efficiency as a Function of Panel Temperature 
 
27 
 
 
Figure 15: Maximum Power Point as  Function of Power Temperature 
 
Matlab Code 
 
 
28 
 
 
29 
 
 
30 

More Related Content

What's hot

Study of the solar radiation in Ecuador and its effects on the behavior of ph...
Study of the solar radiation in Ecuador and its effects on the behavior of ph...Study of the solar radiation in Ecuador and its effects on the behavior of ph...
Study of the solar radiation in Ecuador and its effects on the behavior of ph...Javier García Molleja
 
Enhancing the Efficiency of Solar Panel Using Cooling Systems
Enhancing the Efficiency of Solar Panel Using Cooling SystemsEnhancing the Efficiency of Solar Panel Using Cooling Systems
Enhancing the Efficiency of Solar Panel Using Cooling SystemsIJERA Editor
 
The impact of high temperature and irradiance source on the efficiency of po...
The impact of high temperature and irradiance source  on the efficiency of po...The impact of high temperature and irradiance source  on the efficiency of po...
The impact of high temperature and irradiance source on the efficiency of po...IJECEIAES
 
Mobile solar power
Mobile solar powerMobile solar power
Mobile solar powerImthiyas Vp
 
Modeling the Incidence Angle Dependence of PV Modules in PVsyst
Modeling the Incidence Angle Dependence of PV Modules in PVsystModeling the Incidence Angle Dependence of PV Modules in PVsyst
Modeling the Incidence Angle Dependence of PV Modules in PVsystKenneth J. Sauer
 
CIGS PV Module Light Soaking Effects
CIGS PV Module Light Soaking EffectsCIGS PV Module Light Soaking Effects
CIGS PV Module Light Soaking EffectsMichael Gostein
 
IRJET- Comparison of Solar Energy System Tools: A Case Study
IRJET-  	  Comparison of Solar Energy System Tools: A Case StudyIRJET-  	  Comparison of Solar Energy System Tools: A Case Study
IRJET- Comparison of Solar Energy System Tools: A Case StudyIRJET Journal
 
Investigating Of Proper Photovoltaic Panel Tilt Angle to Be Used As Shading D...
Investigating Of Proper Photovoltaic Panel Tilt Angle to Be Used As Shading D...Investigating Of Proper Photovoltaic Panel Tilt Angle to Be Used As Shading D...
Investigating Of Proper Photovoltaic Panel Tilt Angle to Be Used As Shading D...IJERA Editor
 
Systematic Approaches to Ensure Correct Representation of Measured Multi-Irra...
Systematic Approaches to Ensure Correct Representation of Measured Multi-Irra...Systematic Approaches to Ensure Correct Representation of Measured Multi-Irra...
Systematic Approaches to Ensure Correct Representation of Measured Multi-Irra...Kenneth J. Sauer
 
Indoor and outdoor investigation comparison of photovoltaic thermal air colle...
Indoor and outdoor investigation comparison of photovoltaic thermal air colle...Indoor and outdoor investigation comparison of photovoltaic thermal air colle...
Indoor and outdoor investigation comparison of photovoltaic thermal air colle...journalBEEI
 

What's hot (20)

Study of the solar radiation in Ecuador and its effects on the behavior of ph...
Study of the solar radiation in Ecuador and its effects on the behavior of ph...Study of the solar radiation in Ecuador and its effects on the behavior of ph...
Study of the solar radiation in Ecuador and its effects on the behavior of ph...
 
10 ashwini pavgi_pvpmc
10 ashwini pavgi_pvpmc10 ashwini pavgi_pvpmc
10 ashwini pavgi_pvpmc
 
23 presentation kenny supsi mar17
23 presentation kenny supsi mar1723 presentation kenny supsi mar17
23 presentation kenny supsi mar17
 
50120140503010
5012014050301050120140503010
50120140503010
 
Enhancing the Efficiency of Solar Panel Using Cooling Systems
Enhancing the Efficiency of Solar Panel Using Cooling SystemsEnhancing the Efficiency of Solar Panel Using Cooling Systems
Enhancing the Efficiency of Solar Panel Using Cooling Systems
 
The impact of high temperature and irradiance source on the efficiency of po...
The impact of high temperature and irradiance source  on the efficiency of po...The impact of high temperature and irradiance source  on the efficiency of po...
The impact of high temperature and irradiance source on the efficiency of po...
 
12 wittmer p_vsyst_pvpmc_7
12 wittmer p_vsyst_pvpmc_712 wittmer p_vsyst_pvpmc_7
12 wittmer p_vsyst_pvpmc_7
 
4 2 castillo- aguilella - annual bifacial energy yield best-fit model
4 2 castillo- aguilella - annual bifacial energy yield best-fit model4 2 castillo- aguilella - annual bifacial energy yield best-fit model
4 2 castillo- aguilella - annual bifacial energy yield best-fit model
 
Mobile solar power
Mobile solar powerMobile solar power
Mobile solar power
 
26 pvpmc presentation_mac_alpine_final
26 pvpmc presentation_mac_alpine_final26 pvpmc presentation_mac_alpine_final
26 pvpmc presentation_mac_alpine_final
 
04 winter(ptb), status and outlook of photo class
04 winter(ptb), status and outlook of photo class04 winter(ptb), status and outlook of photo class
04 winter(ptb), status and outlook of photo class
 
04 final - hobbs lave wvm solar portfolios - pvpmc
04 final - hobbs lave wvm solar portfolios - pvpmc04 final - hobbs lave wvm solar portfolios - pvpmc
04 final - hobbs lave wvm solar portfolios - pvpmc
 
Modeling the Incidence Angle Dependence of PV Modules in PVsyst
Modeling the Incidence Angle Dependence of PV Modules in PVsystModeling the Incidence Angle Dependence of PV Modules in PVsyst
Modeling the Incidence Angle Dependence of PV Modules in PVsyst
 
CIGS PV Module Light Soaking Effects
CIGS PV Module Light Soaking EffectsCIGS PV Module Light Soaking Effects
CIGS PV Module Light Soaking Effects
 
IRJET- Comparison of Solar Energy System Tools: A Case Study
IRJET-  	  Comparison of Solar Energy System Tools: A Case StudyIRJET-  	  Comparison of Solar Energy System Tools: A Case Study
IRJET- Comparison of Solar Energy System Tools: A Case Study
 
Investigating Of Proper Photovoltaic Panel Tilt Angle to Be Used As Shading D...
Investigating Of Proper Photovoltaic Panel Tilt Angle to Be Used As Shading D...Investigating Of Proper Photovoltaic Panel Tilt Angle to Be Used As Shading D...
Investigating Of Proper Photovoltaic Panel Tilt Angle to Be Used As Shading D...
 
18 deceglie modeling and monitoring rtsr
18 deceglie modeling and monitoring rtsr18 deceglie modeling and monitoring rtsr
18 deceglie modeling and monitoring rtsr
 
Systematic Approaches to Ensure Correct Representation of Measured Multi-Irra...
Systematic Approaches to Ensure Correct Representation of Measured Multi-Irra...Systematic Approaches to Ensure Correct Representation of Measured Multi-Irra...
Systematic Approaches to Ensure Correct Representation of Measured Multi-Irra...
 
Indoor and outdoor investigation comparison of photovoltaic thermal air colle...
Indoor and outdoor investigation comparison of photovoltaic thermal air colle...Indoor and outdoor investigation comparison of photovoltaic thermal air colle...
Indoor and outdoor investigation comparison of photovoltaic thermal air colle...
 
Solar inverter
Solar inverterSolar inverter
Solar inverter
 

Viewers also liked

Viewers also liked (6)

ThermalPlumeExperiment-Final
ThermalPlumeExperiment-FinalThermalPlumeExperiment-Final
ThermalPlumeExperiment-Final
 
ProjectSmartGarden
ProjectSmartGardenProjectSmartGarden
ProjectSmartGarden
 
MidtermReport
MidtermReportMidtermReport
MidtermReport
 
AtmosphericTurbulence
AtmosphericTurbulenceAtmosphericTurbulence
AtmosphericTurbulence
 
Project Smart Garden Final
Project Smart Garden FinalProject Smart Garden Final
Project Smart Garden Final
 
Presentation (1)
Presentation (1)Presentation (1)
Presentation (1)
 

Similar to PVExperiment

Experimental study of the effects of tilt, shading, and temperature on photov...
Experimental study of the effects of tilt, shading, and temperature on photov...Experimental study of the effects of tilt, shading, and temperature on photov...
Experimental study of the effects of tilt, shading, and temperature on photov...Colin Moynihan
 
Eternal Sun Group - Bifacial measurements, towards a new norm!
Eternal Sun Group -  Bifacial measurements, towards a new norm!Eternal Sun Group -  Bifacial measurements, towards a new norm!
Eternal Sun Group - Bifacial measurements, towards a new norm!Marcello Passaro
 
46 optimization paper id 0017 edit septian
46 optimization paper id 0017 edit septian46 optimization paper id 0017 edit septian
46 optimization paper id 0017 edit septianIAESIJEECS
 
Performance of low-cost solar radiation logger
Performance of low-cost solar radiation loggerPerformance of low-cost solar radiation logger
Performance of low-cost solar radiation loggerIJECEIAES
 
SGRE_2018072714405435.pdf
SGRE_2018072714405435.pdfSGRE_2018072714405435.pdf
SGRE_2018072714405435.pdfHaiderAddewany1
 
Valuation and Determination of Seven and Five Parameters of Photovoltaic Gene...
Valuation and Determination of Seven and Five Parameters of Photovoltaic Gene...Valuation and Determination of Seven and Five Parameters of Photovoltaic Gene...
Valuation and Determination of Seven and Five Parameters of Photovoltaic Gene...Ah Roueiha
 
Publications_Photovoltaics_Tianhao_Li
Publications_Photovoltaics_Tianhao_LiPublications_Photovoltaics_Tianhao_Li
Publications_Photovoltaics_Tianhao_LiTianhao Li
 
How to Improve Efficiency of Solar Panel.docx
How to Improve Efficiency of Solar Panel.docxHow to Improve Efficiency of Solar Panel.docx
How to Improve Efficiency of Solar Panel.docxAkashNaheliya
 
factor affecting on PV performance
factor affecting on PV performancefactor affecting on PV performance
factor affecting on PV performanceakshay harad
 
7 article azojete vol 9 69 81
7 article azojete vol 9 69 817 article azojete vol 9 69 81
7 article azojete vol 9 69 81Oyeniyi Samuel
 
Extended eklavya solar
Extended eklavya solarExtended eklavya solar
Extended eklavya solarprateek verma
 
Enhancing Photoelectric Conversion Efficiency of Solar Panel by Water Cooling
Enhancing Photoelectric Conversion Efficiency of Solar Panel by Water CoolingEnhancing Photoelectric Conversion Efficiency of Solar Panel by Water Cooling
Enhancing Photoelectric Conversion Efficiency of Solar Panel by Water CoolingIJAPEJOURNAL
 
Big Bang–Big Crunch Optimization Algorithm for the Maximum Power Point Track...
Big Bang–Big Crunch Optimization Algorithm for the Maximum  Power Point Track...Big Bang–Big Crunch Optimization Algorithm for the Maximum  Power Point Track...
Big Bang–Big Crunch Optimization Algorithm for the Maximum Power Point Track...IJMER
 
Design and Implementation of Maximum Power Point Tracking in Photovoltaic Sys...
Design and Implementation of Maximum Power Point Tracking in Photovoltaic Sys...Design and Implementation of Maximum Power Point Tracking in Photovoltaic Sys...
Design and Implementation of Maximum Power Point Tracking in Photovoltaic Sys...inventionjournals
 
A NOVEL APPROACH TO OBTAIN MAXIMUM POWER OUTPUT FROM SOLAR PANEL USING PSO
A NOVEL APPROACH TO OBTAIN MAXIMUM POWER OUTPUT FROM SOLAR PANEL USING PSOA NOVEL APPROACH TO OBTAIN MAXIMUM POWER OUTPUT FROM SOLAR PANEL USING PSO
A NOVEL APPROACH TO OBTAIN MAXIMUM POWER OUTPUT FROM SOLAR PANEL USING PSOijsrd.com
 
Passive Cooling on the Performance of Photovoltaic Solar Panels Operating in ...
Passive Cooling on the Performance of Photovoltaic Solar Panels Operating in ...Passive Cooling on the Performance of Photovoltaic Solar Panels Operating in ...
Passive Cooling on the Performance of Photovoltaic Solar Panels Operating in ...ijmech
 

Similar to PVExperiment (20)

Experimental study of the effects of tilt, shading, and temperature on photov...
Experimental study of the effects of tilt, shading, and temperature on photov...Experimental study of the effects of tilt, shading, and temperature on photov...
Experimental study of the effects of tilt, shading, and temperature on photov...
 
Eternal Sun Group - Bifacial measurements, towards a new norm!
Eternal Sun Group -  Bifacial measurements, towards a new norm!Eternal Sun Group -  Bifacial measurements, towards a new norm!
Eternal Sun Group - Bifacial measurements, towards a new norm!
 
A010230105
A010230105A010230105
A010230105
 
46 optimization paper id 0017 edit septian
46 optimization paper id 0017 edit septian46 optimization paper id 0017 edit septian
46 optimization paper id 0017 edit septian
 
Performance of low-cost solar radiation logger
Performance of low-cost solar radiation loggerPerformance of low-cost solar radiation logger
Performance of low-cost solar radiation logger
 
SGRE_2018072714405435.pdf
SGRE_2018072714405435.pdfSGRE_2018072714405435.pdf
SGRE_2018072714405435.pdf
 
Valuation and Determination of Seven and Five Parameters of Photovoltaic Gene...
Valuation and Determination of Seven and Five Parameters of Photovoltaic Gene...Valuation and Determination of Seven and Five Parameters of Photovoltaic Gene...
Valuation and Determination of Seven and Five Parameters of Photovoltaic Gene...
 
Publications_Photovoltaics_Tianhao_Li
Publications_Photovoltaics_Tianhao_LiPublications_Photovoltaics_Tianhao_Li
Publications_Photovoltaics_Tianhao_Li
 
Nanoantenna
NanoantennaNanoantenna
Nanoantenna
 
How to Improve Efficiency of Solar Panel.docx
How to Improve Efficiency of Solar Panel.docxHow to Improve Efficiency of Solar Panel.docx
How to Improve Efficiency of Solar Panel.docx
 
factor affecting on PV performance
factor affecting on PV performancefactor affecting on PV performance
factor affecting on PV performance
 
7 article azojete vol 9 69 81
7 article azojete vol 9 69 817 article azojete vol 9 69 81
7 article azojete vol 9 69 81
 
Extended eklavya solar
Extended eklavya solarExtended eklavya solar
Extended eklavya solar
 
Enhancing Photoelectric Conversion Efficiency of Solar Panel by Water Cooling
Enhancing Photoelectric Conversion Efficiency of Solar Panel by Water CoolingEnhancing Photoelectric Conversion Efficiency of Solar Panel by Water Cooling
Enhancing Photoelectric Conversion Efficiency of Solar Panel by Water Cooling
 
Big Bang–Big Crunch Optimization Algorithm for the Maximum Power Point Track...
Big Bang–Big Crunch Optimization Algorithm for the Maximum  Power Point Track...Big Bang–Big Crunch Optimization Algorithm for the Maximum  Power Point Track...
Big Bang–Big Crunch Optimization Algorithm for the Maximum Power Point Track...
 
Design and Implementation of Maximum Power Point Tracking in Photovoltaic Sys...
Design and Implementation of Maximum Power Point Tracking in Photovoltaic Sys...Design and Implementation of Maximum Power Point Tracking in Photovoltaic Sys...
Design and Implementation of Maximum Power Point Tracking in Photovoltaic Sys...
 
A NOVEL APPROACH TO OBTAIN MAXIMUM POWER OUTPUT FROM SOLAR PANEL USING PSO
A NOVEL APPROACH TO OBTAIN MAXIMUM POWER OUTPUT FROM SOLAR PANEL USING PSOA NOVEL APPROACH TO OBTAIN MAXIMUM POWER OUTPUT FROM SOLAR PANEL USING PSO
A NOVEL APPROACH TO OBTAIN MAXIMUM POWER OUTPUT FROM SOLAR PANEL USING PSO
 
MATLAB/Simulink based simulations of KY converter for PV panels powered LED l...
MATLAB/Simulink based simulations of KY converter for PV panels powered LED l...MATLAB/Simulink based simulations of KY converter for PV panels powered LED l...
MATLAB/Simulink based simulations of KY converter for PV panels powered LED l...
 
Passive Cooling on the Performance of Photovoltaic Solar Panels Operating in ...
Passive Cooling on the Performance of Photovoltaic Solar Panels Operating in ...Passive Cooling on the Performance of Photovoltaic Solar Panels Operating in ...
Passive Cooling on the Performance of Photovoltaic Solar Panels Operating in ...
 
Performance of solar modules integrated with reflector
Performance of solar modules integrated with reflectorPerformance of solar modules integrated with reflector
Performance of solar modules integrated with reflector
 

PVExperiment