I n d on e s i an   Jo u r n al   o El e c t r i c al   En gi n e e r i n g   an d   C o m p u te r   S c i e n c e   V o l .   40 ,   N o .   1 O c t o be r   2 025 ,   pp .   93 ~ 1 07   IS S N :   2502 - 4752 ,   D O I :   10. 1 1591 / i j e e c s . v 40 .i 1 . pp 93 - 107             93     Jou r n al   h o m e pa ge ht t p: / / i j e e c s . i a e s c or e . c om   T e c h n i c a l - e c o n o m i c   a n a l y s i f o r   O N / OFF  GR ID   so l a r   p h o t o v o l t a i c   sy st e m   d e si g n       Wal t e r   N ar an jo   Lo u r i d o ,   O s c ar   M au r i c i o   N i ñ o   A r c h i l a,   D an i e l   Ed u ar d o   G u ar i n   P r e c i ad o ,     O m ar   Y e s i d   Be l t r án   G u ti e r r e z ,   J av i e r   Ed u ar d o   M ar t í n e z   B aq u e r o     E n g i n e e r i n g   S c h o o l ,   F a c u l t y   o Ba s i c   S c i e n c e s   a n d   E n g i n e e ri n g ,   U n i v e r s i t y   o f   t h e   L l a n o s ,   V i l l a v i c e n c i o ,   C o l o m b i a       A r ti c l e   I n fo     A B S TR A C T   Ar t i c l e   h i s t or y :   R e c e i v e D e c   10 2024   R e v i s e J un   1 2025   A c c e pt e J ul   4 2025       T hi s   m a nu s c r i p t   p r e s e n t s   a   d e t a i l e t e c hno - e c o no m i c   a na l y s i s   o f   a   hy br i d   s o l a r   pho t o v o l t a i c   ( P V )   s y s t e m   d e s i g ne d   t o   o pe r a t e   i n   bo t h   g r i d - c o nne c t e d   ( O N   G R I D )   a nd   s t a nd - a l o ne   ( O F F   G R I D )   m o de s .   T he   s t u dy   f oc us e s   o t he   L e o na r do   D a   V i nc i   a c a de m i c   b ui l d i ng   a t   U n i v e r s i d a d   d e   L o s   L l a no s ,   l o c a t e d   i V i l l a v i c e nc i o ,   C o l o m bi a ,   i t he   t r o p i c a l   O r i no qu í a   r e g i o n.   U s i ng   l o c a l   s o l a r   i r r a di a nc e ,   t e m pe r a t ur e   d a t a ,   a n r e a l   l o a p r o f i l e s   f r o m   t h e   f a c i l i t y ,   t he   s y s t e m   w a s   m o de l e t o   a s s e s s   p e r f o r m a nc e   u nde r   t r u e   o pe r a t i ng   c o nd i t i o ns .   A   ke y   pa r t   o f   t he   s y s t e m   d e s i g i nv o l v e a   de t a i l e s ha do w   a na l y s i s   t o   i de n t i f y   po t e nt i a l   o bs t r uc t i o ns   a nd   o pt i m i z e   s o l a r   a c c e s s .   T hi s   s t e p   s i g ni f i c a n t l y   i m pr o v e t he   a c c ur a c y   of   e ne r g y   y i e l p r e di c t i o ns   a nd   c o nt r i bu t e d   t o   l o ng - t e r m   s y s t e m   r e l i a b i l i t y .   A ddi t i o na l l y ,   r e g r e s s i o n - ba s e d   m e t ho ds   w e r e   u s e d   t o   de t e r m i n e   o pt i m a l   p a ne l   t i l t   a ng l e s   a n d   r e f i ne   s y s t e m   s i z i ng   ba s e d   o n   pe a k   s un   ho ur s .   B o t h   O N   G R I D   a nd   O F F   G R I D   c o n f i g ur a t i o ns   w e r e   e v a l ua t e i t e r m s   o f   e ne r g y   o ut put ,   l e v e l i z e c o s t   o f   e l e c t r i c i t y   ( L C O E ) ,   ne t   pr e s e nt   v a l ue   ( N P V ) ,   a nd  i n t e r na l   r a t e   o f   r e t ur n   ( I R R ) .   R e s u l t s   s ho w   t ha t   O N   G R I D   s y s t e m s   a r e   f i n a nc i a l l y   a dv a nt a g e o us   i n   ur ba n   e nv i r o nm e n t s   w i t h   ne t   m e t e r i ng ,   w h i l e   O F F   G R I D   s y s t e m s   a r e   c r i t i c a l   f o r   e ns ur i ng   e n e r g y   a ut o no m y   i r e m o t e   o r   u nde r s e r v e a r e a s .   T h e   f i ndi ng s   pr o v i de   p r a c t i c a l   i ns i g ht s   f o r   t h e   d e p l oy m e nt   o f   h y br i P V   s y s t e m s   i n   i ns t i t u t i o na l   s e t t i ng s   a c r o s s   e qu a t o r i a l   r e g i o ns .   Ke y w or d s :   H y b r i s o l a r   P V   s y s t e m s   L e v e l i z e c o s t   of   e l e c t r i c i t y   S ha do w   a na l y s i s   T e c hn o - e c o n o m i c   a na l y s i s   T i l t   a n g l e   o pt i m i z a t i o n   T hi s   i s   an   ope n   ac c e s s   ar t i c l e   u nde r   t he   C C   B Y - SA   l i c e ns e .     Cor r e s pon di n g   Au t h or :   J a v i e r   E du a r do   M a rt i n e z   B a que r o   E n gi n e e r i n g   S c h o o l ,   F a c ul t y   of   B a s i c   S c i e n c e s   a nd  E n g i n e e r i n g ,   U n i v e r s i t y   o f   t h e   L l a n o s   K m   12   V i a   P ue rt o   L o pe z .   V e r e da   B a r c e l o n a ,   V i l l a v i c e n c i o ,   Co l o m b i a   E m a i l :   j m a rt i n e z @ u ni l l a n o s . e du. c o       1.   I N TR O D U C TI O N   E l e c t r i c i t y   c o n s um pt i o n   i s   a   f u n da m e n t a l   d r i v e o f   de v e l o pm e n t   a c r o s s   a l l   e c o n o m i c   s e c t o r s   [1 ],   [ 2] .   F o r   de c a de s ,   e l e c t r i c i t y   ge n e ra t i o h a s   r e l i e d   p r e do m i na n t l y   o n   f o s s i l   f ue l s   [3].   H ow e ve r ,   t h e   i nt e n s i v e   us e   of  n o n - r e n e w a b l e   e n e r gy   s o ur c e s   ha s   r e s ul t e d   i t h e   e m i s s i o o f   s i g n i f i c a nt   qua nt i t i e s   o f   po l l ut a nt s   i n t o   t h e   a t m o s ph e r e ,   a c c e l e r a t i n g   gl o b a l   w a r m i n a n d   c a us i ng  s e v e r e   e n v i r o n m e n t a l   de g r a da t i o [4] .   A c c o r di n g   t o   t h e   m i ni n g   a n d   e n e rgy   pl a nn i ng  u ni t   (U P M E ),   r e n e w a b l e   e n e r gy   s o ur c e s   c ur r e nt l y   a c c o un t   f o a pp r o xi m a t e l y   20%   o f   gl o b a l   e l e c t r i c i t y   c o n s u m pt i o n,   a n d   t h i s   s ha r e   i s   e xpe c t e t o   i n c r e a s e   s ub s t a n t i a l l y   i t h e   c o m i n g   de c a de .   N o n e t h e l e s s ,   t h e   I n t e rna t i o n a l   E n e r gy   A ge n c y   (IE A )   r e po r t s   t h a t   m o de rn  c i v i l i z a t i o n   r e m a i n s   a pp r o xi m a t e l y   80%  de pe n de nt   o n   f o s s i l   f ue l s ,   p ri m a r i l y   di e s e l ,   a n d   t ha t   r i s i n g   l e v e l s   of  i n dus t ri a l i z a t i o a r e   l e a di ng   t o   i n c r e a s e po p ul a t i o de n s i t y   a nd   e n e r gy   de m a nd - m o s t   o f   w h i c c o n t i n ue s   t o   b e   s uppl i e by   n o n - r e n e w a b l e   s o ur c e s   [5],   [ 6 ].   T hi s   hi g hl i g ht s   t h e   u r ge n t   n e e t o   t r a n s i t i o n   t o w a r c l e a n e a n m o r e   s us t a i n a b l e   e n e r gy   t e c h n o l o gi e s   [7],   s uc a s   w i nd,   t i d a l ,   ge o t h e r m a l ,   b i o m a s s ,   a n s o l a r   po w e r   [8],   i n   o rde t o   r e duc e   t h e   g l o b a l   c a r b o n   f oo t pri n t   a nd  m i t i g a t e   g r e e n h o us e   ga s   e m i s s i o n s   [9] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   40 ,   N o .   1 ,   O c t o b e r   20 25 93 - 1 07   94   In  Co l o m b i a ,   h y dr o pow e r   r e p r e s e n t s   t h e   p ri m a r y   s o ur c e   o f   e l e c t r i c i t y   due   t o   t h e   c o unt r y s   a b un da nt   w a t e r   r e s o ur c e s   [10] .   H ow e v e r ,   f o s s i l   f ue l s   s uc h   a s   o i l ,   na t u ra l   g a s ,   a n d   c o a l ,   w hi c a r e   g ra dua l l y   b e i n de pl e t e d,   c o n s t i t ut e   t h e   s e c o n m o s t   i m po r t a n t   e n e r gy   s o ur c e   [4].   A   p r o m i s i n g   a l t e rna t i v e   f o r   di v e r s i fy i n g   Co l o m b i a s   e n e r gy   m a t r i x   i s   t h e   i m pl e m e n t a t i o o f   s o l a p h o t o vo l t a i c   (P V )   s y s t e m s   [11] ,   pa rt i c ul a r l y   b e c a us e   t h e   c o unt r y   be n e f i t s   f r o m   s t a b l e   s o l a i rra d i a n c e   l e ve l s   t hr o ugh o ut   t h e   y e a r   due   t o   i t s   e qua t o r i a l   l o c a t i o n   [12] .   In  t h i s   c o n t e xt ,   n u m e r o us   s t ud i e s   ha v e   e m p h a s i z e d   t h e   i m po r t a n c e   o f   o pt i m i z i n g   t h e   t i l t   a n gl e   o s o l a p a n e l s   t o   m a x i m i z e   e n e r gy   c a pt u r e   t hr o ug h o ut   t h e   y e a r .   A c c ura t e   m o de l i n g   o f   s o l a ra di a t i o o i n c l i n e s u r f a c e s ,   us i n r e g r e s s i o n   a na l y s i s   a n i s o t r o pi c   o r   a n i s o t r o pi c   m o de l s ,   ha s   b e e n   s h o w n   t o   s i g n i f i c a n t l y   i m pr o v e   s y s t e m   e ff i c i e n c y   a n r e l i a b i l i t y   [13 ] - [ 16].   T h e s e   a pp r o a c h e s   a r e   e s pe c i a l l y   r e l e v a n t   f o r   s y s t e m s   de pl oy e i r e gi o n s   w i t h   hi g s o l a r   po t e n t i a l ,   s uc a s   V i l l a v i c e n c i o   i t h e   O ri n o quí a   r e gi o n .   Co n s e que n t l y ,   t hi s   s t udy   a i m s   t o   c a rr y   o ut   a   de t a i l e t e c hn o - e c o n o m i c   a na l y s i s   of   a   h y b r i O N   G R ID   a n O F F   G R ID   s o l a r   P V   s y s t e m   de s i gn e s pe c i f i c a l l y   fo r   t h e   L e o n a r do   D a   V i n c i   a c a de m i c   b ui l di ng  a t   U n i v e r s i da d   de   L o s   L l a n o s .   T h e   f o l l ow i n s e c t i o n s   p r e s e n t   t h e   m e t h o do l o g y ,   s i m ul a t i o n   m o de l s ,   a nd  e c o n o m i c   e v a l ua t i o c ri t e r i a   us e i t h e   s y s t e m   de s i g n   a n d   a na l y s i s .   S o l a r   P V   s y s t e m s   a r e   t y pi c a l l y   c a t e go r i z e i nt o   f o ur   t y pe s :   di r e c t ,   i s o l a t e d ,   g ri d - c o nn e c t e (i n t e r c o nn e c t e d),   a nd  h y b r i s y s t e m s .   D i r e c t   s y s t e m s   c o n s i s t   o f   a   P V   a rra y ,   a n   i n v e r t e r ,   a nd  t h e   c o nn e c t e l o a d,   a n d   do   n o t   s t o r e   e n e r gy ;   t h e i o pe r a t i o n   i s   di r e c t l y   de pe n de n t   o n   i n s t a n t a n e o us   s o l a r   ra d i a t i o n.   Is o l a t e s y s t e m s   a r e   c o m m o n l y   de pl oy e i r e m o t e   a r e a s   w i t h o ut   g ri a c c e s s   a nd  i n c l ude   P V   p a n e l s ,   i n v e rt e r s ,   a nd  s t o r a ge   s y s t e m s   s uc h   a s   b a t t e r y   b a n ks   o r   o t h e r   e n e r gy   b u ff e r i n g   t e c hn o l o gi e s   [17].   G r i d - c o nn e c t e s y s t e m s   o pe r a t e   i pa ra l l e l   w i t h   t h e   pub l i c   e l e c t r i c i t y   n e t w o r k.   T h e s e   s y s t e m s   a r e   b a s e o n   s e l f - c o n s um p t i o o f   ge n e ra t e e n e r gy ,   w i t a n y   s urpl us   i n j e c t e i nt o   t h e   g ri d   t hr o ug a   b i di r e c t i o na l   m e t e r,   e l i m i na t i n g   t h e   n e e d   f o r   e n e r gy   s t o ra ge .   T h e i a r c h i t e c t ur e   i n c l u d e s   P V   pa n e l s ,   a   g r i d - t i e d   i n v e rt e r,   t h e   m a i n   d i s t ri b ut i o b o a r d,   a n d   t h e   m e t e ri n g   s y s t e m   [18] .   H y b r i d   s y s t e m s   c o m b i ne   t he   a dv a nt a ge s   o f   b o t i s o l a t e d   a nd   g ri d - c o nne c t e d   s y s t e m s .   T he y   a l l o w   f o b o t h   e ne rgy   s t o ra ge   a nd   s u rp l us   i n j e c t i o i nt o   t h e   g ri d ,   t he re b y   o f f e r i ng   b a c k up   f u nc t i o na l i t y   w hi l e   r e duc i ng   de pe nde nc y   o t h e   g ri d   a nd   l o w e ri ng   v a ri a b l e   e n e rgy   c o s t s .   T hi s   t y pe   o f   s y s t e m   t y pi c a l l y   i n c l ude s   P V   p a ne l s ,   a   c h a rge   c o nt ro l l e r,   b a t t e r y   s t o ra ge ,   a   h y b ri d   i n v e rt e r,   b i d i r e c t i o na l   m e t e ri ng ,   a nd   l o a d   d i s t ri b u t i o pa ne l s   [1 9] .   T h e   s y s t e m   p r o po s e i n   t h i s   s t udy   ut i l i z e s   h y b r i d   P V   t e c hn o l o g y   due   t o   i t s   s upe r i o pe r f o r m a n c e   i b a l a n c i n g   s e l f - c o n s um pt i o n ,   g r i d   i n t e ra c t i o n,   a nd   e n e r gy   r e l i a b i l i t y .   A   ke y   c o m po n e nt   o f   t h i s   de s i g i s   t h e   h y b r i i n v e r t e r ,   w hi c e na b l e s   s u r pl us   e n e r gy   i n j e c t i o n   i n t o   t h e   g ri d   a n d   e n s u r e s   c o n t i n uo us   po w e r   s up pl y   duri n g   o ut a ge s .   It   a l l o w s   e ff i c i e n t   us e   o f   s t o r e e n e r gy   duri n g   n i g ht t i m e   o r   g ri d   f a i l u r e   s c e n a ri o s   [20].   A ddi t i o n a l l y ,   t h e   s y s t e m   i n c o r po ra t e s   a   m a xi m u m   po w e r   poi n t   t r a c ke r   (M P P T ) ,   w hi c c o n t i nuo us l y   a dj us t s   o pe ra t i ng   p a ra m e t e rs   t o   e x t ra c t   t he   m a x i m u m   p o s s i b l e   po w e f ro m   t he   s o l a a r ra y   u nd e v a ry i ng   c o nd i t i o ns   [ 2 1 ] .   In  Co l o m b i a ,   r e n e w a b l e   e n e r gy   pr o j e c t s   a l i g n e w i t s us t a i na b i l i t y   go a l s   b e n e f i t   f r o m   l e ga l   a n d   f i n a n c i a l   i n c e nt i v e s   e s t a b l i s h e u n de r   L a w   1715  o f   2014,   w hi c h   p r o m o t e s   t h e   de v e l o pm e n t   a n d   i nt e gra t i o n   o n o n - c o n v e n t i o n a l   e n e r gy   s o ur c e s   [22].   Co m pl i a n c e   w i t h   r e gi s t r a t i o n   a nd  t e c hn i c a l   s t a n da rds   i s   r e qu i r e t o   a c c e s s   t h e s e   i n c e nt i v e s ,   a nd  t h e   s y s t e m   de s c r i b e h e r e i i s   de s i g n e i n   a c c o r da n c e   w i t h   t h e s e   r e gul a t o r y   f r a m e w o r ks .   In   t h i s   r e s e a r c h   w e   h o pe   t o   a c h i e v e   t e c h ni c a l - e c o n o m i c   s t udy   of   t h e   de s i g n   o f   a n   O N   G R ID   a n d   O F F   G R ID   s o l a r   PV   s y s t e m   f o r   t h e   L e o n a rdo   D a   V i n c i   b ui l di ng  a t   t h e   U ni v e r s i da de   l o s   L l a n o s ,   i V i l l a v i c e n c i o   c i t y ,   D e pa rt m e n t   o f   M e t a ,   Co l o m b i a .   T h i s   a r t i c l e   i s   di v i de d   i nt o   f o ur  s e c t i o n s ,   t h e   i nt r o duc t i o n   w i t a e xpo s i t i o o f   t h e   s t a t e   o f   t h e   a r t   a nd  t h e   o b j e c t i v e   o f   t h i s   w o r k.   T h e   m e t h o do l o g y ,   w h e r e   t h e   c h a ra c t e ri s t i c s   o f   t h e   s t udy   a n de s i g i s   e xpo s e d.   T h e   r e s ul t s   a n ds   di s c us s i o n ,   w h e r e   t h e   s y s t e m ,   s i m ul a t i o n s ,   c os t s c h a ra c t e ri s t i c s   a r e   s h o w n ,   a n d   f i n a l l y   t h e   c o n c l us i o n s   a r e   r e a c h e d .       2.   M ET H O D   T h i s   s e c t i o o ut l i n e s   t h e   m e t h o do l o gi c a l   f ra m e w o r us e t o   de f i n e   t h e   t e c hn i c a l   s pe c i f i c a t i o n s   o f   t h e   ph o t o vo l t a i c   s y s t e m   (P V S ).   T h e   p r o c e dur e   b e gi n s   w i t h   a   c o m pr e h e n s i v e   s h a d i n a n a l y s i s ,   fo l l ow e by   t h e   de t a i l e d   s y s t e m   de s i gn,   i n c l ud i n g   t h e   c o n f i gu r a t i o o f   i t s   c o m po n e n t s ,   p a n e l   o r i e n t a t i o n,   a n d   i n s t a l l a t i o n   po s i t i o n i ng.   T h e   c a s e   s t udy   i s   c e nt e r e d   o n   t h e   L e o n a r do   D a   V i n c i   b ui l di n g   a t   t h e   U n i v e r s i d a d   de   l o s   L l a n o s ,   l o c a t e i t h e   B a r c e l o n a   c a m pus .   T h e   e xa c t   ge o gra p hi c a l   c o o r di n a t e s   a r e   4. 074722   N   l a t i t ude   a n d     - 73. 58 62024 °   W   l o n g i t ude .   T h e   b ui l di ng   c o m pri s e s   t w o   l e v e l s :   T h e   g r o u n d   f l o o r   c o n t a i n s   s i x   c l a s s r o o m s   a nd  a   s u rr o un d i n g   pe ri m e t e c o rr i do r .   T h e   s e c o n f l o o r   i n c l ude s   s e v e n   c l a s s r o o m s ,   a l s o   b o r de r e d   by   a   pe r i m e t e c o r r i do r .   T o   e nha n c e   s y s t e m   r e s i l i e n c e   a n d   o pe r a t i o na l   f l e xi b i l i t y ,   t h e   PVS   w a s   de s i g n e a s   t w o   i n de pe n de n t   s ub s y s t e m s - o n e   pe r   f l o o r - a l l o w i n di s t r i b ut e l o a m a na ge m e n t   a n r e du nda n c y   i n   e n e r gy   s uppl y .     T h e   s y s t e m   de s i g n   a c c o un t s   f o r   t h e   s pe c i f i c   l o a p r o f i l e s   o f   e a c h   f l o o r .   F i g u r e s   1   a nd   2   i l l us t ra t e   t h e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       T e c hn i c a l - e c onom i c   ana l y s i s   f or   O N/ O F F   G R ID   s ol ar   pho t o v ol t ai c   s y s t e m     ( W al t e r   Nar an j L our i do )   95   a r c hi t e c t u r a l   a nd  s t r uc t u ra l   m o de l   o f   t h e   b ui l d i n g   de v e l ope i S ke t c h U p,   w hi c h   w a s   us e t o   s i m ul a t e   s h a di n g   e f fe c t s   a n d   o pt i m i z e   s o l a r   pa n e l   pl a c e m e nt   a n d   o r i e nt a t i o n.           F i gu r e   1 .   L a y o ut   a nd  s t ruc t u r a l   c o n f i gu ra t i o of  t h e   L e o n a r do   D a   V i n c i   B ui l d i n g       F i gu r e   2 .   D e s i g o v e r v i e w   o f   t h e   L e o n a r do   D a   V i n c i   B ui l di n g   a t   U ni v e r s i da de   L o s   L l a n o s       Cl i m a t i c   c o n d i t i o n s   ha v e   a   di r e c t   i m pa c t   o t h e   e f f i c i e n c y   a n d   l o n g - t e rm   pe r f o r m a n c e   o f   PV   s y s t e m s ,   pa r t i c ul a rl y   i n   t r o pi c a l   e n v i r o nm e nt s   l i ke   V i l l a v i c e n c i o .   T o   b e t t e r   u n de r s t a n t h e s e   e ffe c t s ,   F i gu r e   i l l us t r a t e s   t h e   da i l y   m a xi m u m   a nd  m i ni m u m   t e m pe ra t u r e s   r e c o r de t hr o ug h o ut   202 1.   T h e s e   v a l ue s   a r e   i m po rt a nt   f o r   e s t i m a t i n g   t e m pe r a t u r e - r e l a t e l o s s e s   i n   P V   m o dul e s   [23] .   T h e   g ra p s h o w s   w a r m e r   pe ri o ds   f r o m   J a nua r y   t o   A p ri l   a n d   a ga i f r o m   N o v e m be r   t o   D e c e m b e r ,   w i t pe a k   t e m pe r a t u r e s   r e a c hi n g   a r o u n d     31   ° C .   Co o l e r   m o nt h s ,   s uc h   a s   J u n e   t hr o ug h   A ugus t ,   s h o w   a   s l i g ht   d r o p,   w i t h   hi g h s   a r o und  29  ° C.   D e s pi t e   t h e s e   f l uc t ua t i o n s ,   t h e   a v e r a ge   a m b i e n t   t e m pe r a t u r e   r e m a i n s   r e l a t i v e l y   c o n s i s t e nt   a t   a b o ut   25   ° t hr o ug h o ut   t h e   y e a [24] .           F i gu r e   3 .   A v e r a ge   m a xi m u m   a n d   m i n i m u m   t e m pe r a t u r e s   i V i l l a v i c e n c i o ,   Co l o m b i a ,   S o ur c e :   ©W e a t h e r S p a r k . c o m       T o   c o m pl e m e n t   t h i s ,   F i g u r e   p r o v i de s   a   de t a i l e v i e w   of   t h e   a v e ra ge   h o url y   t e m pe r a t u r e   o ve r   t h e   c o ur s e   o f   t h e   y e a r.   It   us e s   a   h e a t m a p   t o   r e p r e s e nt   h o w   t e m pe ra t u r e   v a r i e s   b y   t i m e   o f   da y   a nd   m o nt h.   T h e   d a t a   s h o w   t h a t   t h e   t e m pe r a t u r e   t y pi c a l l y   r a n ge s   f r o m   24   ° t o   29   ° b e t w e e n   8: 30   A M   a n d   6: 0 P M - p r i m e   h o ur s   fo r   s o l a p r o duc t i o n.   T h e   h o t t e s t   t i m e   o f   da y ,   pa rt i c ul a r l y   f r om   J a n ua r y   t o   A p r i l   a n d   N o ve m b e r   t o   D e c e m be r ,   o c c ur s   b e t w e e n   n o o n   a nd  4: 00   P M ,   w h e n   t e m pe r a t u r e s   c a n   c l i m b   up   t o   35   ° C   [24 ].   S o l a r   a c c e s s   i s   a l s o   i n f l ue n c e by   c l o ud  c ove r ,   w hi c a f f e c t s   t h e   a m o u n t   o f   s unl i g ht   r e a c h i n g   t h e   P V   pa n e l s .   A s   s h o w n   i F i gu r e   5 ,   t h e   c l e a r e s t   s ki e s   a r e   o b s e r ve b e t w e e n   J u n e   a nd  O c t o b e r ,   w i t A ugus t   b e i n g   t h e   l e a s t   c l o udy   m o n t h ,   a v e r a gi ng  38%   c l o ud  c o ve r .   I n   c o nt ra s t ,   t h e   c l o udi e s t   pe r i o ds   o c c ur   i n   M a r c h - A p r i l   a n d   N o v e m b e r - D e c e m b e r ,   w h e u p   t o   80 %   o f   t h e   s ky   i s   t y pi c a l l y   c ov e r e d.   A l t h o ug h   c l o udi n e s s   v a ri e s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   40 ,   N o .   1 ,   O c t o b e r   20 25 93 - 1 07   96   s i g n i f i c a n t l y   a c r o s s   t h e   y e a r ,   l o n g - t e rm   e n e r gy   o ut put   c a s t i l l   b e   e s t i m a t e d   w i t r e a s o na b l e   a c c ura c y   b a v e r a gi ng  s e a s o na l   t r e n ds   [24] .   R a i n f a l l   i s   a n o t h e e n v i r o n m e n t a l   f a c t o r   t o   c o n s i de i s y s t e m   p l a nni n g   a nd  r e l i a b i l i t y .   F i gu r e   s h o w s   t h e   p r o b a b i l i t y   of   pr e c i pi t a t i o n   t hr o ug h o ut   t h e   y e a r .   M a r c h   a n d   D e c e m be r   a r e   t h e   w e t t e s t   m o nt h s ,   e a c w i t a   ra i n f a l l   p r o b a b i l i t y   e xc e e di n g   43% .   T h e   d ri e s t   m o nt h s   a r e   ge n e ra l l y   J a n u a r y   t hr o ug M a r c a n D e c e m b e r ,   w i t h   t h e   l o w e s t   pr o b a b i l i t y ,   j us t   15,   o c c ur r i ng  o n   J a n u a r y   16.   T h e s e   pa t t e rn s   a r e   us e f ul   w h e n   a s s e s s i n g   po t e n t i a l   di s r up t i o n s   a nd  p l a nni n g   m a i n t e n a n c e   w i n do w s   [24].   F i gu r e   7   i l l us t ra t e s   t h e   v a r i a t i o i i n c i de nt   s o l a e n e r gy   i n   V i l l a v i c e n c i o   t hr o ug h o ut   t h e   y e a 2021 .   T h e   o ra n ge   l i n e   r e p r e s e n t s   t h e   d a i l y   a v e r a ge   o f   s h o rt w a v e   s o l a ra di a t i o r e c e i v e a t   g r o un d   l e v e l ,   m e a s u r e d   i n   ki l o w a t t - h o ur s   pe r   s qu a r e   m e t e r   (kW h/ m ² ).   T h e   hi g h e s t   i rr a d i a n c e   l e v e l s   oc c ur   b e t w e e n   A ugus t   15  a n d   S e pt e m b e r   30,   w h e n   v a l ue s   c o n s i s t e n t l y   e xc e e 5. 9  kW h / m ² ,   m a r k i n t h e   b r i g ht e s t   pe r i o o f   t h e   y e a r .     T h e   pe a k   d a y   i s   S e pt e m b e r   13 ,   w i t a a v e r a ge   i rra di a n c e   of   6. 1  kW h / m ² .   I c o nt r a s t ,   t h e   l o w e s t   i rra di a n c e   l e v e l s   a r e   o b s e r ve b e t w e e n   O c t o be 28   a nd   D e c e m b e 10 ,   w h e v a l ue s   d r o b e l ow   5. 2  kW h / m ² ,   c o r r e s po n di ng  t o   t h e   da rke s t   pe r i o d.   T h e   l o w e s t   po i n t   i s   r e c o r de o N o v e m be r   15 ,   w i t h   a a v e ra ge   o 5. 0  kW h / m ²   [24] .           F i gu r e   4 .   A v e r a ge   h o url y   t e m pe r a t u r e   i n   V i l l a v i c e n c i o ,   s o ur c e :   ©   W e a t h e r S pa rk. c o m       F i gu r e   5 .   A v e r a ge   c l o ud  c o ve r   pe r c e n t a ge   i V i l l a v i c e n c i o ,   S o ur c e :   ©   W e a t h e r S pa rk. c o m           F i gu r e   6 .   D a i l y   pr e c i p i t a t i o n   p r o b a b i l i t y   i n   V i l l a v i c e n c i o ,   s o ur c e :   ©   W e a t h e r S pa rk. c o m       F i gu r e   7 .   D a i l y   e n e r gy   pr o b a b i l i t y   i n   V i l l a v i c e n c i o ,   s o ur c e :   ©  W e a t h e r S p a r k . c o m       T h i s   s e a s o n a l   p r o f i l e   o f   s o l a r a d i a t i o n ,   t o ge t h e w i t V i l l a v i c e n c i o s   r e l a t i v e l y   s t a b l e   c l i m a t e   a n d   m o de r a t e   t e m pe ra t u r e   f l uc t u a t i o n s ,   s uppo rt s   t h e   f e a s i b i l i t y   of   i m pl e m e n t i n a   PVS   i t h e   r e gi o n .   T h e   c o n s i s t e n t   s o l a r   r e s o ur c e   a v a i l a b i l i t y   t hr o ug h o ut   t h e   y e a r e i n f o r c e s   t h e   s u i t a b i l i t y   o f   t hi s   l o c a t i o f o r e l i a b l e   a n d   e f f i c i e n t   s o l a e n e r gy   ge n e ra t i o n.       2. 1 .    P o te n ti al   e n e r gy   u s e   B a s e o n   ID E A M s   l o ng - t e r m   a n a l y s i s ,   s u n s h i n e   da t a   w a s   c o l l e c t e f r o m   t h e   U n i v e r s i d a d   de   L o s   L l a n o s   w e a t h e r   s t a t i o n   i n   V i l l a v i c e n c i o ,   us i n g   24  y e a r s   o f   h i s t o ri c a l   r e c o r ds .   A s   s h o w n   i n   T a b l e   1,   t h e   a v e r a ge   da i l y   s un s hi n e   du r a t i o i s   4 . 5   h o ur s   [2 5 ] - [ 27] .   F o t h e   pu rpo s e s   of   s y s t e m   de s i g n ,   t h i s   v a l ue   w a s   r o u n de t o   h o u r s   o f   e ff e c t i v e   s un l i g h t   pe r   d a y ,   e n s u ri ng  a   p ra c t i c a l   a n d   c o n s e r v a t i v e   e s t i m a t e   f o r   PV   pe r f o r m a n c e .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       T e c hn i c a l - e c onom i c   ana l y s i s   f or   O N/ O F F   G R ID   s ol ar   pho t o v ol t ai c   s y s t e m     ( W al t e r   Nar an j L our i do )   97   T a b l e   1 .   M o nt h l y   a v e r a ge s   o f   s un s h i n e . S o u r c e :   ID E A M   A t l a s   A v e ra g e   m o n t h l y   s u n s h i n e   S t a t i o n   U n i l l a n o s   /   V i l l a v i c e n c i o ,   M e t a   E l e v a t i o n   ( m . a . s . l . )   340   Y e a r s   o f   I n fo r m a t i o n   24   M o n t h s   A v e ra g e   v a l u e   o s u n   h o u rs   p e r   d a y   J a n u a ry   5 . 8   F e b ru a ry   5 . 3   M a rc h   3 . 5   A p ri l   3 . 5   M a y / J u n e / J u l y   3 . 8   A u g u s t   4 . 2   S e p t e m b e r   4 . 7   O c t o b e r   4 . 9   N o v e m b e r   5   D e c e m b e r   5 . 5   A n u a l   a v e ra g e   4 . 5       F i gu r e   8   s h o w s   t h e   m o n t hl y   a v e r a ge   s o l a b ri g h t n e s s   i V i l l a v i c e n c i o ,   w hi l e   F i gu r e   p r o v i de s   a   b r o a de v i e w   of   s o l a ra di a t i o a c r o s s   Co l o m b i a .   F i gu r e   10   f o c us e s   a ga i o V i l l a v i c e n c i o ,   d i s pl a y i n t h e   m o n t hl y   a v e r a ge   s o l a r   ra d i a t i o l e v e l s .   A c c o r di n t o   ID E A M s   S o l a r   A t l a s ,   t h e   M e t a   r e gi o r e c e i v e s   b e t w e e n   4. 5   a n d   5 . 0   kW h / m ²   pe da y   o f   s o l a r a di a t i o n .   T hi s   i n f o r m a t i o i s   e s s e n t i a l   f o r   e s t i m a t i ng   t h e   s u r f a c e   a r e a   n e e de t o   m e e t   t h e   e n e rgy   de m a n ds   o f   t h e   L e o n a rdo   D a   V i n c i   b ui l d i n g   t hr o ug s o l a r   po w e r .           F i gu r e   8 .   M o n t h l y   di s t ri b ut i o o f   s o l a r   b ri g ht n e s s   i V i l l a v i c e n c i o .   S o ur c e :   ID E A M   A t l a s           F i gu r e   9 .   A v e r a ge   s o l a r   ra di a t i o i V i l l a v i c e n c i o ,   s o ur c e :   ID E A M   A t l a s       F i gu r e   10 .   M o n t hl y   a v e r a ge   o f   s o l a ra di a t i o n   i V i l l a v i c e n c i o ,   s o ur c e :   ID E A M   A t l a s       2. 2 .     O r i e n tati o n   an d   an gl e   o i n c l i n ati o n   T o   c a pt u r e   t h e   m a x i m u m   a m o unt   o f   s o l a r a di a t i o n ,   P V   pa n e l s   s h o ul d   b e   o r i e nt e t o w a r t h e   e qua t o r.   I t h e   c a s e   o f   V i l l a v i c e n c i o ,   Co l o m b i a ,   t h i s   m e a n s   f a c i n g   t h e   p a n e l s   s o ut h ,   a l o n g   a   n o r t h w e s t - s o ut h e a s t   a xi s .   B a s e o t h e   b ui l d i n g s   l o c a t i o n,   t h i s   i s   t h e   m o s t   e f fe c t i ve   di r e c t i o f o r   e n e r gy   pr o duc t i o n   [28 ] - [ 30] .   T h e   r o of   of   t h e   L e o n a r do   D a   V i n c i   b ui l di ng  ha s   a   f i xe s l o pe   of   a pp r o xi m a t e l y   20° .   T h e r e fo r e ,   t h e   s o l a r   p a n e l s   w i l l   b e   i n s t a l l e di r e c t l y   o n   t h e   r o of ,   fo l l ow i n i t s   na t u ra l   a n g l e .   T h i s   i n s t a l l a t i o n   m e t h o Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   40 ,   N o .   1 ,   O c t o b e r   20 25 93 - 1 07   98   s i m pl i f i e s   m o un t i n a n e n s u r e s   a   go o b a l a n c e   be t w e e n   e n e r gy   pe r f o r m a n c e   a n s t r uc t u ra l   p ra c t i c a l i t y .   F i gu r e   11   s h o w s   t h e   p r o po s e pa n e l   l a y o ut   [31] ,   [ 32].             F i gu r e   11 .   Ca s e   o v e r l a pp i n g   s o l a r   p a n e l       2. 3 .     H yb r i d   PV   s o l ar   d e s i gn     T h e   b u i l di ng   ha s   t w o   f l o o r s ,   e a c m a de   u o f   c l a s s r o o m s   a nd  a   pe ri m e t e c o rri do r.   T o   i m p ro v e   r e l i a b i l i t y   a nd   e ne rgy   m a na ge m e nt ,   e a c f l o o i s   e q u i p pe d   w i t i t s   o w i nde pe nde nt   h y b ri d   P V   s y s t e m .   T hi s   s e t up   a l l o w s   f o b e t t e c o nt r o l   o f   t he   e ne rgy   n e e ds   pe f l o o a nd   p r o v i de s   s y s t e m   re d u nd a n c y .   T h e   h y b ri d   s y s t e m   w a s   c h o s e t o   s u p po rt   b o t O N   G R ID   a nd   O F F   G R ID   m o de s ,   e ns u ri ng   c o nt i nuo us   po w e e v e i f   t h e   g ri d   f a i l s .   T h e   ne xt   s e c t i o de s c ri b e s   t h e   f o rm u l a s   a nd   de s i g c ri t e ri a   us e d   t o   s i z e   t h e   P V   s y s t e m s   f o b o t f l o o r s .   T h e   i n s t a l l e d   po w e r   a n d   t h e   d a i l y   c o n s um pt i o i k W o f   e a c c l a s s r o o m   a r e   c a l c ul a t e i n de pe n de n t l y   fo r   e a c h   f l o o r   us i n g   t h e   f o l l ow i n e qu a t i o n s .   F i r s t ,   i (1) ,   t h e   i n s t a l l e po w e r      i s   de t e r m i n e d   by   m ul t i p l y i n t h e   e qui p m e nt   l o a ds   by   t h e   n u m b e o f   e qui pm e n t   n,   o f   t y p e   i ,   by   t h e i c o n s um pt i o n    .   O n c e   t h e   da i l y   c o n s um p t i o o f   t h e   l o a ds   pe c l a s s r o o m ,   i s   o b t a i n e d ,   t h e   t o t a l   d a i l y   c o n s um pt i o n   s u m   i s   c a l c ul a t e [33] .   S ub s e que n t l y ,   t h e   d a i l y   (gi v e n   i n   kW h / d a y a n m o nt h l y   e n e r gy   c o n s um e pe r   c l a s s r o o m   i s   de t e rm i n e d   a s   s h o w n   i ( 2).   T h e   s a m e   p r o c e dur e   i s   pe r f o r m e d   f o r   t h e   l i g h t i n g   o t h e   pe ri m e t e c o rr i do r.   P r e v i o us l y ,   a c c o r di n g   t o   t h e   ID E A M   s t udy ,   i t   w a s   de c i de t o   w o r w i t h o u r s   o f   s o l a r   b r i g ht n e s s ,   a n e a c h   c l a s s r o o m s   pe a po w e r   w a s   c a l c ul a t e d.   T h e r e f o r e ,   t h e   t o t a l   pe a po w e r   (kW p)  i s   c a l c ul a t e pe r   c l a s s r o o m s   pe a v a l ue   a s   s h o w n   i n   (3).   N o t e :   A l l   c o n s u m pt i o v a l ue s   a r e   o v e r s i z e by   10%  t o   gi v e   t h e   s y s t e m   s o m e   s l a c k.      ( ) = = 1 ( )   (1)     (  /  ) =  ( )  / 1000   (2)     (  ) =    (   )               (3)     1 (  ) = (  ) 1 . 02   (4)     2 (  ) = 1 (  ) 1 . 02   (5)     W i t h   t h e   c u rr e nt   v a l ue   o f   t o t a l   m o n t hl y   c o n s um pt i o n,   t h e   e n e r gy   de m a n i s   p r o j e c t e t o   gr o w   b y   2%  e v e r y   t w o   y e a r s   fo r   f o ur   y e a r s .   W i t h   t h i s ,   i t   i s   i n t e n de t o   gi v e   m o r e   l o a t o   t h e   s y s t e m .   S e e   (4)  a n ( 5).   T h e r e f o r e ,   t h e   c u rr e n t   t o t a l   m o nt h l y   c o n s um pt i o v a l ue   c o r r e s po n ds   t o   t h e   f o ur - y e a e n e r gy   p r o j e c t i o n .     W i t t hi s   p r o j e c t i o n   v a l ue ,   t h e   de s i g po w e r   i s   c a l c ul a t e d ,   c o n s i de ri n g   t ha t   t h e   c a l c ul a t e po w e r   c o rr e s po n ds   t o   75%  a s   s h o w n   i n   ( 6).   A   pa n e l   i s   s e l e c t e fo r   i t s   po w e r ,   e ff i c i e n c y ,   a n U S D / kW   t o   de t e r m i n e   t h e   n u m b e r   o f   pa n e l s .     T h i s   w a y   i (7)   de t e r m i n e s   t h e   qua nt i t y   of   t h e s e   pa n e l s .     75 (  ) = 2 (  ) 30    5         (6)     75 (  ) = .  . . 1000   (7)   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       T e c hn i c a l - e c onom i c   ana l y s i s   f or   O N/ O F F   G R ID   s ol ar   pho t o v ol t ai c   s y s t e m     ( W al t e r   Nar an j L our i do )   99   O n c e   t h e   n u m b e r   o f   pa n e l s   i t h e   s y s t e m   i s   de f i n e d,   t h e   h y bri d   i n v e r t e i s   s e l e c t e t o   b e   e qui v a l e n t   t o   100%   o f   t h e   r e qu i r e pe a po w e r   c a l c ul a t e d   i (3) .   T he   pa r t i c ul a ri t y   o f   t h e   s e l e c t e i n v e r t e i s   t h a t   i t   c o n t a i n s   t w o   M P P T   i nput s ,   w h i c h   a l l o w s   fo r   m a ki ng  a n   a rr a y   of   pa n e l s   i s e ri e s   f o r   e a c h   i n pu t .   F o r   t h e   pa n e l   a rr a y ,   t h e   f o l l o w i n c r i t e r i a   a r e   us e d,   c o n s i de r i ng  i n v e r t e r   c ha r a c t e r i s t i c s :     P e a k   p o w e r   ( W p )   <   =   M a x i m um   p o w e r   o f   t he   i nv e r t e r .     O pe c i r c ui t   v o l t a g e   ( V o c )   <   M a x i m um   i n pu t   v o l t a g e   o f   t he   i nv e r t e r .     M a x i m um   po w e r   v o l t a g e   ( V m p )   > =   I nv e r t e r o pe r a t i ng   v o l t a g e .     I n v e r t e r   s ho r t   c i r c ui t   c u r r e nt   ( I s c )   M P P 1   < =   I nv e r t e r   I s c   M P P 1 .     S ho r t   c i r c ui t   c ur r e n t   ( I s c )   M P P < =   I s c   M P P 2   o f   t he   i nv e r t e r .   H a v i n de f i n e d   t h e   n u m b e o f   pa n e l s   a n d   i n v e r t e r s   pe f l oo r,   w e   c a l c ul a t e   t h e   num b e o f   b a t t e r i e s .   F o r   t h i s   pu rpo s e ,   t h e   t e c hn i c a l   c ha r a c t e r i s t i c s   o f   t h e   b a t t e r y   a r e   us e a n d   t h e   da y s   of   a u t o n o m y   t o   s uppo rt   t h e   b a c kup  po w e r   c o n s um p t i o n   a r e   de t e r m i n e d.   I n   t hi s   c a s e ,   a   v a l ue   o f   h a l f   a   da y   i s   gi v e n.   A c c o r di n g   t o   t h e   n o m i na l   b a t t e r y   c h a rgi ng  v o l t a ge   o f   t he   s e l e c t e i n v e rt e a n d   t h e   c a l c ul a t e s t o r a ge   c a p a c i t y ,   t h e   a m pe r e - h o u r   (A h)  c o n s u m pt i o r e qui r e by   de s i gn  f o r   a u t o n o m o us   o pe r a t i o i s   de t e r m i n e d.   T h e   b a t t e r y   c h a ra c t e ri s t i c s   i n di c a t e   t h e   o pe r a t i n g   v o l t a ge   a n d   t h e   A h   c o n s u m pt i o n .   T h i s   da t a   de t e r m i n e s   t h e   n um b e o f   b a t t e r i e s   a n d   t h e   c o nn e c t i o n   a rr a ng e m e n t .   S e e   (8) - ( 11) .       .  .  . =   .    .    (8)      =  . .       (9)       .  .  . (  ) =          (10)            =  .    . (  )        (  )   (11)       3.   R ES U LTS   A N D   D I S C U S S I O N     T h e   f o l l ow i n g   r e s ul t s   a r e   a c c o r di n g   t o   t h e   s o l a r   PV   s y s t e m   de s i g f o r   e a c c l a s s r o o m   i t h e   L e o n a r do   D a   V i n c i   b ui l d i n g .     3. 1 .     F i r s t   fl o o r   T a b l e   s h o w s   t h e   m o n t hl y ,   da i l y ,   a n d   pe a c o n s u m pt i o f o r   e a c c l a s s r o o m   o n   t h e   s e c o n f l o o r ,   w i t a o v e r s i z i n g   o f   10%   o f   t h e   t o t a l   c o n s u m pt i o a n d   t h e   n u m b e r   o f   pa n e l s   r e qu i r e d   f o r   t h e   s o l a P V   s y s t e m   de s i gn .   T h e   t o t a l   e s t i m a t e m o n t hl y   e n e r gy   c o n s um pt i o f o r   t h e   s e c o n f l oo r ,   i n c l udi ng  a   p r o j e c t e d   10%   i n c r e a s e ,   i s   1, 590. 6   kW h .   T a b l e   3   p r e s e nt s   t h e   de t a i l e c a l c ul a t i o n s   b a s e o a nt i c i p a t e d   g r o w t h ,   r e s ul t i n g   i a   f i n a l   p r o j e c t e c o n s um pt i o n   o f   1, 654 . 8   kW h   f o t h e   s e c o n f l o o r .   W i t h   t h e   c o n s um p t i o n   v a l ue   o f   1 , 654 . 8   kW h ,   t h e   de s i gn  po w e r   i s   c a l c ul a t e d   a t   75 %,   i . e . ,     11. 032   W p.   T h e n   a   p r o j e c t i o n   i s   m a de   a t   100 %,   w h i c h   g i v e s   a   v a l ue   o f   14. 70  W p.   F o r   de t e r m i n i n g   t h e   de s i gn   po w e r ,   t h e   s o l a pa n e l s   m a xi m u m   po w e r   a n t h e   num b e r   o f   pa n e l s   t o   b e   i m pl e m e nt e i n   t h e   PV  s y s t e m   m us t   b e   kn o w n .   I s e l e c t i ng  t h e   s o l a pa n e l ,   a   L U X E N   S O L A R   m o de l   L N V H - 590M ,   m o n o c r y s t a l l i n e   t y pe ,   w i t h   a   m a xi m um   po w e r   of   590  W p.   T h e r e f o r e ,   t h e   po w e r   v a l ue   s h o ul b e   c l o s e   t 14. 70   W p,   i . e . ,   24   p a n e l s .   T a b l e   s h o w s   t h e   v a l ue s   m e n t i o n e a b o ve .       T a b l e   2 .   T o t a l   c o n s um p t i o n   o f   s e c o n f l o o r   c l a s s r o o m s   F l o o r   1   M o n t h l y   (k W h )   D a i l y   (k W h / d a y )   P e a k   (k W p )   Cl a s s r o o m   1     N e t w o rk   r o o m   334   11   2 . 2   Cl a s s r o o m   2   -   D   325   11   2 . 2   Cl a s s r o o m   3   -   E   309   10   2   Cl a s s r o o m   4     P ro d u c t i o n   l ab   248   8   1 . 6   Cl a s s r o o m   5   -   G IT E C X   98   3   0 . 6   H A L L   83   3   0 . 6   T O T A L   1 , 446   48   9 . 6   + 1 0 %   1 , 590 . 6   52 . 8   10 . 56   # P a n e l s   24           T a b l e   3 .   2 b i e nni a l   g r o w t h   f o r   4   y e a r s   F L O O R   1   -   2%  b i e n n i a l   g r o w t h   fo y e a r s   Cu rre n t   1590 . 6   k Wh   2   y e a r s   1622 . 4   k Wh   4   y e a r s   1654 . 8   k Wh     T a b l e   4 .   10 0%  de s i g n   po w e r   1 0 0 %   d e s i g n   p o w e r   P e a k   ( W p )   %   P ro j e c t i o n   1 1 , 0 3 2   75     1 4 , 1 6   100   1 4 , 7 0 9 3 3 3     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   40 ,   N o .   1 ,   O c t o b e r   20 25 93 - 1 07   100   T a b l e   5   s h o w s   t h e   c h a ra c t e r i s t i c s   o f   t h e   IN F IN IT IS O L A R   3P - 15  kW   h y b r i i n v e rt e r .     T h i s   i n v e r t e h a s   a o ut pu t   po w e r   ra n ge   o f   15  kW ,   c o v e r i ng   t h e   14. 16  kW   r e qui r e d .   A s   t h e   s e l e c t e i n v e r t e r   ha s   t w o   M P P T   i np u t s ,   1 2   pa ne l s   a r e   d i s t ri b u t e d   f o e a c i np u t .   T h e   f o l l o w i ng   c ri t e ri a   m e nt i o ne d   i T a b l e   6   m us t   b e   m e t   i t hi s   c a s e .       T a b l e   5 .   H y b r i d   i n v e r t e s e l e c t i o n   In v e r t e r   c h a ra c t e ri s t i c s   Bra n d   In f i n i t i s o l a r   M o d e l   In f i n i t i s o l a r   3 P   1 5   KW   M a x i m u m   i n p u t   p o w e r   22 . 5   k W p   M a x i m u m   i n p u t   v o l t a g e   900   V d c   O p e ra t i o n   v o l t a g e   350   V d c   S h o rt - c i r c u i t   c u rre n t   (M P P 1 / M P P 2 )   37 . 65   18 . 6   A   Ra t e d   p o w e r   o u t p u t   15   Kw   M a x i m u m   o u t p u t   c u rr e n t   2 1 , 7   A   D i m e n s i o n s   2 1 9 x 6 5 0 x 8 2 0   mm       T a b l e   6 .   C ri t e r i a   t o   b e   m e t   by   h y b r i d   i n v e rt e r   Ch a ra c t e ri s t i c s   o f   t h e   g r o u p   o m o d u l e s   t o   b e   c o n n e c t e d   t o   t h e   i n v e rt e r   b y   M P P T   P e a k   p o w e r   W p   < =   2 2 . 5   k W p   S h o rt   c i rc u i t   v o l t a g e   V o c   <   9 0 0   V D C   M a x i m u m   p o w e r   v o l t a j e   V m p   > =   3 5 0   V D C   S h o rt   c i rc u i t   c u rre n t   I s c   ( M P P 1 < =   3 7 . 6 5   A   S h o rt   c i rc u i t   c u rre n t   I s c   ( M P P 2 < =   1 8 . 6   A       T a b l e   s h o w   t ha t   12  p a n e l s   a r e   pl a c e i n   s e r i e s   i t h e   f i r s t   a n d   s e c o n i nl e t s ,   m e e t i n t h e   pr e s e l e c t e c r i t e ri a   a nd  w i t a   po w e r   o f   14160  W .   T a b l e   s h o w s   t h e   c a l c ul a t e v a l ue   o f   t h e   s t o ra ge   c a p a c i t y   w i t h a l f   a   da y   of   a ut o n o m y   r e qu i r e by   t h e   s y s t e m   (1 4160   W ),   i . e . ,   2 95  A h @ 48   V D C .     T h e   s e l e c t e b a t t e r y   i s   t h e   K A IS E   b ra n d,   a s   s h o w n   i T a b l e   9,   w i t h   a   c o n s um pt i o n   o f   200  A h .   T h e   n u m b e r   o b a t t e ri e s   r e s ul t s   i n   a   p a r a l l e l   a rr a nge m e n t   o f   s e t s   of   b a t t e r i e s   i s e ri e s .   T h e r e f o r e ,   w e   a r e   pr o v i di n 4 V D w i t h   a   c o n s u m pt i o o f   400  A h .       T a b l e   7 .   M P P p a n e l   a rra y   P a n e l s   a rra y   ( M P P 1 )     # P A N E L S   12   Co n d i t i o n       S e r i e   1   a n d   S e r i e   2   V o c   A rra y   6 1 2 , 2 4   OK   V m p   A rra y   5 2 1 , 7 6   OK   Is c   A rra y   1 4 , 5 7   OK   W p   A rra y   7080   OK       T a b l e   8 .   B a t t e r y   c a l c ul a t i o n   Ba t t e r y   b e n c h   c a l c u l a t i o n   M o n t h l y   c o n s u m p t i o n   14 , 160   D a y s   o a u t o n o m y   0 . 5   D e p t h   o d i s c h a r g e   0 . 5   Co n s u m p t i o n   w i t h   d a y s   o f   a u t o n o m y   7 , 080   S t o ra g e   14 , 160   S y s t e m   48   A h   295     T a b l e   9 .   B a t t e r y   s e l e c t i o n   Ba t t e r y   s e l e c t i o n   V o l t a g e   12   A h   200   Co n s u m p t i o n   2 , 400   P a ra l l e l   a rra y   1 , 4 7 5   In   s e ri e s   4   In   p a ra l l e l   2   Bra n d   K A I S E   D i m e n s i o n s   5 2 . 2 x 2 4 x 2 1 . 8 7   c m         3. 2 .     S e c o n d   fl o o r   T a b l e   1 0   s h o w s   t h e   m o n t hl y ,   da i l y ,   a nd   pe a k   c o n s um pt i o fo r   e a c c l a s s r o o m   o t h e   s e c o n f l o o r   w i t h   a n   o v e r s i z i ng  o f   10%  o f   t h e   t o t a l   c o n s u m pt i o n   a n d   t he   n u m b e r   o f   pa n e l s   r e qui r e by   t h e   S F   de s i g n.     T h e   t o t a l   m o nt h l y   c o n s um pt i o c a l c ul a t e f o t h e   s e c o n f l oo r   pl us   t h e   1 0%   o f   ov e r s i z i ng   i s   1 , 428 . 9   kW h .   T a b l e   11  s h o w s   t h e   v a l ue s   c a l c ul a t e a c c o r di n t o   t h e   b i a nn u a l   g r o w t h   o f   2%  fo r   y e a r s .   T h i s   r e s ul t s   i a   c o n s um pt i o n   o f   1 , 4 86 . 7   kW f o r   t h e   s e c o n f l o o r .   W i t h   t h e   c o n s um pt i o n   v a l ue   o f   1 , 486 . 7   kW h ,   w e   c a l c ul a t e   t h e   de s i g po w e r   a t   7 5%,   i . e . ,   9 . 91   W p .   T h e r e f o r e ,   t h e   po w e v a l ue   a t   100%   s h o ul d   b e   c l o s e   t o   13 . 21   W p .     In  t hi s   c a s e ,   w i t h   22   pa n e l s   a n a   m a x i m um   po w e r   o f   590  W p,   a   v a l ue   o f   12. 98  kW i s   o b t a i n e d ,   a s   s h o w n   i T a b l e   12 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       T e c hn i c a l - e c onom i c   ana l y s i s   f or   O N/ O F F   G R ID   s ol ar   pho t o v ol t ai c   s y s t e m     ( W al t e r   Nar an j L our i do )   101   T a b l e   10 .   T o t a l   c o n s um pt i o n   o f   s e c o n f l o o r   c l a s s r o o m s   F l o o r   2   M o n t h l y   (k W h )   D a i l y   (k W h / d a y )   P e a k   (k W p )   Cl a s s r o o m   1     D a V i n c i   2 0 5   47   2   0 . 4   Cl a s s r o o m   2   -   ES   56   2   0 . 4   Cl a s s r o o m   3   -   B   347   12   2 . 4   Cl a s s r o o m   4     A   330   11   2 . 2   Cl a s s r o o m   5     O ff i c e   1   105   4   0 . 8   Cl a s s r o o m   6     O ff i c e   2   73   2   0 . 4   Cl a s s r o o m   7   -   L a b   187   6   1 . 2   H A L L   154   5   1   T O T A L   1 , 299   44   8 . 8   + 1 0 %   1 , 428 . 9   48 . 4   9 . 68       T a b l e   11 .   2 B i e nn i a l   g r o w t h   f o r   4   y e a r   F l o o r   -   2%  b i e n n i a l   g r o w t h   fo 4   y e a r s   Cu rre n t   1 , 428 . 9   k W h   2   y e a r s   1 , 457 . 5   k Wh   4   y e a r s   1 , 486 . 7   k W h       T a b l e   12 .   1 00%   de s i g n   po w e r   1 0 0 %   D e s i g n   p o w e r   P e a k ( k W p )   %   P ro j e c t i o n   9 . 911   75%     12 . 98   100%   13 . 2 1 5 1 1 1       T a b l e   6   o ut l i n e s   t h e   t e c hni c a l   s pe c i f i c a t i o n s   r e qui r e d   f o r   t h e   i n v e rt e r,   w h i c a r e   m e t   by   t h e   s e l e c t e IN F IN IT IS O L A R   3P     15   kW   h y b r i i n v e rt e r.   T hi s   m o de l   s uppo r t s   a   m a xi m u m   o ut put   po w e r   of   15   kW ,   a de qua t e l y   c ov e r i n g   t h e   s y s t e m s   de m a n d   o f   12. 98   kW .   G i v e n   t h a t   t h e   i n v e rt e i s   e qu i ppe d   w i t t w i n de pe n de n t   M P P T   i n pu t s ,   t h e   P V   a rra y   i s   di v i de a c c or d i n gl y ,   w i t 11   pa ne l s   c o nne c t e d   i s e ri e s   t o     e a c M P P T   i np ut .   T he   de s i g c ri t e ri a   f o t hi s   c o n f i gu ra t i o a re   de t a i l e d   i T a b l e   7 .   A s   c o n f i rm e d   i   T a b l e s   13  a n d   14 ,   b o t t h e   f i r s t   a n d   s e c o n M P P T   i n pu t s   r e c e i v e   11  pa n e l s   i n   s e r i e s ,   f ul l y   c o m pl y i n g   w i t h   t h e   e l e c t r i c a l   a nd  o pe ra t i o na l   r e qui r e m e n t s   s pe c i f i e fo r   t h e   s y s t e m .       T a b l e   1 3 .   M P P 1   p a n e l   a rr a y     # P A N E L S   11   S e r i e   3   V o c   A rra y   561 . 22   V m p   A rra y   478 . 28   Is c   A rra y   14 . 57   W p   A rra y   6490     T a b l e   14 .   M P P 2   pa n e l   a rr a y     # P A N E L S   11   S e r i e   4   V o c   A rra y   561 . 22   V m p   A rra y   478 . 28   Is c   A rra y   14 . 57   W p   A rra y   6490         T a b l e   1 5   s h o w s   t h e   c a l c ul a t e d   v a l ue   o f   t h e   s t o r a ge   c a p a c i t y   w i t ha l f   a   da y   o f   a ut o n o m y   r e qui r e d   by   t h e   s y s t e m   (12980  W ),   a s   w e l l   a s   t h e   a m pe r e - h o ur  c o n s um p t i o n   (27 A h w i t h   t h e   c ha r gi ng  v o l t a ge   r e qui r e by   t h e   h y b r i i n v e rt e s y s t e m   (48  V D C).   T h e   s e l e c t e b a t t e ry   i s   t h e   K A IS E   b r a nd,   w i t h   a   c o n s um pt i o n   o f   200   A h ,   a s   s h o w n   i n   T a b l e   1 6 .   T h e   n u m b e r   o f   b a t t e r i e s   r e qui r e c o r r e s po n ds   t o   a   p a r a l l e l   a rra n ge m e n t   o f   s e t s   of  b a t t e r i e s   i n   s e r i e s ,   p r o v i di n 4 00A h @ 48V .       T a b l e   15 .   B a t t e r y   c a l c ul a t i o n   Ba t t e r y   b e n c h   c a l c u l a t i o n   M o n t h l y   c o n s u m p t i o n   12 , 980 W   D a y s   o a u t o n o m y   0 , 5   D e p t h   o d i s c h a r g e   0 , 5   Co n s u m p t i o n   w i t h   d a y s   o f   a u t o n o m y   6 , 490   S t o ra g e   12 , 980   S y s t e m   48 V D C   A h   2 7 0 , 4 1 6 6 7     T a b l e   16 .   B a t t e r y   s e l e c t i o n   Ba t t e r y   s e l e c t i o n   V o l t a g e   12   A h   200   Co n s u m p t i o n   2 , 400   P a ra l l e l   a rra y   1 . 35   In   s e ri e s   4   In   p a ra l l e l   2   Bra n d   K A I S E   D i m e n s i o n s   52 . 2 x 2 4 x 2 1 . 8 7   c m             Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   40 ,   N o .   1 ,   O c t o b e r   20 25 93 - 1 07   102   3. 3 .     S h ad o w   an al ys i s   s i m u l ati o n   U s i n t h e   o nl i n e   s o f t w a r e   S ke t c h U p ,   t h e   b e h a v i o o f   t h e   s ha dow s   o n   t h e   s t udy   b ui l di n g   i s   p r o j e c t e d.   It   a l l o w s   t h e   e v a l ua t i o o f   po s s i b l e   o bs t a c l e s   a f fe c t i n t h e   s o l a r   ra d i a t i o o ut put   o f   t h e   s o l a r   p a n e l s   [3 4 ],   [ 35 ] .   F i gu r e   12   s h o w s   t h e   b e h a v i o o f   t h e   da y   15/ 04 / 2022   b e t w e e n   9 : 00   a m   a n d   3 : 00   p m ,   s h o w i n g   a   f e a s i b l e   de s i gn  t o   o b t a i n   e n e r gy   be t w e e n   a n d   h o u r s   du r i ng  t h e   d a y .           F i gu r e   12 .   S ha do w   a na l y s i s   us i n S ke t c h U p       3. 4 .     Wi r i n g   d i a gr am s   T h e   e l e c t ri c a l   w i ri n g   di a g ra m s   f o r   t h e   p r o po s e h y b r i P V   s y s t e m   a r e   p r e s e n t e d   b e l ow .   F i gu r e   13   i l l us t r a t e s   t h e   c o n f i gura t i o o f   S e r i e s   1   a nd  S e r i e s   2,   c o nn e c t e t o   t h e   M P P 1   a n d   M P P 2   i nput s   o f   t h e   15   kW   h y b r i i n v e rt e r   a s s i g n e d   t o   t h e   s e c o n f l o o r .   T hi s   s e r i e s   a rra n ge m e n t   de l i v e r s   a   t o t a l   D C   i n pu t   po w e r   o 14, 160   W.   F i gu r e   14   s h o w s   t h e   b a t t e r y   b a n c o n f i gu ra t i o c o n n e c t e t o   t h e   l o a d   i nput   o f   t h e   s a m e   15   kW   i n v e r t e r.   T h e   b a t t e r y   s y s t e m   i s   de s i g n e d   t o   o pe r a t e   a t   48  V D w i t a   s t o ra ge   c a pa c i t y   o f   400   A h ,   e n s u r i ng  a de qua t e   b a c kup  f o e s s e n t i a l   l o a ds .   I a dd i t i o n,   F i gu r e   15   di s pl a y s   t h e   s e c o n s e t   o f   PV   s t r i ngs S e ri e s   a n S e r i e s   4 a l s o   c o nn e c t e t o   t h e   M P P 1   a n d   M P P i n pu t s   o f   a n o t h e r   15   kW   h y b r i i n v e rt e r.   T hi s   a rra y   pr o v i de s   a   t o t a l   i n pu t   po w e r   o f   12, 980   W ,   c o m pl e t i ng  t h e   s e c o n d - f l o o r   s y s t e m   de s i gn.   F i gu r e   16   s h o w s   t h e   s e c o n d - f l oo r   de s i g c o rr e s po n d i n g   t o   a   b a t t e r y   a rra y   w i t a   h y b r i i n v e r t e r   o f   15   kW .   T h e   a rra y   g i v e s   a   b a t t e r y   D C   b u s   o f   4 8   V D C   a t   40 0   A h.   T he   p r o po s e d   s o l a P V   s y s t e m   i s   s h o w i F i g u r e   17 .             F i g u re   1 3 .   S e r i e s   1   a nd   2   a r ra y   o f   s o l a p a ne l s .   I nv e rt e N o .   1     F i gu r e   14 .   B a t t e r y   a rra n ge m e n t   f o r   i n v e rt e #1             F i gu r e   15 .   S e r i e s   3   a nd  4   a rr a y   of   s o l a pa n e l     F i gu r e   16 .   B a t t e r y   a rra n ge m e n t   f o r   i n v e rt e #2   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.