INCREASING THE EFFICIENCY OF PHOTOVOLTAIC MODULES DUE TO VARIOUS COOLING METHODS
The article considers the effect of temperature on the efficiency of photovoltaic modules and analyzes the methods of their cooling. It is shown that increasing the operating temperature of solar panels leads to a decrease in voltage, output power and accelerated degradation of photovoltaic elements...
Збережено в:
| Дата: | 2026 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine
2026
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/633 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Vidnovluvana energetika |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
Vidnovluvana energetika| _version_ | 1870287581609984000 |
|---|---|
| author | Iurchenko , M. |
| author_facet | Iurchenko , M. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "M. Iurchenko ",
"institution": "Інститут відновлюваної енергетики НАН України, м. Київ, Україна"
}
] |
| author_sort | Iurchenko , M. |
| baseUrl_str | https://ve.org.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-09T12:14:07Z |
| description | The article considers the effect of temperature on the efficiency of photovoltaic modules and analyzes the methods of their cooling. It is shown that increasing the operating temperature of solar panels leads to a decrease in voltage, output power and accelerated degradation of photovoltaic elements, and that various approaches are used to reduce the operating temperature and increase efficiency. An overview of various cooling methods for increasing the productivity of photovoltaic panels is presented - passive, active and combined systems for cooling photovoltaic systems using air, water, phase transition materials and nanofluids as working agents and other methods. Depending on the intended use, it is advisable to use the appropriate method to increase the efficiency of photovoltaic modules and/or to produce additional thermal energy. As a result, it was found that there is no universal method for cooling photovoltaic modules, and the choice of the optimal cooling system should be carried out taking into account climatic, structural, economic and operational factors.  |
| doi_str_mv | 10.36296/1819-8058.2026.2(85).266-277 |
| first_indexed | 2026-07-10T01:00:30Z |
| format | Article |
| fulltext |
266
Відновлювана енергетика. № 2/2026 | Сонячна енергетика
УДК 621.311 https://doi.org/10.36296/1819-8058.2026.2(85).266-277
ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ РОБОТИ ФОТОЕЛЕКТРИЧНИХ МОДУЛІВ
ЗА РАХУНОК РІЗНИХ СПОСОБІВ ОХОЛОДЖЕННЯ
Отримано 14 трав. 2026 р.; рекомендовано до публікації 26 чер. 2026 р.
Доступно онлайн 30 чер. 2026 р.
Юрченко М. М.
Автор для кореспонденції: Юрченко Максим,
e-mail: iurchenko.m.nas@ukr.net
Анотація. У статті розглянуто вплив температури на
ефективність роботи фотоелектричних модулів та про-
аналізовано способи їх охолодження. Показано, що підвищення робочої температури сонячних па-
нелей призводить до зниження напруги, вихідної потужності та прискорення деградації фотоеле-
ктричних елементів, також зазначено, що для зниження робочої температури й підвищення
ефективності використовуються різні підходи. Представлено огляд різних способів охолодження
для підвищення продуктивності фотоелектричних панелей ‒ пасивні, активні та комбіновані сис-
теми охолодження фотоелектричних систем з використанням повітря, води, матеріалів з фазо-
вим переходом і нанорідин як робочих агентів та інші способи. Залежно від цілей використання до-
речно застосовувати відповідний спосіб з метою підвищення ефективності роботи
фотоелектричних модулів та/або додаткового виробництва теплової енергії. У результаті вста-
новлено, що універсального способу охолодження фотоелектричних модулів не існує, а вибір опти-
мальної системи охолодження повинен здійснюватися з урахуванням кліматичних, конструктив-
них, економічних та експлуатаційних факторів.
Ключові слова: сонячна енергія, способи охолодження фотоелектричних систем, підвищення ефекти-
вності фотоелектричних систем, продуктивність, пасивне охолодження, активне охолодження,
PVT.
Перелік використаних позначень та скорочень
PV ‒ photovoltaic (фотоелектричні)
PVT ‒ photovoltaic thermal (фотоелектричні теп-
лові)
V ‒ напруга
I ‒ струм
STC ‒ Standard Test Conditions (стандартні тестові
умови)
NOCT ‒ Normal Operating Cell Temperature (номі-
нальна робоча температура сонячного елемента)
PCM ‒ phase change materials (фазозмінні матеріали)
Вступ. Один з найпоширеніших видів відновлюваної
енергії ‒ сонячна енергія. Її перевагами є легкодоступ-
ність у багатьох місцях, низькі експлуатаційні витрати й
можливість використання в невеликих децентралізова-
них системах енергопостачання [1].
Перетворення сонячної енергії на електричну
здійснюється за допомогою фотоелектричних (PV) со-
нячних елементів. Однак сонячне випромінювання, яке
поглинається, але не перетворюється на електрику,
сприяє підвищенню температури сонячних елементів,
таким чином знижуючи ефективність їх перетворення
[2].
Сонячні панелі випробовуються за стандартних тестових
умов (STC): 1000 Вт/м2 падаючого сонячного ви-
промінювання, температура фотоелементів 25 °C,
швидкість вітру 0 м/с, спектр сонячного ви-
промінювання повітряної маси 1,5. Стандартні тестові
умови STC рідко існують у реальних зовнішніх умовах,
зокрема, температура сонячної панелі буде набагато
вищою, особливо в жаркому кліматі. Тому характери-
стики сонячних панелей при STC не можуть бути вико-
ристані для оцінки фактичної продуктивності та вироб-
ництва електричної енергії фотоелектричної системи в
реальних умовах [3].
Під час роботи, особливо в спекотну погоду, сонячні па-
нелі нагріваються. Підвищення температури поверхні
сонячного модуля негативно впливає на його техніко-
експлуатаційні характеристики [4]. Ця залежність опи-
сується температурними коефіцієнтами напруги та
струму. Оптимальною температурою для експлуатації
фотоелементів вважається 25 °С. За температури вище
оптимальної напруга холостого ходу зменшується, а
струм короткого замикання незначно підвищується [3].
На рисунку для прикладу наведена вольт-амперна
аспірант
https://orcid.org/0009-0000-7307-6039
Інститут відновлюваної енергетики НАН
України, м. Київ, Україна
267
Відновлювана енергетика. № 2/2026 | Сонячна енергетика
характеристика сонячної панелі одного із сучасних ви-
робників за різних температур фотоелектричних мо-
дулів.
Рисунок. Вольт-амперна характеристика сонячної
панелі JAM72S30-540/MR за різних температур
Щоб оцінити роботу сонячних панелей за умов набли-
жених до реальності, були прийняті додаткові пара-
метри, а саме температура, що відповідає типовим умо-
вам експлуатації NOCT (Normal Operating Cell
Temperature) ‒ номінальна робоча температура соняч-
ного елемента.
Номінальна робоча температура сонячного елемента
NOCT вимірюється за сонячної інтенсивності 800 Вт/м2,
температури повітря 20 °C та швидкості вітру 1 м/с. Чим
нижча температура NOCT, тим краще працюватиме мо-
дуль у реальних умовах. NOCT не є умовою для експлу-
атації сонячної панелі, однак це один з важливих пара-
метрів для оцінки якості фотоелектричного модуля.
Характеристики наведені при NOCT дають змогу отри-
мати точніше уявлення про те, якою буде температура
панелі та її характеристики в реальних умовах експлуа-
тації [3].
Також одним з факторів, що впливає на зниження ефек-
тивності роботи фотоелементів та сонячних панелей є їх
деградація. Деградація ‒ це процес погіршення характе-
ристик сонячних модулів з плином часу, поступове зни-
ження якості, руйнування внаслідок зовнішнього впливу
і часу. З часом вироблення електроенергії повільно
зменшується [5].
Під час експлуатації монокристалічні та полікристалічні
фотоелектричні елементи втрачають ефективність у се-
редньому зі швидкістю 1 % щороку. Виробники зазви-
чай гарантують близько 90 % продуктивності до перших
десяти років і 80 % ‒ до 25‒30 років роботи. Однак
останні дослідження показують, що монокристалічні па-
нелі, виготовлені після 2000 року, можуть деградувати
зі швидкістю всього 0,4 % на рік. Виробники заявляють
термін служби сонячних панелей 20‒25 років [4].
Одна з причин деградації сонячних панелей ‒ агресивна
дія навколишнього середовища, а саме:
− перегрів сонячних панелей;
− постійний вплив зміни температур, який призводить
до утворення мікротріщин, що викликає погіршення
електричних з’єднань;
− сильні пориви вітру, що викликають підвищення ди-
намічних і механічних навантажень;
− вологість, сніг і лід, які повільно сприяють старінню
батареї [6].
Таким чином, підвищення температури негативно впли-
ває на ефективність перетворення сонячного світла на
електричну енергію. Перегрів призводить до зниження
напруги, яка генерується фотоелементами, що,
відповідно, зменшує вихідну потужність системи, а та-
кож прискорює деградацію фотоелектричних модулів ‒
погіршення характеристик фотоелементів з плином
часу.
Способи охолодження фотоелектричних модулів. Існу-
ють різноманітні способи охолодження сонячних пане-
лей, які призначені для відведення надлишкового тепла
та зниження температури панелей. У результаті можна
розраховувати на збільшення виробництва електрое-
нергії.
Способи охолодження фотоелектричних модулів
можна умовно поділити на пасивні та активні, а також
комбіновані (гібридні) [7]:
− пасивні ‒ не потребують додаткового джерела енергії
(наприклад, конструктивні рішення, оребрення, радіа-
ційне / спектральне охолодження, фазозмінні матері-
али PCM);
− активні ‒ передбачають використання допоміжного
обладнання й витрату додаткової енергії (наприклад,
примусове охолодження повітрям, рідинне охоло-
дження, спрей-схеми, термоелектричні охолоджу-
вачі);
− комбіновані (або гібридні) ‒ поєднують пасивні та ак-
тивні підходи або поєднують охолодження з корис-
ним відбором тепла й генерацією додаткової енергії
(наприклад, PVT-системи).
Кожен спосіб має свої переваги та обмеження, які зале-
жать від кліматичних умов, типу системи, бюджету та
масштабу застосування, що, відповідно, визначає його
доцільність у конкретних умовах експлуатації.
Пасивні способи охолодження не потребують
зовнішніх джерел енергії та ґрунтуються на природних
фізичних процесах, таких як конвекція, теплопровідність
або радіаційне випромінювання. Пасивне охолодження
здійснюється лише за рахунок конструкційних особли-
востей [8].
Найпоширенішими технологіями є:
− природна конвекція ‒ охолодження завдяки руху по-
вітря навколо PV-модуля;
268
Відновлювана енергетика. № 2/2026 | Сонячна енергетика
− конструктивні рішення ‒ оребрення на задній повер-
хні фотомодуля, тонкоплівкові теплопровідні підкла-
дки, вентиляційні зазори й оптимізована геометрія
монтажу;
− теплоакумуляція ‒ інтеграція в конструкцію фотомо-
дуля фазозмінних матеріалів (PCM);
− радіаційне охолодження за рахунок спеціальних по-
криттів.
Пасивні способи вважаються економічно доцільними
завдяки простоті реалізації та відсутності додаткових
енергетичних витрат. Проте їхня ефективність обме-
жена різними умовами.
До конструктивних рішень для охолодження сонячних
панелей відносять: ребра, підкладки, зазори. Прості
конструктивні поліпшення часто дають економічно
обґрунтований приріст ефективності: додаткові
алюмінієві ребра / радіатори на задній поверхні, тонко-
плівкові термопровідні шари, а також забезпечення
вентиляційного зазору між модулем і кронштейном ‒
усе це збільшує площу теплообміну та сприяє інтен-
сифікації природної конвекції. Досліди показують, що
такі заходи можуть знизити локальні температури на
декілька градусів (5‒12 °C) і забезпечити стабільний, хоч
і невеликий, приріст електрогенерації [9].
Радіаційне охолодження за рахунок спеціальних по-
криттів спирається на випромінювання в оточуюче сере-
довище, завдяки чому поверхня фотоелектричного мо-
дуля охолоджується без додаткових витрат енергії. Для
PV-модулів є важливий нюанс ‒ покриття мають бути
спектрально-селективними: висока прозорість у види-
мому та ближньому інфрачервоному спектрі, щоб не
зменшувати генерацію. Також високий ступінь ви-
промінювання в середньому і довгохвильовому інфра-
червоному спектрі, щоб віддавати тепло. Експеримен-
тальні дослідження продемонстрували, що PDMS-
плівки з пірамідальною текстурою можуть знижувати
робочу температуру кремнієвих комірок на 5‒15 °C за
стандартної інсоляції, що відповідає помітному приро-
сту електричної потужності [10].
Інтеграція в конструкцію фотомодуля фазозмінних ма-
теріалів (PCM) дає змогу акумулювати надлишок тепло-
вої енергії в періоди пікової інсоляції за рахунок енталь-
пії плавлення, з подальшою поступовою віддачею її
вночі. Роль PCM у PV-конструкціях ‒ вирівнювання піків
температури, зниження амплітуди денних коливань і
тимчасова підтримка сприятливішого температурного
режиму для фотоелементів. Також застосування PCM
(органічних парафінів, соляних гідратів) у поєднанні з
нанонаповнювачами (металеві чи оксидні наноча-
стинки) може збільшити теплопровідність і покращити
швидкість відводу тепла, що підвищує ефективність
PCM-рішення в реальних умовах. Проте ефективність
сильно залежить від правильного вибору температури
плавлення PCM, теплоємності та регенеративних вла-
стивостей вибраного матеріалу [11].
Пасивні способи охолодження PV-модулів являють со-
бою привабливу й економічну можливість для зни-
ження робочих температур без додаткових енергетич-
них витрат. Проте універсальної стратегії не існує.
Радіаційні покриття працюють краще в сухих регіонах з
малим покривом хмар і високою оптичною прозорістю
атмосфери. PCM-матеріали дають найкращий результат
у регіонах з чітко вираженими денними коливаннями
температури. А конструктивні рішення найекономічніші
для великих масивів, де вартість матеріалів відіграє го-
ловну роль. Ключовими обмеженнями пасивних систем
є: залежність від метеоумов, деградація покриттів під
ультрафіолетовим випромінюванням, обмежена
циклічна стійкість PCM-матеріалів та проблеми інтегра-
ції з існуючими панелями. Під час вибору слід оцінювати
пасивні рішення охолодження з урахуванням локаль-
ного клімату, архітектурних обмежень та вартості жит-
тєвого циклу системи.
Також одним з найменш досліджених аспектів темпера-
турного режиму фотоелектричних модулів є безпосе-
редній вплив орієнтації сонячних панелей на її робочу
температуру. Зазвичай орієнтацію сонячної панелі
розглядають як спосіб максимізації поглинання соняч-
ного випромінювання, при цьому не звертаючи уваги на
її температуру за різних кутів нахилу та азимутальних
напрямків. Тим часом орієнтація визначає не лише кіль-
кість радіації, що потрапляє на панель, але й характер
конвективного охолодження, кут падіння прямого ви-
промінювання та добову зміну теплового режиму фото-
електричних модулів [21]. Так, для умов північної
півкулі оптимальною з погляду максимальної річної ге-
нерації вважається південна орієнтація фотоелектрич-
них модулів. У цьому разі максимальна інсоляція спо-
стерігається в полуденні години, коли Сонце має
найбільшу висоту над горизонтом. Проте саме концен-
трація сонячного випромінювання в обідній період фор-
мує найінтенсивніше теплове навантаження. У літній
період температура поверхні панелей у разі південної
орієнтації може досягати 60‒70 °C навіть за температури
повітря 30 °C. Такі умови супроводжуються значними
температурними втратами потужності [22].
Отже, для зменшення температури фотоелектричного
модуля слід також проводити аналіз та вибір оптималь-
ного кута нахилу та азимутального напрямку для кон-
кретних умов розміщення та регіону.
Активні способи охолодження використовують до-
поміжне обладнання та передбачають витрату додатко-
вої енергії. У порівнянні з пасивними підходами, активні
способи дають більшу різницю температур між охолод-
жуючим теплоносієм та модулем, але потребують енер-
госпоживання, складнішого обладнання та регулярного
обслуговування. Тому вибір конкретного рішення вима-
гає аналізу витрати та вигоди у кожному випадку за-
стосування [12].
https://www.mdpi.com/1996-1073/15/16/5884?utm_source=chatgpt.com
269
Відновлювана енергетика. № 2/2026 | Сонячна енергетика
До активних способів охолодження PV-модулів відно-
сять:
− повітряне примусове охолодження з використанням
вентиляторів;
− рідинне охолодження ‒ циркуляція води або нанорі-
дини через теплообмінні канали;
− системи з активним охолодженням PCM;
− рідинне охолодження з розпиленням води, спрей-
системи.
Кожен варіант має свої інженерні особливості: повітряні
схеми простіші й дешевші, рідинні ‒ ефективніші для пе-
редачі теплоти, а спрей-системи дають найшвидше ло-
кальне охолодження за наявності водних ресурсів [13].
Повітряне примусове охолодження ‒ найпростіший з ак-
тивних підходів, який підвищує коефіцієнт теплообміну й
знижує робочу температуру фотоелементів. Його пере-
ваги: простота інтеграції та невисока вартість установки
для невеликих систем [14]. Недоліки: енергоспоживання
вентиляторів та зниження корисного приросту електрое-
нергії, що може призвести до невигідного співвідно-
шення споживання й отриманої вигоди. Дослідження
підкреслюють, що повітряні схеми доцільні там, де енер-
госпоживання вентиляторів невелике або вони можуть
живитися частково від самої PV-системи [7].
Рідинні системи охолодження ‒ основний практичний
спосіб активного охолодження. Вода або модифікова-
ний теплоносій прокачується через канали на задній по-
верхні або через колектори, забезпечуючи високу
швидкість відведення тепла завдяки великій теплоєм-
ності рідини. Розрахунки та експериментальні випробу-
вання показують, що водяне охолодження зменшує
температуру на десятки градусів у порівнянні з пане-
лями без охолодження та істотно підвищує вихід гене-
рованої електричної енергії [12].
Також для охолодження використовують нанорідини
(nanofluids) ‒ рідини з додаванням наночастинок у теп-
лоносії, що впливають на підвищення теплопровідності
теплоносія та ефективність теплообміну. Дослідження
показують, що нанорідини (наприклад, на основі окси-
дів металів) покращують теплоперенос і можуть зни-
зити температуру PV-модуля більше, ніж звичайна вода
при тих самих гідравлічних умовах. Проте слід врахо-
вувати такі недоліки, як агломерація, підвищення
гідравлічного опору й довговічності суспензій
нанорідин [15].
У спрей-системах застосовується розпилювання води по
задній поверхні фотомодуля або організується тонка во-
дяна плівка з випаровуванням. Це дуже ефективний
спосіб, особливо в сухому кліматі. Оскільки випарову-
вання поглинає значну кількість теплоти під час фазо-
вого переходу, локальне охолодження помітно при
порівняно невеликому обсязі води. Проте такий спосіб
має недоліки ‒ витрати водних ресурсів, відкладення
солей та необхідність фільтрації води [16].
Під час вибору активних систем охолодження ключовим
при оцінці є співвідношення між корисним приростом
електроенергії та витратами на живлення самої систем
охолодження. У практичних дослідженнях водяне та
спрей-охолодження показують найвище зниження тем-
ператури і, відповідно, найбільший приріст виробітку,
але й більші витрати в експлуатації та на необхідне
обладнання ‒ вентилятори, насоси, фільтри, водозабез-
печення [12].
Комбіновані (або гібридні) системи поєднують пере-
ваги обох підходів, пасивного та активного способів охо-
лодження, або ж поєднують охолодження з корисним
тепловідбором (PVT-системи). Такий підхід дає змогу
одночасно охолоджувати панелі й використовувати
відведене тепло для побутових чи промислових потреб,
що підвищує сумарну ефективність систем [17].
Комбіновані системи охолодження PV-модулів можуть
бути реалізовані по-різному:
− поєднання пасивних та активних способів ‒ напри-
клад, тепловідвідні ребра або спектральне покриття
та рідинний контур;
− охолодження з використанням тепла (PVT-модулі) ‒
модуль одночасно виробляє електроенергію, а від-
ведене тепло використовується для нагріву води,
опалення чи технологічних процесів [18].
Обидва підходи спрямовані на підвищення загальної
енергоефективності установки.
До комбінації пасивних і активних підходів належать,
наприклад, системи, які застосовують спектрально-се-
лективне покриття або PCM (фазозмінні матеріали), до
яких додають водяний контур або спрей-систему лише
в періоди пікового нагріву. Такий підхід дає змогу ско-
ротити час і енерговитрати активного охолодження,
підвищуючи ефективність.
Гібридні PVT-системи з утилізацією тепла поєднують фо-
тоелектричну генерацію з тепловим відбором [19]. Теп-
лоносій, що циркулює під PV-модулем, відводить тепло,
знижує температуру панелі та передає теплову енергію
на корисне споживання. Такі системи дають змогу
значно підвищити сумарну ефективність за рахунок ви-
робництва електричної й теплової енергії одночасно.
Результати випробувань PVT-систем показали, що
підвищення сумарної енергоефективності може стано-
вити 15‒25 % порівняно з окремою PV-панеллю без охо-
лодження [20].
Під час вибору конфігурації комбінованої системи важ-
ливими є технічні параметри (різниця температур, потік
теплоносія, площа теплообміну), економічна доціль-
ність та операційна складність. Комбіновані способи
охолодження фотоелектричних модулів, особливо ре-
алізовані у форматі PVT, являють собою потужний ін-
струмент для підвищення ефективності сонячних си-
стем. Вони забезпечують як активне охолодження, так і
утилізацію тепла, що значно підвищує загальну енерге-
тичну віддачу та ефективнiсть установки [23]. Хоча такі
системи складніші й вимогливіші до впровадження, їхні
https://www.mdpi.com/1996-1073/15/16/5884?utm_source=chatgpt.com
270
Відновлювана енергетика. № 2/2026 | Сонячна енергетика
переваги в довгостроковій перспективі можуть виправ-
довувати витрати, особливо для об’єктів великої потуж-
ності або систем, орієнтованих на інтеграцію з енерге-
тичними й тепловими мережами.
У результаті було встановлено, що універсального спо-
собу охолодження фотоелектричних модулів не існує.
Вибір оптимального рішення має здійснюватися з
урахуванням кліматичних умов, конструктивних особ-
ливостей та економічних факторів. Пасивні способи до-
цільні для невеликих установок у помірному кліматі, ак-
тивні способи забезпечують стабільніший ефект, але
потребують аналізу енергетичного балансу, а комбіно-
вані мають найвищий потенціал, але й найвищу склад-
ність та капітальні витрати. Окрім цього, слід проводити
аналіз та вибір оптимального кута нахилу та азимуталь-
ного напрямку панелей з погляду їх впливу на робочу
температуру фотоелектричних модулів.
Також крім переваг PVT сонячні колектори мають
недоліки. Теплова енергія, яку виробляє такий комбіно-
ваний колектор є низькопотенційною. А саме, низька
температура отриманого теплоносія може використо-
вуватись в обмеженій кількості теплоенергетичних про-
цесів для задоволення потреб промисловості або домо-
господарств. Це звужує можливості її використання. А
вплив сезонності на потенціал та наявність цієї додатко-
вої теплової енергії також зменшує період можливого
використання таких систем. При спробі отримати тепло-
носій з вищою температурою значно зменшується ефек-
тивність виробництва електроенергії фотоелектричним
модулем, що ставить питання про доцільність викори-
стання PVT-систем у конкретних випадках.
Висновки. Отже, робоча температура сонячних панелей
є одним із факторів, який впливає на ефективність та
надійність роботи фотоелектричних модулів. При інтен-
сивній сонячній радіації значна частина поглинутої
енергії перетворюється на тепло, що призводить до
підвищення робочої температури фотоелектричних
елементів, зменшення напруги та зниження вихідної по-
тужності. У зв’язку з цим застосування різних способів
охолодження розглядається як шлях підвищення ефек-
тивності фотоелектричних систем.
Способи охолодження фотоелектричних модулів кла-
сифікувати як пасивні, активні та комбіновані. Пасивні
способи охолодження характеризуються конструктив-
ною простотою, високою експлуатаційною надійністю
та відсутністю додаткових енергетичних витрат. Вони є
доцільними для використання в умовах помірного
клімату та для невеликих фотоелектричних установок,
однак їх ефективність істотно залежить від зовнішніх
факторів, таких як температура навколишнього середо-
вища, швидкість вітру, рівень інсоляції та орієнтація со-
нячних панелей.
Активні способи охолодження, які базуються на приму-
совій циркуляції повітря або рідини, забезпечують
більше зниження температури модулів і стабільніший
режим роботи. Водночас їх впровадження
супроводжується додатковими енергетичними витрат-
ами, ускладненням конструкції та необхідністю регуляр-
ного технічного обслуговування. У цьому разі виникає
потреба комплексного аналізу енергетичного балансу
системи для визначення доцільності застосування ак-
тивного охолодження в конкретних умовах експлуата-
ції.
Комбіновані способи охолодження поєднують еле-
менти пасивних і активних підходів або інтегрують про-
цес охолодження з корисним відбором теплової енергії
у фотоелектрично-теплових (PVT) системах. Такі
рішення забезпечують найбільший потенціал підви-
щення сумарної енергоефективності, оскільки дають
змогу одночасно оптимізувати електричні параметри
фотоелектричних модулів та додатково використо-
вувати відведене тепло. Однак складність проєктування
та вищі капітальні витрати потребують ретельного тех-
ніко-економічного обґрунтування й оптимізації кон-
структивних параметрів. Також додатково отримана
теплова енергія є низькопотенційною, що звужує діапа-
зон її корисного використання.
Узагальнюючи, можна зробити висновок, що універ-
сального способу охолодження фотоелектричних мо-
дулів не існує. Під час вибору способу та системи охо-
лодження слід враховувати місцеві, конструктивні та
економічні фактори. А вибір оптимального рішення має
здійснюватися з урахуванням кліматичних умов, кон-
структивних та економічних факторів і вимог до енерге-
тичної ефективності.
ПОСИЛАННЯ
1. Madalina Barbu, George Darie, Monica Siroux. Analysis of
a Residential Photovoltaic-Thermal (PVT) System in Two
Similar Climate Conditions. Energies, 2019, 12 (19). DOI:
https://doi.org/10.3390/en12193595
2. Ramos C. A. F., Alcaso A. N., Cardoso A. J. M.
Photovoltaic-thermal (PVT) technology: Review and case
study. International Conference on New Energy and
Future Energy System IOP Conf. Series: Earth and
Environmental Science 354, 2019.
DOI: https://doi.org/10.1088/1755-1315/354/1/012048
3. Шкляр В. И., Дубровская В. В., Карпенко Д. С. Исполь-
зование энергии Солнца фотоэлектрическими систе-
мами. Відновлювана енергетика. 2014. № 3. С. 39–48.
URL: http://jnas.nbuv.gov.ua/uk/article/UJRN-
0000943735
4. Iurchenko M., Matyakh S. Improving the efficiency of
photovoltaic modules. Vidnovliuvana enerhetyka ta
enerhoefektyvnist u XXI stolitti: Materialy XXV
mizhnarodnoi naukovopraktychnoi konferentsii (Kyiv, 22–
24 travnia 2024 r.). Instytut vidnovliuvanoi enerhetyky
NAN Ukrainy. 2024. Pp. 223–225.
DOI: https://doi.org/10.36296/renewable.conf.22-
24.05.2024
5. Rahman T., Mansur A. A., Hossain Lipu M. S.,
Rahman M. S., Ashique R. H., Houran M. A.,
Elavarasan R. M., Hossai E. Investigation of Degradation
https://doi.org/10.3390/en12193595
https://doi.org/10.1088/1755-1315/354/1/012048
http://jnas.nbuv.gov.ua/uk/article/UJRN-0000943735
http://jnas.nbuv.gov.ua/uk/article/UJRN-0000943735
https://doi.org/10.36296/renewable.conf.22-24.05.2024
https://doi.org/10.36296/renewable.conf.22-24.05.2024
271
Відновлювана енергетика. № 2/2026 | Сонячна енергетика
of Solar Photovoltaics: A Review of Aging Factors,
Impacts, and Future Directions toward Sustainable Energy
Management. Energies 2023, 16, 3706.
DOI: https://doi.org/10.3390/en16093706
6. Pramod Rajpu , Digvijay Singh, K Y Singh, Alagar Karthick,
Mohd Asif Shah, Radhey Shyam Meena, Musaddak
Maher Abdul Zahra. A comprehensive review on
reliability and degradation of PV modules based on failure
modes and effect analysis. International Journal of Low-
Carbon Technologies, 2024, Vol. 19. Pp. 922–937.
DOI: https://doi.org/10.1093/ijlct/ctad106
7. Ewa Kozak-Jagieła, Piotr Cisek, Paweł Ocłoń. Cooling
techniques for PV panels: A review. Scientiae Radices.
2023, 2, 47-68
DOI: https://doi.org/10.58332/scirad2023v2i1a03
8. Ramkiran B., Sundarabalan CK, K. Sudhakar. Sustainable
passive cooling strategy for PV module: A comparative
analysis. Case Studies in Thermal Engineering. Volume 27,
October 2021, 101317
DOI: https://doi.org/10.1016/j.csite.2021.101317
9. Mohamed Sharaf, Mohamed S. Yousef, Ahmed S.
Huzayyin. Review of cooling techniques used to enhance
the efficiency of photovoltaic power systems.
Environmental Science and Pollution Research. 2022, 29,
26131–26159.
DOI: https://doi.org/10.1007/s11356-022-18719-9
10. Ke Wang, Guoling Luo, Xiaowei Guo, Shaorong Li, Zhijun
Liu, Cheng Yang. Radiative cooling of commercial silicon
solar cells using a pyramid-textured PDMS film. Solar
Energy. 2021. Vol. 225, 245–251.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.solener.2021.07.025
11. Liang Tang, Yong Luo, Linlin Yin, Jinwei Li, Xiaoling Cao.
Thermal-Management Performance of Phase-Change
Material on PV Modules in Different Climate Zones.
Energies. 2024, 17(23).
DOI: https://doi.org/10.3390/en17236200
12. Krzysztof Sornek, Wojciech Goryl, Rafał Figaj, Gabriela
Dąbrowska, Joanna Brezdeń. Development and Tests of
the Water Cooling System Dedicated to Photovoltaic
Panels. Energies. 2022, 15.
DOI: https://doi.org/10.3390/en15165884
13. Yaareb Elias Ahmed, Mohammad Reza Maghami,
Jagadeesh Pasupuleti, Suad Hassan Danook, Firas Basim
Ismail. Overview of Recent Solar Photovoltaic Cooling
System Approach. Technologies. 2024. 12(9), 171.
DOI: https://doi.org/10.3390/technologies12090171
14. Bondarenko D., Matiakh S., Surzhyk Т., Sheiko, I. Actual
pathways for solar energy development based on the
materials of the scientific and practical conference
«Renewable energy and energy efficiency in the 21st
century» 2025. Vidnovluvana Energetika, 3(82), 82–88.
DOI:https://doi.org/10.36296/1819-8058.2025.3(82).82-
88
15. Suresh, A. K.; Khurana, S.; Nandan Gopal Dwivedi, G.;
Kumar, G. Role on nanofluid in cooling solar photovoltaic
cell to enhance overall efficiency. Materials Today:
Proceedings 5 (2018) 20614–20620
DOI: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2018.06.442
16. Mazlum Cengiz, İsmail Kayri, Hüseyin Aydın. A collated
overview on the evaporative cooling applications for
photovoltaic modules. Renewable and Sustainable Energy
Reviews. 2024, Vol. 197.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.rser.2024.114393
17. Cheng Wang, Fumin Guo, Huijie Liu, Gang Wang. A
Comprehensive Review of Research Works on Cooling
Methods for Solar Photovoltaic Panels. Energies 2025,
18(16), 4305.
DOI: https://doi.org/10.3390/en18164305
18. Mahdi Shakouri, Hossein Ebadi, Shiva Gorjian. Chapter 4 -
Solar photovoltaic thermal (PVT) module technologies.
Photovoltaic Solar Energy Conversion. Technologies,
Applications and Environmental Impacts, 2020, p. 79–
116. DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-819610-
6.00004-1
19. Bondarenko D, Matiakh S., Surzhyk Т., Sheiko I.,
Kravchenko М. Development trends of solar power
engineering based on the materials of the scientific and
practical conference «Renewable energy and energy
efficiency in the 21st century» 2024. Vidnovluvana
Energetika, 3(78), 76–83.
DOI: https://doi.org/10.36296/1819-8058.2024.3(78).76-
83
20. Ihsan Okta Harmailil, Sakhr M. Sultan, Chih Ping Tso,
Ahmad Fudholi, Masita Mohammad, Adnan Ibrahim. The
State of the Art of Photovoltaic Module Cooling
Techniques and Performance Assessment Methods.
Symmetry. 2024, 16(4), 412.
DOI: https://doi.org/10.3390/sym16040412
21. Mustafa Arslan, Mehmet Çunkaş. An experimental study
on determination of optimal tilt and orientation angles in
photovoltaic systems. Journal of Engineering Research.
Volume 13, Issue 3, September 2025, 2689–2701.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.jer.2024.07.015
22. Zhen Ye, André Nobre, Thomas Reindl, Joachim Luther,
Christian Reise. On PV module temperatures in tropical
regions. Solar Energy. Volume 88. 2013, 80–87.
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S
0038092X12003921
23. Bondarenko D., Matiakh S., Surzhyk T., Sheiko I.
Photovoltaic Thermal Solar Collector for Autonomous and
Energy Cluster Modes. Systems, Decision and Control in
Energy VI, vol. 552. Springer, Cham. Pp. 373–384.
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-031-67091-6_16
https://doi.org/10.3390/en16093706
https://doi.org/10.1093/ijlct/ctad106
https://doi.org/10.58332/scirad2023v2i1a03
https://doi.org/10.1016/j.csite.2021.101317
https://doi.org/10.1007/s11356-022-18719-9
https://doi.org/10.1016/j.solener.2021.07.025
https://www.mdpi.com/journal/energies
https://doi.org/10.3390/en17236200
https://doi.org/10.3390/en15165884
https://doi.org/10.3390/technologies12090171
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2025.3(82).82-88
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2025.3(82).82-88
https://doi.org/10.1016/j.matpr.2018.06.442
https://www.sciencedirect.com/journal/renewable-and-sustainable-energy-reviews/vol/197/suppl/C
https://doi.org/10.1016/j.rser.2024.114393
https://doi.org/10.3390/en18164305
https://doi.org/10.1016/B978-0-12-819610-6.00004-1
https://doi.org/10.1016/B978-0-12-819610-6.00004-1
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2024.3(78).76-83
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2024.3(78).76-83
https://doi.org/10.3390/sym16040412
https://doi.org/10.1016/j.jer.2024.07.015
https://www.sciencedirect.com/author/6603154919/thomas-guenter-reindl
https://www.sciencedirect.com/author/35574081900/joachim-luther
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0038092X12003921
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0038092X12003921
https://doi.org/10.1007/978-3-031-67091-6_16
272
Відновлювана енергетика. № 2/2026 | Сонячна енергетика
УДК 621.311 https://doi.org/10.36296/1819-8058.2026.2(85).266-277
INCREASING THE EFFICIENCY OF PHOTOVOLTAIC MODULES DUE TO VARIOUS COOLING METHODS
Received May 14, 2026; accepted Jun. 26, 2026
Available online June. 30, 2026
Iurchenko M.
Author for correspondence: Іurchenko Maxim,
e-mail: iurchenko.m.nas@ukr.net
Анотація. The article considers the effect of temperature on
the efficiency of photovoltaic modules and analyzes the methods of their cooling. It is shown that increasing
the operating temperature of solar panels leads to a decrease in voltage, output power and accelerated
degradation of photovoltaic elements, and that various approaches are used to reduce the operating
temperature and increase efficiency. An overview of various cooling methods for increasing the productivity
of photovoltaic panels is presented - passive, active and combined systems for cooling photovoltaic systems
using air, water, phase transition materials and nanofluids as working agents and other methods. Depending
on the intended use, it is advisable to use the appropriate method to increase the efficiency of photovoltaic
modules and/or to produce additional thermal energy. As a result, it was found that there is no universal
method for cooling photovoltaic modules, and the choice of the optimal cooling system should be carried out
taking into account climatic, structural, economic and operational factors.
Keywords: solar energy, methods for cooling photovoltaic systems, increasing the efficiency of photovoltaic
systems, productivity, passive cooling, active cooling, PVT.
List of Symbols and Abbreviations
PV ‒ photovoltaic
PVT ‒ photovoltaic thermal
V ‒ voltage
I ‒ current
STC ‒ Standard Test Conditions
NOCT ‒ Normal Operating Cell Temperature
PCM ‒ phase change materials
Introduction. One of the most widespread types of renew-
able energy is solar energy. Its advantages include wide
availability in many regions, low operating costs, and the
possibility of application in small, decentralized energy sup-
ply systems [1].
The conversion of solar energy into electrical energy is car-
ried out using photovoltaic (PV) solar cells. However, the
absorbed solar radiation that is not converted into electric-
ity contributes to an increase in the temperature of the so-
lar cells, thereby reducing their conversion efficiency [2].
Solar panels are tested under Standard Test Conditions
(STC), namely: incident solar irradiance of 1000 W/m², pho-
tovoltaic cell temperature of 25°C, wind speed of 0 m/s,
and an air mass solar spectrum of 1.5. Standard Test Condi-
tions (STC) rarely occur under real outdoor operating con-
ditions; in particular, the temperature of a solar panel is
usually much higher, especially in hot climates. Therefore,
the characteristics of solar panels under STC cannot be used
to evaluate the actual performance and electrical energy
generation of a photovoltaic system under real operating
conditions [3].
During operation, especially in hot weather, solar panels
heat up. An increase in the surface temperature of a solar
module negatively affects its technical and operational
characteristics [4]. This dependence is described by the
temperature coefficients of voltage and current. The
optimal operating temperature for photovoltaic cells is
considered to be 25°C. At temperatures above the optimal
value, the open-circuit voltage decreases, while the short-
circuit current increases slightly [3]. Figure presents, as an
example, the current-voltage characteristic of a solar panel
from one of the modern manufacturers at different tem-
peratures of photovoltaic modules.
Figure. Volt-ampere characteristics of the solar panel
JAM72S30-540/MR at different temperatures
To evaluate the performance of solar panels under condi-
tions close to real-world operating environments, addi-
tional parameters were adopted, namely the temperature
PhD student
https://orcid.org/0009-0000-7307-6039
Institute of Renewable Energy, NAS of
Ukraine, Kyiv, Ukraine
https://orcid.org/0000-0003-1434-9724
273
Відновлювана енергетика. № 2/2026 | Сонячна енергетика
corresponding to the Normal Operating Cell Temperature
(NOCT) - the nominal operating temperature of a solar cell.
The nominal operating cell temperature (NOCT) is meas-
ured at a solar irradiance of 800 W/m², ambient air temper-
ature of 20°C, and wind speed of 1 m/s. The lower the NOCT
value, the more efficiently the module will operate under
real-world conditions. NOCT is not an operating condition
for a solar panel; however, it is one of the important pa-
rameters used to assess the quality of a photovoltaic mod-
ule. The characteristics specified under NOCT provide a
more accurate understanding of the expected panel tem-
perature and its performance under actual operating con-
ditions [3].
Another factor affecting the reduction in the efficiency of
photovoltaic cells and solar panels is their degradation.
Degradation is the process of deterioration of solar module
characteristics over time, involving a gradual decline in
quality and structural deterioration caused by environmen-
tal influences and aging. Over time, electricity generation
gradually decreases [5].
During operation, monocrystalline and polycrystalline pho-
tovoltaic cells lose efficiency at an average rate of approxi-
mately 1% per year. Manufacturers usually guarantee
about 90% of the initial performance for the first ten years
and 80% after 25-30 years of operation. However, recent
studies indicate that monocrystalline panels manufactured
after 2000 may degrade at a rate as low as 0.4% per year.
Manufacturers generally declare a service life of solar pan-
els of 20-25 years [4].
One of the causes of solar panel degradation is the aggres-
sive impact of environmental conditions, namely:
– overheating of solar panels;
– continuous temperature fluctuations, which lead to the
formation of microcracks and consequently deterioration
of electrical connections;
– strong wind gusts, which increase dynamic and mechani-
cal loads;
– humidity, snow, and ice, which gradually contribute to
battery aging [6].
Thus, an increase in temperature negatively affects the ef-
ficiency of converting solar radiation into electrical energy.
Overheating leads to a reduction in the voltage generated
by photovoltaic cells, which correspondingly decreases the
output power of the system and also accelerates the deg-
radation of photovoltaic modules, i.e., the deterioration of
photovoltaic cell characteristics over time.
Methods of Cooling Photovoltaic Modules. There are vari-
ous methods for cooling solar panels aimed at removing ex-
cess heat and reducing panel temperature. As a result, an in-
crease in electricity generation efficiency can be expected.
Methods of cooling photovoltaic modules can convention-
ally be divided into passive, active, and combined (hybrid)
methods [7]:
– passive methods do not require an additional energy
source (for example, structural design solutions, finned
surfaces, radiative/spectral cooling, and phase change
materials (PCM);
– active methods involve the use of auxiliary equipment
and additional energy consumption (for example, forced-
air cooling, liquid cooling, spray cooling schemes, and
thermoelectric coolers);
– combined (or hybrid) methods combine passive and ac-
tive approaches or integrate cooling with useful heat re-
covery and additional energy generation (for example,
photovoltaic-thermal systems (PVT systems).
Each method has its own advantages and limitations, which
depend on climatic conditions, system type, budget, and
the scale of application, thereby determining its feasibility
under specific operating conditions.
Passive Cooling Methods. Passive cooling methods do not
require external energy sources and are based on natural
physical processes such as convection, heat conduction, or
radiative emission. Passive cooling is achieved solely
through structural design features [8].
The most common technologies include:
– natural convection - cooling due to air movement around
the PV module;
– structural solutions - fins on the rear surface of the pho-
tovoltaic module, thin-film thermally conductive sub-
strates, ventilation gaps, and optimized mounting geom-
etry;
– thermal energy storage - integration of phase change ma-
terials (PCM) into the photovoltaic module structure;
– radiative cooling through the use of specialized coatings.
Passive methods are considered economically feasible due
to their simplicity of implementation and the absence of
additional energy consumption. However, their effective-
ness is limited by various operating conditions.
Structural solutions for solar panel cooling include fins, sub-
strates, and ventilation gaps. Simple structural improve-
ments often provide a cost-effective increase in efficiency:
additional aluminum fins/heat sinks on the rear surface,
thin-film thermally conductive layers, as well as providing a
ventilation gap between the module and the mounting
bracket - all these measures increase the heat exchange
area and promote the intensification of natural convection.
Experimental studies show that such measures can reduce
local temperatures by several degrees (5-12°C) and provide
a stable, although relatively small, increase in electricity
generation [9].
Radiative cooling through specialized coatings rely on ther-
mal radiation emitted into the surrounding environment,
allowing the surface of the photovoltaic module to cool
without additional energy consumption. For PV modules,
an important consideration is that the coatings must be
spectrally selective: they should exhibit high transparency
in the visible and near-infrared spectral ranges in order not
274
Відновлювана енергетика. № 2/2026 | Сонячна енергетика
to reduce electricity generation, while simultaneously pos-
sessing high emissivity in the mid- and long-wave infrared
ranges to effectively dissipate heat. Experimental studies
have demonstrated that polydimethylsiloxane (PDMS)
films with pyramidal texturing can reduce the operating
temperature of silicon cells by 5-15°C under standard solar
irradiance, corresponding to a noticeable increase in elec-
trical power output [10].
The integration of phase change materials (PCMs) into the
photovoltaic module structure enables the accumulation of
excess thermal energy during periods of peak solar irradi-
ance through the enthalpy of fusion, followed by its gradual
release at night. The role of PCM in PV structures is to
smooth temperature peaks, reduce the amplitude of daily
temperature fluctuations, and temporarily maintain a more
favorable thermal regime for photovoltaic cells. In addition,
the use of PCM materials (organic paraffins and salt hy-
drates) combined with nanofillers (metallic or oxide nano-
particles) can increase thermal conductivity and improve the
rate of heat dissipation, thereby enhancing the efficiency of
PCM-based solutions under real operating conditions. How-
ever, effectiveness strongly depends on the proper selection
of PCM melting temperature, heat capacity, and regenera-
tive properties of the chosen material [11].
Passive cooling methods for PV modules represent an at-
tractive and cost-effective opportunity for reducing operat-
ing temperatures without additional energy consumption.
However, no universal strategy exists. Radiative coatings
perform better in dry regions with low cloud cover and high
atmospheric optical transparency. PCMs demonstrate the
best results in regions with pronounced daily temperature
fluctuations. Structural solutions are the most economical
for large-scale arrays, where material cost plays a decisive
role. The key limitations of passive systems include depend-
ence on weather conditions, degradation of coatings under
ultraviolet radiation, limited cyclic stability of PCM materi-
als, and integration challenges with existing panels. There-
fore, the selection of passive cooling solutions should take
into account the local climate, architectural constraints,
and the life-cycle cost of the system.
Another of the least investigated aspects of the thermal re-
gime of photovoltaic modules is the direct influence of solar
panel orientation on their operating temperature. Typically,
solar panel orientation is considered primarily as a method
of maximizing solar radiation absorption, while insufficient
attention is paid to the panel temperature under different
tilt angles and azimuth directions. Meanwhile, orientation
determines not only the amount of radiation incident on the
panel, but also the nature of convective cooling, the angle of
incidence of direct radiation, and the daily variation of the
thermal regime of photovoltaic modules [12].
For conditions in the Northern Hemisphere, southward ori-
entation of photovoltaic modules is generally considered
optimal from the standpoint of maximizing annual electric-
ity generation. In this case, maximum solar irradiance oc-
curs during midday hours, when the Sun reaches its highest
elevation above the horizon. However, the concentration
of solar radiation during the midday period also creates the
most intense thermal load. During the summer season, the
surface temperature of south-oriented panels can reach
60-70°C even when the ambient air temperature is 30°C.
Such conditions are accompanied by significant tempera-
ture-related power losses [13].
Thus, in order to reduce the temperature of a photovoltaic
module, it is also necessary to analyze and select the opti-
mal tilt angle and azimuth for specific installation condi-
tions and regional characteristics.
Active cooling methods utilize auxiliary equipment and re-
quire additional energy consumption. Compared with pas-
sive approaches, active methods provide a greater temper-
ature difference between the cooling medium and the
module; however, they require energy input, more com-
plex equipment, and regular maintenance. Therefore, the
selection of a specific solution requires a cost-benefit anal-
ysis for each particular application [14].
Active cooling methods for PV modules include:
– forced-air cooling using fans;
– liquid cooling - circulation of water or nanofluids through
heat-exchange channels;
– systems with active cooling of phase change materials
(PCM);
– liquid cooling with water spraying, or spray-cooling sys-
tems.
Each option has its own engineering characteristics: air-
based systems are simpler and less expensive, liquid-based
systems are more efficient in heat transfer, while spray sys-
tems provide the fastest local cooling when water re-
sources are available [15].
Forced-air cooling is the simplest of the active approaches,
increasing the heat transfer coefficient and reducing the
operating temperature of photovoltaic cells. Its advantages
include ease of integration and relatively low installation
cost for small-scale systems [16]. The disadvantages in-
clude the energy consumption of fans and the reduction of
the net useful gain in electricity generation, which may re-
sult in an unfavorable ratio between energy consumption
and the benefit obtained. Studies emphasize that air-cool-
ing schemes are advisable in cases where fan power con-
sumption is low or where the fans can be powered partially
by the PV system itself [7].
Liquid cooling systems represent the primary practical
method of active cooling. Water or a modified heat-trans-
fer fluid is pumped through channels on the rear surface or
through collectors, ensuring a high rate of heat removal
due to the high heat capacity of liquids. Calculations and
experimental studies demonstrate that water cooling re-
duces temperature by several tens of degrees compared
with non-cooled panels and significantly increases electri-
cal energy output [14].
275
Відновлювана енергетика. № 2/2026 | Сонячна енергетика
Nanofluids are also used for cooling purposes. Nanofluids are
liquids containing nanoparticles dispersed within the heat-
transfer medium, which improve the thermal conductivity of
the coolant and enhance heat exchange efficiency. Research
indicates that nanofluids (for example, those based on metal
oxides) improve heat transfer and can reduce the tempera-
ture of PV modules more effectively than conventional water
under the same hydraulic conditions. However, disad-
vantages such as agglomeration, increased hydraulic re-
sistance, and issues related to the long-term stability of
nanofluid suspensions must also be considered [17].
Spray-cooling systems involve spraying water onto the rear
surface of the photovoltaic module or creating a thin evap-
orative water film. This is a highly effective method, espe-
cially in dry climates. Since evaporation absorbs a signifi-
cant amount of heat during the phase transition process,
noticeable local cooling can be achieved with a relatively
small volume of water. However, this method also has dis-
advantages, including water consumption, salt deposition,
and the need for water filtration [18].
When selecting active cooling systems, the key evaluation
criterion is the balance between the useful increase in elec-
tricity generation and the energy consumption required to
operate the cooling system itself. Practical studies show that
water cooling and spray cooling provide the greatest temper-
ature reduction and, accordingly, the highest increase in en-
ergy generation, but they also involve higher operational
costs and additional equipment requirements, including
fans, pumps, filters, and water supply systems [14].
Combined (or Hybrid) Cooling Systems. Combined (or hy-
brid) systems integrate the advantages of both passive and
active cooling approaches or combine cooling with useful
heat recovery (PVT systems). Such an approach makes it
possible to simultaneously cool the panels and utilize the
removed heat for domestic or industrial applications,
thereby increasing the overall efficiency of the system [19].
Combined cooling systems for PV modules can be imple-
mented in various ways:
− integration of passive and active methods - for example,
heat-dissipating fins or spectral coatings combined with
a liquid cooling circuit;
− cooling with heat utilization (PVT modules) - the module
simultaneously generates electricity, while the
extracted heat is used for water heating, space heating,
or technological processes [20].
Both approaches are aimed at improving the overall energy
efficiency of the installation.
Examples of combined passive and active approaches in-
clude systems that use spectrally selective coatings or PCM
(phase change materials), supplemented by a water circuit
or spray-cooling system only during periods of peak heat-
ing. Such an approach reduces the operating time and en-
ergy consumption of active cooling, thereby improving
overall efficiency.
Hybrid photovoltaic-thermal (PVT) systems with heat re-
covery combine photovoltaic electricity generation with
thermal energy extraction [21]. A heat-transfer fluid circu-
lating beneath the PV module removes heat, lowers the
panel temperature, and transfers thermal energy for useful
consumption. Such systems significantly increase overall
efficiency through the simultaneous production of electri-
cal and thermal energy. Experimental studies of PVT sys-
tems have shown that the increase in total energy effi-
ciency may reach 15–25% compared with a standalone PV
panel without cooling [22].
When selecting the configuration of a combined system,
important considerations include technical parameters
(temperature difference, heat-transfer fluid flow rate, and
heat-exchange area), economic feasibility, and operational
complexity. Combined cooling methods for photovoltaic
modules, especially those implemented in the form of PVT
systems, represent a powerful tool for improving the effi-
ciency of solar energy systems. They provide both active
cooling and heat recovery, significantly increasing the over-
all energy output and efficiency of the installation [23]. Alt-
hough such systems are more complex and demanding in
terms of implementation, their long-term advantages may
justify the associated costs, especially for high-capacity fa-
cilities or systems intended for integration with electrical
and thermal energy networks.
As a result, it was established that no universal method for
cooling photovoltaic modules exists. The selection of the
optimal solution should be carried out taking into account
climatic conditions, structural characteristics, and eco-
nomic factors. Passive methods are appropriate for small-
scale installations in moderate climates. Active methods
provide a more stable cooling effect but require analysis of
the energy balance, while combined methods possess the
highest potential together with the highest complexity and
capital costs. In addition, it is necessary to analyze and se-
lect the optimal tilt angle and azimuth direction of the pan-
els from the standpoint of their influence on the operating
temperature of photovoltaic modules.
In addition to their advantages, PVT solar collectors also
possess several disadvantages. The thermal energy gener-
ated by such combined collectors is considered low-grade
thermal energy. Specifically, the relatively low temperature
of the obtained heat-transfer fluid can be utilized only in a
limited number of thermal engineering processes for indus-
trial or household applications, thereby restricting the
range of possible applications. Furthermore, the influence
of seasonal variability on the availability and potential of
this additional thermal energy reduces the period during
which such systems can be effectively utilized. Attempts to
obtain a heat-transfer fluid with a higher temperature lead
to a significant decrease in the efficiency of electricity gen-
eration by the photovoltaic module, which raises questions
regarding the feasibility of using PVT systems in specific ap-
plications.
276
Відновлювана енергетика. № 2/2026 | Сонячна енергетика
Conclusions. Thus, the operating temperature of solar pan-
els is one of the factors influencing the efficiency and relia-
bility of photovoltaic modules. Under conditions of intense
solar radiation, a significant portion of the absorbed energy
is converted into heat, which leads to an increase in the op-
erating temperature of photovoltaic cells, a reduction in
voltage, and a decrease in output power. In this regard, the
application of various cooling methods can be considered a
means of improving the efficiency of photovoltaic systems.
Methods of cooling photovoltaic modules can be classified
as passive, active, and combined. Passive cooling methods
are characterized by structural simplicity, high operational
reliability, and no additional energy consumption. They are
suitable for use in moderate climates and for small-scale
photovoltaic installations; however, their effectiveness sig-
nificantly depends on external factors such as ambient tem-
perature, wind speed, solar irradiance, and the orientation
of solar panels.
Active cooling methods, based on the forced circulation of
air or liquid, provide greater temperature reduction of the
modules and a more stable operating regime. At the same
time, their implementation is associated with additional
energy consumption, increased system complexity, and the
need for regular maintenance. In this case, a comprehen-
sive analysis of the system energy balance becomes neces-
sary in order to determine the feasibility of applying active
cooling under specific operating conditions.
Combined cooling methods integrate elements of passive
and active approaches or combine the cooling process with
useful thermal energy recovery in photovoltaic-thermal
(PVT) systems. Such solutions offer the greatest potential
for increasing overall energy efficiency, since they simulta-
neously optimize the electrical performance of photovol-
taic modules while additionally utilizing the extracted heat.
However, the complexity of design and the higher capital
costs require careful techno-economic justification and op-
timization of structural parameters. In addition, the addi-
tionally obtained thermal energy is low-grade, which limits
the range of its practical applications.
In summary, it can be concluded that no universal method
for cooling photovoltaic modules exists. When selecting a
cooling method and system, local climatic conditions, struc-
tural characteristics, and economic factors should be taken
into account. The choice of the optimal solution should
therefore be made with consideration of climatic condi-
tions, structural and economic factors, as well as the re-
quired level of energy efficiency.
REFERENCES
1. Madalina Barbu, George Darie, Monica Siroux. Analysis
of a Residential Photovoltaic-Thermal (PVT) System in
Two Similar Climate Conditions. Energies, 2019, 12
(19).
DOI:https://doi.org/10.3390/en12193595
2. Ramos C. A. F., Alcaso A. N., Cardoso A. J. M.
Photovoltaic-thermal (PVT) technology: Review and
case study. International Conference on New Energy
and Future Energy System IOP Conf. Series: Earth and
Environmental Science 354, 2019.
DOI: https://doi.org/10.1088/1755-
1315/354/1/012048
1. Shklyar V. I., Dubrovska V. V., Karpenko D. S. Utilization
of Solar Energy by Photovoltaic Systems.
Vidnovlyuvana enerhetyka. 2014. No 3. С. 39-48
URL: http://jnas.nbuv.gov.ua/uk/article/UJRN-
0000943735
3. Iurchenko M., Matyakh S. Improving the efficiency of
photovoltaic modules. Vidnovliuvana enerhetyka ta
enerhoefektyvnist u XXI stolitti: Materialy XXV
mizhnarodnoi naukovopraktychnoi konferentsii (Kyiv,
22–24 travnia 2024 r.). Instytut vidnovliuvanoi
enerhetyky NAN Ukrainy. 2024. Pp. 223–225
DOI: https://doi.org/10.36296/renewable.conf.22-
24.05.2024
4. Rahman T., Mansur A.A., Hossain Lipu M.S., Rahman
M.S., Ashique R.H., Houran M.A., Elavarasan R.M.,
Hossain E. Investigation of Degradation of Solar
Photovoltaics: A Review of Aging Factors, Impacts, and
Future Directions toward Sustainable Energy
Management. Energies 2023, 16, 3706.
DOI: https://doi.org/10.3390/en16093706
5. Pramod Rajput , Digvijay Singh , K Y Singh , Alagar
Karthick , Mohd Asif Shah , Radhey Shyam Meena ,
Musaddak Maher Abdul Zahra. A comprehensive
review on reliability and degradation of PV modules
based on failure modes and effect analysis.
International Journal of Low-Carbon Technologies,
2024, Vol. 19, Pp 922–937
DOI: https://doi.org/10.1093/ijlct/ctad106
6. Ewa Kozak-Jagieła, Piotr Cisek, Paweł Ocłoń. Cooling
techniques for PV panels: A review. Scientiae Radices.
2023, 2, 47-68
DOI: https://doi.org/10.58332/scirad2023v2i1a03
7. Ramkiran B., Sundarabalan CK, K. Sudhakar.
Sustainable passive cooling strategy for PV module: A
comparative analysis. Case Studies in Thermal
Engineering. Volume 27, October 2021, 101317
DOI: https://doi.org/10.1016/j.csite.2021.101317
8. Mohamed Sharaf, Mohamed S. Yousef, Ahmed S.
Huzayyin. Review of cooling techniques used to
enhance the efficiency of photovoltaic power systems.
Environmental Science and Pollution Research. 2022,
29, 26131-26159.
DOI: https://doi.org/10.1007/s11356-022-18719-9
9. Ke Wang, Guoling Luo, Xiaowei Guo, Shaorong Li,
Zhijun Liu, Cheng Yang. Radiative cooling of
commercial silicon solar cells using a pyramid-textured
https://doi.org/10.3390/en12193595
https://doi.org/10.1088/1755-1315/354/1/012048
https://doi.org/10.1088/1755-1315/354/1/012048
http://jnas.nbuv.gov.ua/uk/article/UJRN-0000943735
http://jnas.nbuv.gov.ua/uk/article/UJRN-0000943735
https://doi.org/10.36296/renewable.conf.22-24.05.2024
https://doi.org/10.36296/renewable.conf.22-24.05.2024
https://doi.org/10.3390/en16093706
https://doi.org/10.1093/ijlct/ctad106
https://doi.org/10.58332/scirad2023v2i1a03
https://doi.org/10.1016/j.csite.2021.101317
https://doi.org/10.1007/s11356-022-18719-9
277
Відновлювана енергетика. № 2/2026 | Сонячна енергетика
PDMS film. Solar Energy. 2021. Vol. 225, 245-251
DOI: https://doi.org/10.1016/j.solener.2021.07.025
10. Liang Tang, Yong Luo, Linlin Yin, Jinwei Li, Xiaoling Cao.
Thermal-Management Performance of Phase-Change
Material on PV Modules in Different Climate Zones.
Energies. 2024, 17(23)
DOI: https://doi.org/10.3390/en17236200
11. Mustafa Arslan, Mehmet Çunkaş. An experimental
study on determination of optimal tilt and orientation
angles in photovoltaic systems. Journal of Engineering
Research. Volume 13, Issue 3, September 2025, 2689-
2701
DOI: https://doi.org/10.1016/j.jer.2024.07.015
2. Zhen Ye, André Nobre, Thomas Reindl, Joachim Luther,
Christian Reise. On PV module temperatures in tropical
regions. Solar Energy. Volume 88. 2013, 80-87
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii
/S0038092X12003921
12. Krzysztof Sornek, Wojciech Goryl, Rafał Figaj, Gabriela
Dąbrowska, Joanna Brezdeń. Development and Tests
of the Water Cooling System Dedicated to Photovoltaic
Panels. Energies. 2022, 15.
DOI: https://doi.org/10.3390/en15165884
13. Yaareb Elias Ahmed, Mohammad Reza Maghami,
Jagadeesh Pasupuleti, Suad Hassan Danook, Firas
Basim Ismail. Overview of Recent Solar Photovoltaic
Cooling System Approach. Technologies. 2024. 12(9),
171.
DOI: https://doi.org/10.3390/technologies12090171
14. Bondarenko D., Matiakh S., Surzhyk Т., Sheiko, I. Actual
pathways for solar energy development based on the
materials of the scientific and practical conference
«Renewable energy and energy efficiency in the 21st
century» 2025. Vidnovluvana Energetika, 3(82), 82–88.
DOI:https://doi.org/10.36296/1819-
8058.2025.3(82).82-88
15. Suresh, A.K., Khurana S., Nandan G., Dwivedi G., Kumar
G. Role on nanofluid in cooling solar photovoltaic cell
to enhance overall efficiency. Materials Today:
Proceedings 5 (2018) 20614–20620
DOI: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2018.06.442
16. Mazlum Cengiz, İsmail Kayri, Hüseyin Aydın. A collated
overview on the evaporative cooling applications for
photovoltaic modules. Renewable and Sustainable
Energy Reviews. 2024, Vol. 197.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.rser.2024.114393
17. Cheng Wang, Fumin Guo, Huijie Liu, Gang Wang. A
Comprehensive Review of Research Works on Cooling
Methods for Solar Photovoltaic Panels. Energies 2025,
18(16), 4305.
DOI: https://doi.org/10.3390/en18164305
18. Mahdi Shakouri, Hossein Ebadi, Shiva Gorjian. Chapter
4 - Solar photovoltaic thermal (PVT) module
technologies. Photovoltaic Solar Energy Conversion.
Technologies, Applications and Environmental Impacts,
2020, p. 79-116
DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-819610-
6.00004-1
19. Bondarenko D, Matiakh S., Surzhyk Т., Sheiko I.,
Kravchenko М. Development trends of solar power
engineering based on the materials of the scientific
and practical conference «Renewable energy and
energy efficiency in the 21st century» 2024.
Vidnovluvana Energetika, 3(78), 76–83.
DOI: https://doi.org/10.36296/1819-
8058.2024.3(78).76-83
20. Ihsan Okta Harmailil, Sakhr M. Sultan, Chih Ping Tso,
Ahmad Fudholi, Masita Mohammad, Adnan Ibrahim.
The State of the Art of Photovoltaic Module Cooling
Techniques and Performance Assessment Methods.
Symmetry. 2024, 16(4), 412.
DOI: https://doi.org/10.3390/sym16040412
21. Bondarenko D., Matiakh S., Surzhyk T., Sheiko I.
Photovoltaic Thermal Solar Collector for Autonomous
and Energy Cluster Modes. Systems, Decision and
Control in Energy VI, vol. 552. Springer, Cham. Pp
373–384
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-031-67091-6_16
https://doi.org/10.1016/j.solener.2021.07.025
https://www.mdpi.com/journal/energies
https://doi.org/10.3390/en17236200
https://doi.org/10.1016/j.jer.2024.07.015
https://www.sciencedirect.com/author/6603154919/thomas-guenter-reindl
https://www.sciencedirect.com/author/35574081900/joachim-luther
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0038092X12003921
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0038092X12003921
https://doi.org/10.3390/en15165884
https://doi.org/10.3390/technologies12090171
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2025.3(82).82-88
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2025.3(82).82-88
https://doi.org/10.1016/j.matpr.2018.06.442
https://www.sciencedirect.com/journal/renewable-and-sustainable-energy-reviews/vol/197/suppl/C
https://doi.org/10.1016/j.rser.2024.114393
https://doi.org/10.3390/en18164305
https://doi.org/10.1016/B978-0-12-819610-6.00004-1
https://doi.org/10.1016/B978-0-12-819610-6.00004-1
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2024.3(78).76-83
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2024.3(78).76-83
https://doi.org/10.3390/sym16040412
https://doi.org/10.1007/978-3-031-67091-6_16
|
| id | veorgua-article-633 |
| institution | Vidnovluvana energetika |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-10T01:00:30Z |
| publishDate | 2026 |
| publisher | Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | veorgua/1c/6e5c77f76a17ddbb0fda5fc833e3c21c.pdf |
| spelling | veorgua-article-6332026-07-09T12:14:07Z INCREASING THE EFFICIENCY OF PHOTOVOLTAIC MODULES DUE TO VARIOUS COOLING METHODS ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ РОБОТИ ФОТОЕЛЕКТРИЧНИХ МОДУЛІВ ЗА РАХУНОК РІЗНИХ СПОСОБІВ ОХОЛОДЖЕННЯ Iurchenko , M. solar energy, methods for cooling photovoltaic systems, increasing the efficiency of photovoltaic systems, productivity, passive cooling, active cooling, PVT. сонячна енергія, способи охолодження фотоелектричних систем, підвищення ефективності фотоелектричних систем, продуктивність, пасивне охолодження, активне охолодження, PVT. The article considers the effect of temperature on the efficiency of photovoltaic modules and analyzes the methods of their cooling. It is shown that increasing the operating temperature of solar panels leads to a decrease in voltage, output power and accelerated degradation of photovoltaic elements, and that various approaches are used to reduce the operating temperature and increase efficiency. An overview of various cooling methods for increasing the productivity of photovoltaic panels is presented - passive, active and combined systems for cooling photovoltaic systems using air, water, phase transition materials and nanofluids as working agents and other methods. Depending on the intended use, it is advisable to use the appropriate method to increase the efficiency of photovoltaic modules and/or to produce additional thermal energy. As a result, it was found that there is no universal method for cooling photovoltaic modules, and the choice of the optimal cooling system should be carried out taking into account climatic, structural, economic and operational factors.  У статті розглянуто вплив температури на ефективність роботи фотоелектричних модулів та проаналізовано способи їх охолодження. Показано, що підвищення робочої температури сонячних панелей призводить до зниження напруги, вихідної потужності та прискорення деградації фотоелектричних елементів, також зазначено, що для зниження робочої температури й підвищення ефективності використовуються різні підходи. Представлено огляд різних способів охолодження для підвищення продуктивності фотоелектричних панелей ‒ пасивні, активні та комбіновані системи охолодження фотоелектричних систем з використанням повітря, води, матеріалів з фазовим переходом і нанорідин як робочих агентів та інші способи. Залежно від цілей використання доречно застосовувати відповідний спосіб з метою підвищення ефективності роботи фотоелектричних модулів та/або додаткового виробництва теплової енергії. У результаті встановлено, що універсального способу охолодження фотоелектричних модулів не існує, а вибір оптимальної системи охолодження повинен здійснюватися з урахуванням кліматичних, конструктивних, економічних та експлуатаційних факторів.  Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine 2026-06-30 Article Article application/pdf https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/633 10.36296/1819-8058.2026.2(85).266-277 Vidnovluvana energetika ; No. 2(85) (2026): Scientific and applied Journal renewable energy ; 266-277 Возобновляемая энергетика; № 2(85) (2026): Scientific and applied Journal renewable energy ; 266-277 Відновлювана енергетика; № 2(85) (2026): Науково-прикладний журнал Відновлювана енергетика; 266-277 2664-8172 1819-8058 10.36296/1819-8058.2026.2(85) uk https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/633/544 Copyright (c) 2026 Vidnovluvana energetika |
| spellingShingle | solar energy methods for cooling photovoltaic systems increasing the efficiency of photovoltaic systems productivity passive cooling active cooling PVT. Iurchenko , M. INCREASING THE EFFICIENCY OF PHOTOVOLTAIC MODULES DUE TO VARIOUS COOLING METHODS |
| title | INCREASING THE EFFICIENCY OF PHOTOVOLTAIC MODULES DUE TO VARIOUS COOLING METHODS |
| title_alt | ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ РОБОТИ ФОТОЕЛЕКТРИЧНИХ МОДУЛІВ ЗА РАХУНОК РІЗНИХ СПОСОБІВ ОХОЛОДЖЕННЯ |
| title_full | INCREASING THE EFFICIENCY OF PHOTOVOLTAIC MODULES DUE TO VARIOUS COOLING METHODS |
| title_fullStr | INCREASING THE EFFICIENCY OF PHOTOVOLTAIC MODULES DUE TO VARIOUS COOLING METHODS |
| title_full_unstemmed | INCREASING THE EFFICIENCY OF PHOTOVOLTAIC MODULES DUE TO VARIOUS COOLING METHODS |
| title_short | INCREASING THE EFFICIENCY OF PHOTOVOLTAIC MODULES DUE TO VARIOUS COOLING METHODS |
| title_sort | increasing the efficiency of photovoltaic modules due to various cooling methods |
| topic | solar energy methods for cooling photovoltaic systems increasing the efficiency of photovoltaic systems productivity passive cooling active cooling PVT. |
| topic_facet | solar energy methods for cooling photovoltaic systems increasing the efficiency of photovoltaic systems productivity passive cooling active cooling PVT. сонячна енергія способи охолодження фотоелектричних систем підвищення ефективності фотоелектричних систем продуктивність пасивне охолодження активне охолодження PVT. |
| url | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/633 |
| work_keys_str_mv | AT iurchenkom increasingtheefficiencyofphotovoltaicmodulesduetovariouscoolingmethods AT iurchenkom pídviŝennâefektivnostírobotifotoelektričnihmodulívzarahunokríznihsposobívoholodžennâ |