The electrical characteristics of a photovoltaic cell (open circuit voltage and short circuit current) depend on the weather conditions. An increase in temperature reduces electricity production, while an increase in irradiation has a positive impact. Global warming, which has an impact on these parameters, has already been studied by various researchers to assess its impact on photovoltaic potential. While negative impacts have been observed in Europe, Africa and Asia, other studies show more mixed results, particularly in China and Italy. Also, in order to limit the effects of temperatures on the panels, various cooling technologies (active, passive, water, air) are currently being developed through various research projects. This paper studies the challenges and potential solutions for PV production in the context of climate change scenarios on a global scale. Aspects absent from the literature, such as the impact of global warming on the degradation rate and the economic profitability of cooling technologies, are studied here. In terms of methodology, 11 locations corresponding to the 11 Köppen Geiger classification sub-climates most present on the Earth’s surface were chosen. The Meteonorm and Weathershift meteorological models were then used to predict temperature and irradiance for the present, 2040, 2060 and 2090 for the RCP2.6, 4.5 and 8.5 warming scenarios. For each location, two power plant models were considered: ground-mounted and rooftop. The evolution of degradation is modelled through hydrolysis driven degradation, thermomechanical degradation and photodegradation. Finally, seven cooling technologies were considered, including 4 passive (open channel, heat pipe, aluminium fins and PCM) and 3 active (open channel with blower fan, water-based spray and water layer over the front PV panel). The study reveals that the specific energy yield during the first year of operation remains relatively stable, with potential increases in some regions, notably China (+10% for RCP2.6 on rooftops by 2090). However, global warming significantly affects the degradation rate, leading to a more substantial decline in average specific energy yield over 20 years of operation. Tropical and arid areas are expected to be more impacted than warm temperate and cold zones, especially for rooftop PV systems, which are prone to faster degradation due to less heat dissipation. Cooling technologies are not economically viable for ground-mounted PV plants, considering their effect on LCOE and sensitivity analysis results. Conversely, heatpipe technology effectively reduces LCOE for rooftop PV systems and is particularly beneficial in arid climates. Manufacturers are addressing these temperature and degradation challenges through innovations in materials (such as perovskite solar cells), module designs (like multibusbar), and thorough testing and simulations.

Klimatstudier visar att den globala uppvärmningen påverkar solenergiproduktionen på olika sätt i olika klimat. I fuktiga tropiska klimat som Singapore förväntas temperaturerna stiga med upp till +3°C fram till 2090, med en liten ökning av solinstrålningen (GHI). Den initiala energiproduktionen ökar, men stagnerar eller minskar under 20 år, särskilt för installationer på tak. Torra vinterklimat, som Brasilien, upplever liknande temperaturökningar, med en stagnation eller liten ökning av GHI, vilket leder till en minskning av produktionen under 20 år. I torra klimat som Botswana och Egypten stiger temperaturerna avsevärt, vilket leder till allvarlig växtförstöring, även om kylteknik som öppna kanaler kan mildra denna påverkan. I varma tempererade klimat, som Spanien, Kina, Frankrike och Japan, ökar GHI betydligt och energiproduktionen förbättras, med mindre nedbrytning jämfört med torra och tropiska klimat. I de kalla klimaten i Ryssland och Sverige förblir produktionen stabil eller ökar något, med låg grad av försämring. Kylteknik, i synnerhet öppna kanaler, har visat sig vara effektiva för att minska energikostnaderna och mildra effekterna av den globala uppvärmningen, särskilt i varma regioner. När det gäller metodiken valdes 11 platser som motsvarar de 11 subklimat enligt Köppen Geiger-klassificeringen som är vanligast förekommande på jordytan. De meteorologiska modellerna Meteonorm och Weathershift användes sedan för att förutsäga temperatur och instrålning för nutid, 2040, 2060 och 2090 för uppvärmningsscenarierna RCP2,6, 4,5 och 8,5. För varje plats övervägdes två kraftverksmodeller: markmonterade och takmonterade. Utvecklingen av nedbrytningen modelleras genom hydrolysdriven nedbrytning, termomekanisk nedbrytning och fotodegradering. Slutligen beaktades sju kyltekniker, varav 4 passiva (öppen kanal, värmerör, aluminiumfenor och PCM) och 3 aktiva (öppen kanal med fläkt, vattenbaserad spray och vattenlager över den främre PV-panelen). Studien om effekten av global uppvärmning på PV-potential visar att den specifika energiproduktionen under det första driftåret förblir relativt stabil, med potentiella ökningar i vissa regioner, särskilt Kina (+10% för RCP2.6 på tak fram till 2090). Global uppvärmning påverkar dock nedbrytningshastigheten betydligt, vilket leder till en mer betydande minskning av den genomsnittliga specifika energiproduktionen över 20 års drift. Torra områden förväntas påverkas mer än varma tempererade och kalla zoner, särskilt för takmonterade PV-system, som är mer benägna till snabbare nedbrytning på grund av mindre värmeavledning. Kylteknologier är inte ekonomiskt lönsamma för markmonterade PV-anläggningar med tanke på deras effekt på LCOE och resultaten från känslighetsanalysen. Däremot minskar öppna kanalteknologin effektivt LCOE för takmonterade PV-system och är särskilt fördelaktig i tropiska och torra klimat. Tillverkare hanterar dessa temperatur- och nedbrytningsutmaningar genom innovationer i material (såsom perovskit-solceller), modulkonstruktioner (som multi-busbar), samt noggranna tester och simuleringar.