I nte rna t io na l J o urna l o f   P o wer   E lect ro nics   a nd   Driv S y s t em   ( I J P E DS)   Vo l.  1 6 ,   No .   3 ,   Sep tem b er   2 0 2 5 ,   p p .   1 9 7 0 ~ 1 9 8 2   I SS N:  2 0 8 8 - 8 6 9 4 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijp ed s . v 1 6 . i3 . p p 1 9 7 0 - 1 9 8 2          1970       J o ur na l ho m ep a g e :   h ttp : //ij p e d s . ia esco r e. co m   Co mpa ra tive  reli a bility a nd per for ma nce ana ly sis   o PV  inv erte rs  with  bif a cia l and mo no facia l panels       M un ee s hwa r   Ra ma v a t h 1, 2 R a m a   K rish na   P uv v ula   Venk a t a 2   1 D e p a r t me n t   o f   El e c t r i c a l   a n d   El e c t r o n i c s E n g i n e e r i n g ,   B . V .   R a j u   I n st i t u t e   o f   Te c h n o l o g y ,   N a r s a p u r ,   I n d i a   2 D e p a r t me n t   o f   El e c t r i c a l ,   E l e c t r o n i c s   a n d   C o mm u n i c a t i o n   E n g i n e e r i n g ,   G I TA M   S c h o o l   o f   T e c h n o l o g y ,   H y d e r a b a d ,   I n d i a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J u l 3 0 ,   2 0 2 4   R ev is ed   Ma y   2 6 ,   2 0 2 5   Acc ep ted   J u l 2 3 ,   2 0 2 5       In   t h e   re a lm  o f   so lar  e n e rg y   sy ste m s,  th e   re li a b il it y   a n d   p e rf o r m a n c e   o p h o to v o lt a ic  ( P V)  i n v e rters   p lay   a   c rit ica ro le  i n   e n s u rin g   e fficie n e n e r g y   c o n v e rsio n   a n d   lo n g - term   o p e ra ti o n .   T h is  stu d y   d e l v e in t o   a   c o m p re h e n siv e   re li a b il it y - o rien te d   p e rfo rm a n c e   a ss e ss m e n o P i n v e rters ,   with   a   p a rti c u lar  fo c u o n   th e   c o m p a ra ti v e   a n a ly sis  b e twe e n   b if a c ial  a n d   m o n o fa c ial  p a n e ls.  Re li a b il it y   e v a lu a ti o n   is  c a rried   o u b y   c o n sid e rin g   a   y e a rly   m issio n   p ro fil e   wit h   a   one - m in u te  sa m p le  a Hy d e ra b a d ,   I n d ia.  tes ca se   o a   3 - k W   P sy ste m   f o g ri d - c o n n e c ted   a p p li c a ti o n is   c o n si d e re d .   B y   in teg ra ti n g   re li a b il it y   m e tri c with   p e rfo rm a n c e   i n d ica to rs,  we   a im  to   p ro v id e   a   h o li stic   e v a lu a ti o n   o P in v e rters   o p e ra ti n g   u n d e v a ry in g   c o n d i ti o n i n h e re n t   t o   b o t h   p a n e l   ty p e s.  T h e   re se a rc h   m e th o d o l o g y   i n v o lv e s   d e tailed   sim u lat io n a n d   fiel d   d a t a   a n a ly sis  t o   c a p tu re   th e   n u a n c e o i n v e rter   p e rfo rm a n c e   in fl u e n c e d   b y   th e   u n iq u e   c h a ra c teristics   o b ifac ial  p a n e ls,  su c h   a th e ir  a b il it y   to   c a p tu re   li g h fr o m   b o th   sid e s,  c o m p a re d   t o   t h e   t ra d it io n a l   m o n o fa c ial  p a n e ls.  In   th is  p a p e r ,   p e rfo rm a n c e   p a ra m e ters   su c h   a ju n c ti o n   tem p e ra tu re ,   M CS ,   a n d   B1 0   li fe ti m e   ( sy ste m   l e v e (S L)  a n d   c o m p o n e n lev e l   (CL))   a re   e v a lu a ted .   Ke y   fin d i n g h ig h l ig h th e   imp a c o t h e se   d iffere n c e o n   i n v e rter  re li a b il it y .   T h e   Bi - P V   p a n e e x h i b it d e c re a sin g   tren d .   In   I n d ia ,   CL  re li a b il it y   (B 1 0 is  d e c re a s e d   fro m   3 4   y e a rs  to   1 . 5   y e a rs,  a n d   S L   re li a b il it y   (B 1 0 is  d e c re a se d   fro m   2 4   y e a rs  to   1   y e a r .   In   c o m p a riso n   wit h   m o n o fa c ial  p a n e ls ,   th e   t h e rm a stre ss   o n   th e   P in v e rter  d u e   t o   th e   b ifac ial   p a n e is i n c re a se d ,   a n d   re li a b il it y   is d e c re a se d .   K ey w o r d s :   B if ac ial   Miss io n   p r o f ile   Mo n o f ac ial   Mo n te  C ar lo   s im u latio n   PV in v er ter   R eliab ilit y   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Mu n ee s h war   R am av ath   Dep ar tm en t o f   E lectr ical  an d   E lectr o n ics E n g in ee r i n g ,   B . V.   R aju   I n s titu te  o f   T ec h n o lo g y   Nar s ap u r ,   T elan g an a,   I n d ia   E m ail: m u n ee s h war . r am a v ath @ b v r it.a c. in       1.   I NT RO D UCT I O N   T h g lo b al  s h if t o war d s   r e n e wab le  en er g y   h as  h ig h lig h ted   th n ee d   to   o p tim ize  s o lar   p h o to v o ltaic  ( PV)   s y s tem s ,   wh ich   ar ce n tr al  to   s u s tain ab le  en er g y   p r o d u ctio n .   C en tr al  to   th ese  s y s tem s   ar PV  in v er ter s ,   wh ich   co n v er d ir ec cu r r en ( DC )   g en er ated   b y   s o lar   p an el s   in to   alter n atin g   cu r r en ( AC )   s u itab le  f o r   u s in   elec tr ical  g r id s   an d   d o m esti ap p licatio n s .   T h e   p er f o r m an c an d   r eliab ilit y   o f   t h ese  in v e r ter s   ar cr itical  f o r   m ax im izin g   en er g y   y ield   an d   en s u r in g   th lo n g e v ity   o f   PV  s y s tem s .   R ec en ad v an ce m en t s   in   PV   tech n o lo g y   h av in tr o d u ce d   b if ac ial  p an el s ,   wh ich   ca n   ca p tu r e   s o lar   en er g y   f r o m   b o th   th eir   f r o n an d   r ea r   s u r f ac es,  as  a   p o ten tial  alter n ativ to   th co n v en tio n al  m o n o f ac ial  p an els  th at  o n ly   u tili ze   th f r o n s u r f ac e.   B if ac ial  p an els  p r o m is h i g h er   en er g y   o u tp u t ,   esp ec ially   in   en v i r o n m e n ts   wh er g r o u n d   al b ed o   an d   r e f lectiv s u r f ac es  ca n   en h an ce   r e ar - s id ir r a d iatio n .   Ho wev er ,   th i n co r p o r atio n   o f   b if ac ial  p an els  in tr o d u ce s   n e d y n am ics  in   th e   en er g y   co n v er s io n   p r o ce s s ,   th er eb y   af f ec tin g   th p er f o r m an ce   an d   r eliab ilit y   o f   PV  in v er ter s .   T h is   s tu d y   aim s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       C o mp a r a tive  r elia b ilit a n d   p erfo r ma n ce   a n a lysi s   o f P V   in v erter s   w ith   b ifa cia l …   ( Mu n ee s h w a r   R a ma va th )   1971   to   p r o v i d th o r o u g h   r eliab ilit y - o r ien ted   p e r f o r m an ce   as s ess m en o f   PV  in v er ter s ,   with   co m p ar ativ e   an aly s is   o f   s y s tem s   u tili zin g   b if ac ial  an d   m o n o f ac ial  p a n els.  B y   ev alu atin g   th in ter p la y   b etwe en   p a n el  ty p e   an d   in v er ter   p er f o r m a n ce   u n d er   d iv e r s o p e r atio n al   co n d itio n s ,   we  s ee k   to   el u cid ate  th e   p o ten tial  b en ef its   an d   ch allen g es  ass o ciate d   with   b if ac ial  p an els.  Ou r   ap p r o ac h   i n v o lv es  co m b in atio n   o f   th e o r etica m o d elin g ,   s im u latio n   s tu d ies,  an d   em p ir ical  d ata  an aly s is   to   ca p tu r th co m p lex   i n ter ac tio n s   af f ec tin g   i n v er ter   r eliab ilit y   an d   ef f icien c y .   Un d er s tan d in g   t h ese  d y n am ics  is   e s s en tial  f o r   m an u f ac tu r e r s ,   s y s tem   d esig n er s ,   a n d   s tak eh o ld er s   aim in g   to   o p ti m ize  PV  s y s tem   p er f o r m a n c an d   en h a n ce   t h d ep lo y m en o f   s o lar   e n er g y   s o lu tio n s .   T h is   r esear ch   co n tr ib u tes  to   th g r o win g   b o d y   o f   k n o wled g n ec ess ar y   f o r   ad v an cin g   PV   tech n o lo g y   an d   f o s ter in g   th a d o p tio n   o f   m o r r eliab le  a n d   e f f icien t r en ewa b le  e n er g y   s y s tem s .   Ma n y   co u n tr ies  h av r ea ch e d   g r id   p ar ity   with   s o lar   p h o to v o ltaic  s y s tem s ,   an d   m an y   p lan s   ar e   p r o p o s ed   to   r ea ch   1 0 0 u tili za tio n   o f   g r ee n   en er g y   s o u r ce s   b y   2 0 5 0 .   Fu r th er m o r e,   in   th e   n ex ten   y ea r s ,   th co s o f   r en ewa b les  is   p r o jecte d   to   u n d er c u th co s o f   f o s s il  f u els  [ 1 ] .   Nev er th eless ,   th PV  s y s tem   i s   o n o f   th p r e f er r ed   s o lu tio n s   f o r   f u tu r e n er g y   d e m an d .   T h e   f ac t o r s   f o r   th e   in cr ea s in g   ten d en c y   o f   th e   PV  m ar k et   ar in cr ea s ed   en e r g y   d em an d ,   g o v er n m en p o licies  to war d s   r en ewa b le  en er g y   s o u r ce s ,   c o n ce r n s   r elate d   to   th e   en v ir o n m en t,  r ap id   d ev elo p m en in   PV  tech n o lo g ies,  a n d   a n   in cr ea s in   PV  in s tallatio n s   g lo b ally .   r ec e n ad v an ce m e n t in   PV p an el  tech n o lo g y   c o n ce r n ed   with   en e r g y   y ield   is   th B i - PV p an el.   As t h n am im p lies ,   it  ca n   h ar v est  en er g y   f r o m   b o t h   s id es ,   i.e . ,   f r o n an d   r ea r   s id es  o f   th p an el ,   as  s h o wn   in   Fig u r 1 ,   wh ich   lea d s   to   in cr ea s ed   en e r g y   y ield .   He n ce ,   th is   tech n o l o g y   attr ac te d   th PV  in d u s tr y   in   r ec en y ea r s   [ 2 ] .   Acc o r d in g   t o   th I E PVPS   r ep o r [ 3 ] ,   B i - PV  s h ar es  ab o u 2 0 o f   th g lo b al  PV  ce ll  m ar k et  in   2 0 2 1 .   B y   2 0 3 0 .   I is   p r ed icted   t h at  th is   will  r is to   7 0 %.  T h e   m ar k et  s h ar e   o f   B i - PV  m o d u les  h as  b ee n   esti m ated   at  1 2 in   2 0 2 0   an d   is   ex p ec ted   to   g r o to   3 0 b y   2 0 3 0 .   T h is   in d icate s   th a m o s o f   th f u tu r p r o d u ctio n   o f   th ese  ce lls   will   b u tili ze d   i n   Mo - PV  m o d u les.  I n   o r d er   to   im p r o v t h p o wer   r atin g   o f   t h ese  co m p o n en ts ,   wh ite  b ac k   en ca p s u lan ts   an d   r ef lectiv b ac k   s h ee ts   ca n   b u s ed .   Sev er al  r esear ch   f ac ilit ies  ar cu r r en tly   co n d u ctin g   s tu d ies o n   th p er f o r m a n ce   an d   d esig n   o f   B i - PV m o d u les to   im p r o v t h eir   ef f icien c y   an d   r ed u ce   th eir   c o s t.           Fig u r 1 .   B i - PV  p an el       R o d r íg u ez - Galleg o s   et   a l.   [ 4 ]   an aly ze d   th e   v ar io u s   d esig n   p ar am eter s   o f   PV  s y s tem s   to   d eter m in e   wh ich   ty p o f   m o d u le  wo u l d   r esu lt  in   th lo west  lev elize d   co s o f   en er g y   ( L C OE ) .   I r e v ea led   th at  th m o s o p tim al  d esig n   f o r   s ites   is   B i - PV  m o d u le  o n   a   h o r izo n tal  s in g le - ax is   tr ac k er   ( HSAT ) .   On   th o th er   h an d ,   Mo - PV  s y s tem s   wer th leas ef f icien at  r ed u cin g   th L C OE   o f   3 . 1 o f   th lan d   ar ea .   W h en   co m p ar ed   to   Mo - PV  s y s tem s ,   B i - PV  m o d u les  h av th e   lo west  L C OE   in   a r ea s   with   h ig h   latitu d es.  T h is   tr en d   is   e x p ec ted   to   co n tin u f o r   th n ex d ec ad e.   B i - PV   m an u f ac tu r er s   T r in So lar ,   L ONGi,   an d   L clai m   u p   to   3 0 m o r en er g y   y ield .   Ab o u 2 0   co u n tr ies  h ad   alr ea d y   in s talled   th B i - PV  p an els  b y   th en d   o f   A u g u s 2 0 1 9 .   T h to tal  in s talled   B i - P p an el  ca p ac ity   is   8 . 5 3   GW ,   an d   it i s   f o r ec ast ed   th at  ab o u t 2 1   GW   to   b in s talled   b y   2 0 2 4 .   T h e   g lo b al  an n u al  b if ac ial  in s talled   ca p ac ity   is   s h o wn   in   Fig u r 2   [ 5 ] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t ,   Vo l.  16 ,   No .   3 Sep tem b er   20 25 197 0 - 1 9 8 2   1972       Fig u r 2 .   Glo b al  an n u al  in s talled   b if ac ial  s o lar   ca p ac ity   [ 5 ]       F i g u r e   3   s h o w s   t h e   c o u n t r y - w i s e   Bi - P V   i n s t a l l e d   c a p a c i t y .   C h i n a   l e a d s   w i t h   6 2 8 2   M W ,   f o l l o w e d   b y   t h e   U S A ,   B r a z i l ,   E g y p t ,   a n d   A u s t r a l i a .   A b o u t   1 0 0   M W   i s   i n s t a l l e d   i n   T a i w a n ,   M e x i c o ,   O m a n ,   a n d   1   0 3 5   M W   h a v e   b e e n   b u i l t   i n   E u r o p e a n   c o u n t r i e s .   A   m o d e l   t o   e s t i m a t e   t h e   r e a r   s o l a r   i r r a d i a n c e   i s   p r e s e n t e d   i n   P e l a e z   e t   a l .   a n d   [ 6 ] .   Z e n g w e i   e t   a l .   [ 7 ] ,   t h e   p e r f o r m a n c e   a n a l y s i s   o f   B i - P V   p a n e l s ,   c o n s i d e r i n g   h o r i z o n t a l   a n d   i n c l i n e d   s u n   t r a c k e r s   i n   s e v e r a l   l o c a t i o n s   i n   C h i n a ,   i s   c o m p a r e d   w i t h   M o - P V   p a n e l s .   A l s o ,   a   c o m p a r a t i v e   a n a l y s i s   o f   f l o a t i n g - t y p e   p a n e l s   i s   p e r f o r m e d   b y   W i d a y a t   e t   a l .   [ 8 ] ,   a n d   a n   e x p e r i m e n t a l   m o d e l   f o r   b o t h   p a n e l s   i s   i m p l e m e n t e d   A y a d i   e t   a l .   [ 9 ] .   I n   O n t a r i o ,   b i f a c i a l   s o l a r   p a n e l s   w e r e   a b l e   t o   g a i n   a n   1 8 %   a n n u a l   e n e r g y   y i e l d   w h e n   c o m p a r e d   t o   M o - P V   p a n e l s .   T h e r e   i s   a   s i g n i f i c a n t   i n c r e a s e   i n   p o w e r   p r o d u c t i o n   o f   a b o u t   1 3   %   t o   3 5   %   d u r i n g   s u n n y   d a y s   a n d   4 0 %   t o   7 0 %   d u r i n g   c l o u d y   d a y s   [ 1 0 ] .   I n   J a p a n ,   a   1 . 2   M W   b i f a c i a l   p o w e r   p l a n t   w a s   a b l e   t o   g a i n   a   b i f a c i a l   g a i n   o f   a l m o s t   2 0 %   d u r i n g   t h e   p a s t   t w o   y e a r s .   T h i s   p r o j e c t   w a s   d e v e l o p e d   b y   t h e   l o c a l   c o m p a n y ,   t h e   H o k u t o   G r o u p .   T h e   p e r f o r m a n c e   o f   B i - P V   p a n e l s   h a s   b e e n   e x t e n s i v e l y   e x a m i n e d   i n   s e v e r a l   s t u d i e s   [ 1 1 ] [ 1 5 ] .           Fig u r 3 .   C o u n tr y - wis e   Bi - PV in s talled   ca p ac ity   [ 5 ]       Me an wh ile,   PV  m an u f ac tu r er s   f o cu s ed   o n   im p r o v i n g   th d esig n   f o r   h ig h ly   r elia b le  p o wer   elec tr o n ics  co n v er s io n   s y s tem s .   B i - PV  p an el  in ev itab ly   af f e cts  th lo ad in g   p e r f o r m an ce   o f   PV  in v er te r ,   as  it   o p er ates  n ea r ly   th r ated   p o w er   f o r   lo n g er   d u r atio n .   T h is   lead s   to   an   in cr ea s in   th er m al  s tr ess   o n   p o wer   elec tr o n ic  co m p o n en ts .   PV  in v er ter   is   r ep o r te d   as  th e   m o s u n r eliab le   co m p o n e n t.   T h m o s cr itical  co m p o n en ts   o f   p h o to v o ltaic  p lan ts   ar p o wer   elec tr o n ic  s y s tem s   [ 1 6 ] [ 1 8 ] .   T h e   f ield   s u r v ey   f r o m   2 0 0 1   t o   2 0 0 6   o n   u n s ch ed u led   co s ts   an d   ev en ts   o f   PV p la n ts   is   p r esen ted   in   Fig u r es 4   an d   5 ,   r esp ec tiv ely .   to tal  o f   1 5 6   ev e n ts   ar r ec o r d ed   an d   ca teg o r ized   as  PV  in v er ter ,   PV  p an els,  ju n ctio n   b o x ,   s y s tem ,   AC   d is co n n ec ts ,   an d   d ata  ac q u is itio n .   Am o n g   t h ev en ts ,   PV  in v er ter   s h ar es  3 7 an d   th co s ass o ciate d   with   it  is   5 9 %.  T h er ef o r e,   th PV  in v er ter   is   th m o s cr u cia co m p o n e n an d   p lay s   s ig n if ican r o le  in   ter m s   o f   r eliab ilit y   co n ce r n s .   I n cr e ased   r eliab ilit y   co n ce r n s   m a y   co u n ter ac th b e n ef its   o f   B i - PV  p an els ,   i.e . ,   in cr ea s ed   en er g y   y ield   h as  n eg ativ ef f ec o n   th e   s y s tem   [ 1 6 ] .   He n ce ,   life tim a n aly s is   o f   PV  in v er ter   is   r eq u ir ed   to   en s u r e   its   r eliab ilit y .   Miss io n   p r o f ile  ( MP)   in   ter m s   o f   s o lar   ir r ad ian ce   ( SI)   an d   am b ien tem p er atu r ( T A )   is   co n s id er ed   as  th f ac to r   af f ec tin g   th p e r f o r m a n ce   an d   r eliab ilit y   o f   PV  in v er ter s .   T h e   im p ac o f   SI  an d   T A   o n   PV  B i f a c i a l   S o l a r   C a p a c i t y   i n   M W 0 5625 1 1250 16875 22500 T i me  i n   Y e ar s 2009 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2024E 21000 5420 2689 315 97 6 0.1 1.5 2                                                                                                                                                                                                 R                                                                                                     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       C o mp a r a tive  r elia b ilit a n d   p erfo r ma n ce   a n a lysi s   o f P V   in v erter s   w ith   b ifa cia l …   ( Mu n ee s h w a r   R a ma va th )   1973   in v er ter   r eliab ilit y   at   d if f e r e n lo ca tio n s   is   p r esen ted   in   [ 1 9 ] Ksh atr i   et   a l.   p r esen te d   MP  MP - o r ie n ted   r eliab ilit y   ass e s s m en t.  Ho we v er ,   in   th ese  s tu d ies,  p er f o r m an ce   is   ev alu ated   co n s id er in g   o n ly   th Mo - PV   p an el,   wh e r e n er g y   is   h a r v e s ted   o n ly   f r o m   th e   f r o n t   s id e.   R eliab ilit y - o r ien ted   ass ess m en o f   PV  i n v e r ter   s tu d ies  is   also   p r esen ted   in   [ 2 1 ] - [ 2 3 ] .   T h er ef o r e,   in   t h is   p ap er   c o m p ar ativ r eliab ilit y   ev al u atio n   b etwe en   b if ac ial  a n d   Mo - PV  p an els  is   ca r r ied   o u o n   s in g le - p h ase   in v er ter   f o r   3 - k W   PV  to   ex p lo r th ch allen g es.  T h is   ev alu atio n   is   p er f o r m ed   with   y ea r ly   MP  d ata  f r o m   Hy d er ab ad ,   I n d ia.   L if etim ( L T )   s am p les  o f   1 0 0 0 0   ar g en er a ted   u s in g   th MCS   with   5 v a r iatio n .   L T   o f   PV  i n v er ter   with   a   1 0 %   p r o b ab ilit y   o f   b ea r in g   f ailu r e   ( B 1 0 )   at   t h s y s tem   lev el   ( SL)   an d   co m p o n e n t le v el  ( C L )   ar ca lcu lated   an d   c o m p ar e d   f o r   b o th   th b if ac ial  a n d   Mo - PV p a n els.             F i g u r e   4 .   P V   p l a n t   u n s c h e d u l e d   m a i n t e n a n c e   e v e n t s   [ 1 6 ]     F i g u r e   5 .   P V   p l a n t   u n s c h e d u l e d   m a i n t e n a n c e   c o s t s   [ 1 6 ]       2.   RE L I A B I L I T ANA L YS I O F   P I NVER T E R   T h p o wer   elec tr o n ic  s witch   is   r ep o r ted   as  th m o s f ailed   co m p o n en t.  T h c o m m o n   f ail u r es ,   wea r   out ,   an d   b o n d   wir e   lifto f f ,   ar e   r ep o r te d   Ksh atr et  a l.   [ 2 0 ] .   T h er m al  s tr ess   is   th m ain   r e aso n   f o r   th f ailu r e.   Hen ce ,   to   o b tain   th e   r eliab ilit y   o f   th e   PV  in v er ter ,   th p er f o r m an ce   o f   th p o wer   elec tr o n ic   s witch   n ee d s   to   b ev alu ated .   Fo r   th is   s tu d y ,   an   i n s u lated   g ate  b ip o lar   tr an s is to r   ( I GB T )   is   co n s id er ed   to   p r o v id th s witch in g   o p er atio n .   T h r eliab ilit y   e v al u atio n   o f   th PV in v er ter   f o llo ws s ev er al  s tag es a s   s h o wn   in   Fig u r 6 .     2 . 1 .     Da t a   lo g g ing   o f   m is s io n pro f ile   Yea r ly   MP  i.e . ,   SI  an d   T p r o f iles   ( Sep - 2 0 2 0   to   A u g - 2 0 2 1 )   at  th I n d ia  lo ca tio n   ar lo g g ed   b y   th e   PV  w                                          “   V   R  j                                            ,   N            ,          k ,                ,           ”,   wh er L atitu d is   1 7 . 7 3 9 4 °  an d   L o n g itu d is   7 8 . 2 8 4 6 °   E .   C MP1 1   Py r a n o m eter   f r o m   Kip p   a n d   Z o n en   m an u f ac tu r er   is   u s ed   t o   m ea s u r s o lar   ir r ad ian ce ,   R T d ev ice  f r o m   Kip p   &   Z o n e n   m a n u f ac tu r er   is   u s ed   to   m ea s u r am b ien t   tem p er atu r e ,   C R 3 0 0 0   d ata   lo g g er   f r o m   C am p b ell  Ma n u f ac tu r er   is   u s ed   to   lo g   m is s io n   p r o f ile.   R S4 8 5   ca b le  is   u s ed   a s   co m m u n icatio n   ca b le  an d   in ter f ac ed   to   th C PU  v ia  R S 2 3 2   ca b le  as  s h o wn   in   Fig u r 7 .   T h clim atic  co n d itio n   in   I n d ia  is   r elativ ely   h o t.  Av er ag SI  is   r elativ ely   h ig h   o v er all  f o r   th y ea r   at  th I n d ia  lo ca ti o n .   T h m is s io n   p r o f ile  is   lo g g ed   as sh o wn   in   Fig u r 8   [ 2 4 ] .     2 . 2 .     J un ct io n t em pera t ure  c a lcula t io n   T o   q u an tif y   th f ailu r es o f   I G B T ,   its   ju n ctio n   tem p er atu r ( T j)   v ar iatio n s   n ee d   to   b ass ess ed .   Yea r ly   Tj   n ee d s   to   b e   ca lcu lated   f r o m   MP.   T o   o b tain   th e   T j,  a n   el ec tr o - th er m al   m o d eli n g   t o p o l o g y   is   r eq u ir e d .   T h e   Fo s ter   E lectr o   T h er m al  ( FET )   m o d el  is   co m m o n ly   u s ed   b y   th m an u f ac tu r er s h en ce ,   it  is   u s ed   in   th is   p ap er   to   ca lcu late  th T j.  T h e   p ar am eter s   o f   FET   m o d el  a r tak en   f r o m   [ 2 1 ] .     2 . 3 .     Ra inflo w   a na ly s is   T o   an aly ze   v ar iatio n s   o f   T j,   co u n tin g   alg o r ith m   is   r eq u ir ed .   I n   th is   p ap e r ,   th v ar i atio n s   ar an aly ze d   u s in g   th e   r ain f lo c o u n tin g   alg o r ith m .   T h p ar am eter s   th at   ar e x tr ac ted   u s in g   t h an aly s is   ar e   th e         b                     N  ,                                                 ,                                 Δ   j.       P V  I n ve r te r P V  P an e l s Ju n c ti on   B o x S ys te m A C  D i s c on n e c ts D a ta   A c q u i s i ti on Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t ,   Vo l.  16 ,   No .   3 Sep tem b er   20 25 197 0 - 1 9 8 2   1974       Fig u r 6 .   Flo wch ar f o r   r eliab i lity   ass es s m en t               ( a)   ( b )   ( c)     Fig u r 7 .   Data   lo g g in g   s y s tem : ( a)   C MP1 1   py r a n o m eter ,   ( b )   R T d ev ice,   an d   ( c )   C R 3 0 0 0   d ata  lo g g er           Fig u r 8 .   Yea r ly   MP: ( a)   s o lar   ir r ad ian ce   ( W h /m 2 )   a n d   ( b )   a m b ien t te m p er at u r ( o C )       2 . 4 .    L if et i m m o del   T h er ar e   s e v e r al   L T   m o d e ls   u s e d   f o r   p o we r   s e m ic o n d u ct o r s .   T h ese   a r e   c at eg o r iz e d   in to   t wo   t y p es ,   i.e . ,   p h y s i ca m o d els  an d   a n al y tica m o d e ls .   B ase d   o n   t h t h e r m o - m ec h a n i ca l   as p e cts ,   L T   m o d els  a r e   d esi g n e d   co n s i d e r i n g   t h e   f ai lu r e   m e ch a n is m s   a n d   te m p er at u r e   p r o f il e s .   T h e   p h y s i ca m o d el   r e q u i r e s   t h e   k n o wle d g e   o f   s tr ess /s tr ai n   d e f o r m ati o n   a n d   f ai lu r e   m e ch a n is m s .   B y   co n d u ct in g   t h e   ex p er i m e n ts ,   s t r ess /s tr ai n   d ef o r m ati o n   an d   f ai lu r e   m ec h a n is m s   c an   b k n o w n .   An al y ti ca l   m o d els   a r e   b as ed   o n   t h e   n u m b e r   o f   cy cles   t o   f a il u r e   ( Nf i) .                                            [   5 ]   is   i m p le m e n t ed   i n   t h is   wo r k .   I n   th is   m o d el ,   N f   is   ca lc u la te d   u s i n g   ( 1 ) .     = ( ) 1 . 2 ( +   273 )   .  3 . 4 . 5 . 6   ( 1 )     W h er e =   tech n o lo g y   f ac to r 1   to   6   =   co ef f icien ts =   cu r r en p er   f o o b o n d =   v o ltag class   an d   =   d iam eter   o f   t h b o n d   wir e T h L T   is   ca lcu lated   u s in g   ( 2 ) .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       C o mp a r a tive  r elia b ilit a n d   p erfo r ma n ce   a n a lysi s   o f P V   in v erter s   w ith   b ifa cia l …   ( Mu n ee s h w a r   R a ma va th )   1975   =   1  .       ( )  .             (   )     ( 2 )     2 . 5 .     Relia bil it y   a na l y s is   us i n g   M CS   I n   th is   p ap er ,   L T   is   ca lcu lated   at  ea ch   s am p le  u s in g   ( 2 ) ,   a n d   L T   s am p les  o f   1 0 , 0 0 0   ar e   g en er ate d   u s in g   th MCS   with   5 v ar iat io n .   W eib u ll  d is tr ib u tio n   is   u s ed   to   f it  th s am p les.  T h r elia b ilit y   f u n ctio n   R ( t)   is   ca lcu lated   at  b o th   SL  an d   C L   u s in g   ( 3 )   an d   ( 4 ) .     ( ) =   ( )   ( 3 )     W h er e R i ( t )   r eliab ilit y   o f   in d iv i d u al  co m p o n e n t;      s ca le  p ar am eter   γ   s h ap er   p ar am ete r .   T h to tal  S L   r eliab ilit y   is   g iv en   as   ( 4 ) .      ( ) =   ( ) = 1   ( 4 )       3.   RE SU L T S AN D I SCU SS I O N   T o   e v a l u a t e   t h e   p e r f o r m a n c e   o f   b i f a c i a ( B i - P V )   p a n e ls ,   a   ca s e   s t u d y   i n v o l v i n g   a   3 - k W   g r i d - c o n n e c t e d   P V   s y s t e m   i s   c o n d u c t e d .   T h e   PV   s y s t e m   i n cl u d e s   B P 3 6 5   s o l ar   p a n e l s ,   a   f u l l - b r i d g e   i n v e r t e r ,   a n d   I G W 3 0 N 6 0 H 3   i n s u l a te d - g a t e   b i p o l a r   t r a n s is t o r s   ( I GB T s )   f r o m   I n f i n e o n ,   w h ic h   a r e   s e le c t e d   as   s w it c h e s   i n   th e   i n v e r t e r .   T h e   c as s t u d y   is   m o d e l e d   a n d   s i m u la t ed   i n   t h e   P L E C S   e n v i r o n m e n t ,   a s   il l u s t r a t e d   i n   Fi g u r e   9 ,   a n d   t h e   d e t a il e d   s y s t e m   c o n f i g u r a t i o n   i s   p r o v i d e d   i n   T a b l e   1 .   A   c o m p r e h e n s i v e   r e l i a b i li t y   a n a l y s i s   is   p e r f o r m e d ,   c o m p a r i n g   t h e   p e r f o r m a n c e   o f   m o n o f a c i a l   ( M o - P V )   a n d   b i f a c i al   ( B i - P V )   p a n e l s   u n d e r   i d e n t ic a l   o p e r a ti o n a l   c o n d i t i o n s .           Fig u r 9 .   Pro p o s ed   test   ca s e       T ab le  1 .   3 - k W   test   ca s p ar am eter s   I t e m   P a r a me t e r   P a n e l   m a k e   n u mb e r   BP - 3 6 5   I n v e r t e r   p o w e r   ( k W )   3 - kW   R a t e d   g r i d   v o l t a g e   2 3 0   V o l t s   R a t e d   g r i d   f r e q u e n c y   5 0   H e r t z       3 . 1 .     P inv er t e re lia bil it y   a na ly s is   co ns i dering   M o - P p a nel   I n   th is   ca s e,   th Mo - PV  p a n el  h as  b ee n   s elec ted   as  th e   p r im ar y   s y s tem   u n d er   e v alu atio n .   Fo r   p er f o r m an ce   b en c h m ar k i n g ,   Ma x im u m   Po wer   ( MP)   d ata  s p ec if ic  to   I n d ia  h as  b ee n   u tili ze d   to   en s u r r ea lis tic  r ep r esen tatio n   o f   l o ca s o lar   co n d itio n s .   T h co r r esp o n d in g   d ataset  ca p tu r es  v a r iatio n s   in f lu en ce d   b y   r eg io n al  clim atic  an d   ir r ad ian ce   f ac to r s ,   m ak in g   it  h ig h ly   r elev an f o r   th s tu d y .   Fig u r 7   illu s tr ates  th M d ata  d is tr ib u tio n   ac r o s s   I n d ia,   p r o v id i n g   v is u al  r ef er en ce   f o r   th ev alu atio n   p r o ce s s .     3 . 1 . 1 .   Ca lcula t io n o f   j un ct io n t em pera t ure   T o   an aly ze   th th er m al  cy cli n g   b eh av i o r   o f   th s y s tem ,   it  is   e s s en tial  to   ca lcu late  th e   ju n ctio n   tem p er atu r e   ( T j )   v ar iatio n s   o f   th I GB T .   T h ese  v ar iatio n s   d i r ec tly   in f l u en ce   th r eliab ilit y   an d   life tim e   o f   th e   d ev ice,   as  r e p ea ted   t h er m al  s t r ess es  ca n   lead   to   m ater ial  d e g r ad atio n   an d   f ailu r e .   T h e   Fo s ter   elec tr o - th er m al   m o d el  is   em p lo y ed   to   ac cu r a tely   d eter m in T b y   r ep r ese n tin g   th tr a n s ien th er m al  r e s p o n s th r o u g h   a n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t ,   Vo l.  16 ,   No .   3 Sep tem b er   20 25 197 0 - 1 9 8 2   1976   eq u iv alen R C   n etwo r k .   Fig u r 1 0   illu s tr ates  th is   m o d el,   wh ich   p r o v i d es  clea r   f r am e wo r k   f o r   esti m atin g   tem p er atu r f l u ctu atio n s   u n d er   v ar y in g   o p e r atin g   c o n d itio n s .           Fig u r 1 0 .   T j a H y d er a b ad ,   I n d ia       3 . 1 . 2 .   Ra inflo co un t ing   a na ly s is   T h ch an g i n   th ju n ctio n   te m p er atu r ( T j )   is   an aly ze d   b y   u s in g   th r ain f lo w   co u n tin g   alg o r ith m ,   wh ich   tr an s f o r m s   th c o m p lic ated   ju n ctio n   tem p er atu r p r o f ile  in to   s er ies  o f   s im p le  th e r m al  cy cles  with   b in ar y   d ig ital  f o r m at.   B ased   o n   th is   an aly s is ,   th r ee   m ajo r   p ar am eter s   ar o b tain e d ,   wh ich   ar th n u m b er   o f   cy cles  ( Ni) ,   th av er ag ju n ctio n   tem p er atu r ( T jm ) ,   an d   t h tem p er atu r s win g   ( o   T ) .   T h cy cle  co u n Ni  r ep r esen ts   th f r eq u e n cy   o f   o cc u r r en ce   o f   p a r ticu lar   th e r m al  lo ad ,   an d   T jm ,   t h av e r a g o f   m ax im u m   a n d   m in im u m   tem p e r atu r o n   ea ch   cy cle,   s ig n if ies  th th er m al  en v ir o n m en ca u s in g   m ater ial  d eg r ad atio n .   T h er m al  s tr ess   ca n   b s ee n   th r o u g h   its   tem p er atu r s win g ,   0   T ,   wh ich   is   ca lcu lated   as  t h d if f er en ce   b etwe en   th m ax im u m   a n d   m i n im u m   t em p er atu r es  o v er   o n cy cle.   F ig u r 1 1   s h o ws   th ese  p ar am et er s   th at  ar n ee d ed   to   ev alu ate  th er m al  f atig u a n d   d eter m in t h life tim o f   p o wer   elec tr o n ics co m p o n en ts .           Fig u r 1 1 .   R ain f lo m atr ix   in   th I n d ia  lo ca tio n       3 . 1 . 3 .   L if et im a nd   M CS - ba s ed   re lia bil it y   ev a lua t io n   T h L T   f o r   s tatic  v alu es  r ep r e s en ts   th co n s tan f ailu r e ,   b u p r ac tically ,   it  is   n o f ea s ib le.   Hen ce ,   ten   th o u s an d   s am p les  with   f iv p e r ce n v ar iatio n   ar e   g en e r ated   u s in g   MCS .   L T   is   ca lcu lated   at  ea ch   s am p le  u s in g   ( 6 )   an d   f itted   in   W eib u ll  d i s tr ib u tio n   as  s h o wn   in   Fig u r e   1 2 .   T h r eliab ilit y   f u n ctio n   R ( t)   is   ca lcu lated   at   b o th   SL  an d   C L   u s in g   ( 3 )   an d   ( 4 )   as sh o wn   in   Fig u r es 1 3   an d   1 4 ,   r esp ec tiv ely .   Fro m   th f in d i n g s   m en tio n e d ,   th B 1 0   lin in ter s ec tin g   th r eliab ilit y   cu r v in d icate s   t h tim at   wh ich   1 0 o f   th e   p o p u latio n   is   ex p ec te d   to   f ail.   Fo r   co m p o n en t - le v el  f ailu r es,  th is   p o i n is   r ea ch ed   at   3 4   y ea r s ,   wh ile  f o r   s y s tem - lev el  f ailu r es,  it's   r ea ch ed   at  2 4   y ea r s .   T h is   s u g g ests   th at  wh ile  in d i v id u al  co m p o n en ts   m ig h h av lo n g er   life s p an ,   th s y s tem   as  a   wh o le  is   m o r s u s ce p tib le  to   f ailu r d u to   in ter ac tio n s   b etwe en   co m p o n en ts   o r   o th er   s y s tem - lev el  f ac to r s .   T h is   h ig h lig h ts   th im p o r tan ce   o f   co n s id er i n g   b o th   co m p o n e n an d   s y s tem - lev el  r eliab ilit y   in   PV sy s tem   d esig n   an d   m ain te n an c e.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       C o mp a r a tive  r elia b ilit a n d   p erfo r ma n ce   a n a lysi s   o f P V   in v erter s   w ith   b ifa cia l …   ( Mu n ee s h w a r   R a ma va th )   1977   3 . 2 .     P inv er t e re lia bil it y   a na ly s is   co ns i dering   B i - P pa nel   I n   th is   an aly s is ,   b if ac ial  PV  p an els  ar ev alu ated   u n d e r   d if f er en en er g y   y ield   s ce n ar io s   c o m p ar ed   to   tr ad itio n al  m o n o f ac ial   p an els .   T h s ce n a r io s   co n s id er   B i - PV  p an els  p r o d u cin g   0 %,   3 0 %,  an d   5 0 m o r e   en er g y   y ield .   T h is   allo ws  f o r   co m p r eh e n s iv co m p a r is o n   o f   th p er f o r m a n ce   an d   r eliab ilit y   o f   b o th   p a n el  ty p es  u n d er   v a r y in g   c o n d itio n s ,   p r o v id in g   in s ig h ts   in to   th p o ten tial  b en ef its   an d   ch all en g es  o f   ad o p ti n g   b if ac ial  tech n o lo g y .   T h 0 %   in cr ea s s ce n ar io   s er v es  as   b aselin e   co m p a r is o n ,   r ep r esen tin g   eq u iv alen t   en er g y   p r o d u ctio n   b etwe en   b i f ac ial  an d   m o n o f ac ial  p an els.  T h 3 0 a n d   5 0 s ce n ar io s   ex p lo r t h im p ac t   o f   in cr ea s ed   en er g y   y ield   o n   s y s tem   p er f o r m an ce   an d   r eliab ilit y   m etr ics,  h elp in g   to   q u a n tify   th p o ten tial  ad v an tag es o f   b if ac ial  tech n o l o g y   in   d if f er e n t e n v i r o n m e n ts .           Fig u r 1 2 .   PV in v er ter   life tim d is tr ib u tio n   at  I n d ia  lo ca tio n         Fig u r 1 3 .   R eliab ilit y   f u n ctio n   R ( t)   in   I n d ia  ( C L )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t ,   Vo l.  16 ,   No .   3 Sep tem b er   20 25 197 0 - 1 9 8 2   1978       Fig u r 1 4 .   R eliab ilit y   f u n ctio n   R ( t)   at  I n d ia  ( SL)       3 . 2 . 1 .   J un ct io n t em pera t ure  ca lcula t io n   T o   u n d e r s tan d   th ef f ec o f   I GB T   th er m al  cy cle  v ar iat io n s ,   th ju n ctio n   tem p er atu r ( T j)   is   co m p u ted   b y   u s o f   th Fo s ter   elec tr o - th er m al  m o d el ,   w h ich   co n s id er s   th s o u r ce   o f   d y n am ic  th e r m al   b eh av io r   d r iv en   b y   p o we r   lo s s es.  Sev er al  ca s es  ar an al y z ed   r eg a r d in g   a   B i - f ac ial  PV  s y s tem   with   0 %,  30% ,   an d   5 0 h ig h er   en er g y   y ield   r elate d   to   h i g h er   in v er t er   lo ad   a n d   t h er m al  s tr ess .   T h r esu ltin g   m ea n   T j   v alu es  in   th ese  ca s es  ar il lu s tr ated   in   Fig u r 1 5 ,   wh ich   u n d er s co r es  th s u b ject  o f   e n er g y   y ield   a n d   its   in f lu en ce   o n   th I GB T   th er m a ls .             Fig u r 1 5 .   Av er ag T j a th I n d ia  lo ca tio n       3 . 2 . 2 .   Ra inflo co un t ing   a na ly s is   T h v ar iatio n s   o f   ju n ctio n   tem p er atu r ( T j )   ar s y s tem atica lly   an aly ze d   u s in g   th r ain   f lo w   co u n tin g   alg o r ith m ,   wh ic h   is   wid ely   ap p lied   f o r   t h er m al  f atig u ass ess m en t.  T h is   m eth o d   e n ab les  t h id en tific atio n   o f   th er m al  cy cles  f r o m   f lu ctu atin g   T p r o f iles ,   allo win g   f o r   m o r ac cu r ate  e v alu atio n   o f   d ev ice  s tr ess .   Key   T                                            b                        N   ,            j                                        ,                               w         Δ       ar ex tr ac ted   to   q u an tify   th t h er m al  lo ad in g   co n d itio n s .   T h ese  p ar am eter s   ar ev alu ated   b y   co n s id er in g   th e   Bi - PV p an el  u n d er   s ce n ar i o s   o f   0 %,  3 0 %,  a n d   5 0 % in cr ea s ed   en er g y   y ield ,   as illu s tr ated   in   Fig u r 1 6 .     3 . 2 . 3 .     L if et im a nd   M CS - ba s ed   re lia bil it y   ev a lua t io n   T h L T   f o r   s tatic  v alu es  r ep r e s en ts   th co n s tan f ailu r e ,   b u t   p r ac tically   it  is   n o f ea s ib le.   Hen ce ,   ten   th o u s an d   s am p les  with   5 v a r iatio n   ar e   g en e r ated   u s in g   M C wh en   Bi - PV  p an el  with   0 %,  3 0 %,  a n d   5 0 en er g y   y ield .   L T   is   ca lcu lated   at  ea c h   s am p le   u s in g   ( 6 )   an d   f itted   i n   a   W eib u ll  d is tr ib u tio n   as   s h o w n     in   Fig u r 1 7 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       C o mp a r a tive  r elia b ilit a n d   p erfo r ma n ce   a n a lysi s   o f P V   in v erter s   w ith   b ifa cia l …   ( Mu n ee s h w a r   R a ma va th )   1979   T h r eliab ilit y   f u n ctio n   R ( t)   i s   ca lcu lated   at   b o th   SL  a n d   C L   u s in g   ( 3 )   an d   ( 4 ) .   T h e   C L   an d   SL  r eliab ilit y   co n s id er in g   t h Bi - PV  p an el  ar e   p r esen ted   i n   Fig u r es  1 8   a n d   1 9 ,   r esp ec tiv ely .   T h B i - PV  p an el   ex h ib its   d ec r ea s in g   tr en d .   In   I n d ia ,   C L   r eliab ilit y   ( B 1 0 )   is   d ec r ea s ed   f r o m   3 4   y ea r s   to   1   y ea r an d   SL   r eliab ilit y   ( B 1 0 )   is   d ec r ea s ed   f r o m   2 4   y ea r s   to   1   y ea r .   I n   co m p ar is o n   with   m o n o f ac ial  p an els ,   th th er m al   s tr ess   o n   th PV in v er ter   d u e   to   th b if ac ial  p a n el  is   in cr ea s ed ,   an d   r eliab ilit y   is   d ec r ea s ed .             Fig u r 1 6 .   R ain f lo m atr ix   in   th I n d ia  lo ca tio n           Fig u r 1 7 .   PV  in v er ter   lif etim d is tr ib u tio n   at  I n d ia  lo ca tio n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.