Hur fungerar solceller och solenergi?

Jag minns första gången jag såg solceller på ett tak. Det var i slutet av 90-talet på ett hus i kvarteret där jag växte upp. Det såg ut som något ur Star Trek. Ren science fiction alltså. Även om jag hängt med på fysiklektionerna kändes det osannolikt att de där plattorna skulle kunna producera el.

Idag har jag själv solpaneler på mitt tak. Och de senaste två åren har jag läst på om solceller som om jag skulle doktorera i ämnet. Det ska jag inte, men däremot vill jag hjälpa andra fatta så välgrundade beslut som möjligt när det gäller solpaneler.

Solceller är inte science fiction. Du behöver varken vara en Trekkie eller en ingenjör för att förstå hur solceller fungerar. Och även om du skolkade från fysiken i skolan kan du producera din egen el utan problem.

Solceller är inget krångligt, så länge du undviker några vanliga misstag som många tyvärr begår när de skaffar solpaneler. Men vi återkommer till det. Låt oss först ta en titt på hur solenergi och solceller funkar!

Vad är solenergi, hur fungerar det och vad används det till?

Solenergi är energi som kommer från solens strålar och en förutsättning för allt liv på jorden.

Människan är som bekant en hejare på att ta slut på jordens resurser. Men solenergin kan vi inte ta slut på hur mycket vi än försöker. Solen är nämligen en oändlig energikälla. Den dagen solen slocknar kan inte människan överleva – då har vi med andra ord inget behov av strömförsörjning längre…

Förutom att solenergin kommer finnas så länge det finns människor, finns den dessutom i ett stort överflöd. Om vi kunde ta tillvara på all solenergi som träffade jordens yta skulle hela planetens årsbehov av el vara täckt på bara en timme.

Solenergin är till råga på allt tillgänglig nästan överallt på jorden. Ingen kommer starta ett krig över tillgång på solenergi…

Solenergi kan omvandlas till både elektricitet (genom solceller eller termisk solkraft) och till värme (genom solfångare). Du kanske även har hört begreppet solkraft någon gång? Ibland används det som en samlingsterm för el och värme som kommer från solenergi. Men lika ofta används det helt enkelt synonymt med solenergi.

Solinstrålning en förutsättning för solceller

För att avgöra om en viss plats får tillräckligt med solenergi för att passa för solceller brukar man prata om hur hög solinstrålningen är. Solinstrålning är ett mått på hur mycket solenergi som träffar en viss yta under en viss tid, vanligtvis mätt i kWh/m2. Solinstrålning påverkas av faktorer som soltimmar, skugga, moln och luftföroreningar.

I Sverige ligger den genomsnittliga årliga solinstrålningen på 1060 kWh/m2. Det är i nivå med Danmark och norra Tyskland. Ändå ligger vi långt efter våra grannländer när det gäller solceller.

Installerad solcellseffekt per capita i Sverige och några av våra grannländer (2019)

Om vi kunde placera solceller på alla lämpliga tak i Sverige skulle de kunna producera en tredjedel av hela landets årsförbrukning av el. Vi har alltså stor solcellspotential.

Vad är solceller?

En solcell fungerar som en slags diod och genererar elektrisk ström när den träffas av solljus. Spänningen från en enda solcell är inte särskilt användbar, men många bäckar små! Solceller seriekopplas alltid i en så kallad solpanel, för att skapa en högre effekt.

En solpanel är uppbyggd av många solceller
En solpanel med många sammankopplade solceller

De plattor du ser på taken hos dina grannar är alltså egentligen solpaneler, som i sin tur består av ett antal (vanligtvis 60) sammankopplade solceller. En genomsnittlig anläggning i Sverige består av 27 paneler, alltså cirka 1 620 solceller. Orden solceller och solpaneler används dock synonymt av de flesta, då man oftast syftar på hela anläggningen när man pratar om solceller.

Solpaneler placeras ofta på tak vilket är praktiskt eftersom:

  • de använder en outnyttjad yta
  • elen skapas precis där den ska användas, i ditt hus

Solceller kan även placeras på en husfasad eller på marken, men det är inte lika vanligt hos privatpersoner.

Vad är solceller gjorda av?

Majoriteten av alla solceller som används idag är gjorda av kisel. Kisel är ett ämne som kan leda elektrisk ström och som därför används i många olika elektriska komponenter. Kisel är även det näst mest förekommande grundämnet i jordskorpan – det är inte ett ämne vi riskerar ta slut på i närmsta taget.

Olika typer av solceller

Kiselsolceller finns i två varianter, monokristallina och polykristallina. Skillnaden är att kristallerna som kislet är uppbyggt av är organiserade på olika sätt och därför är olika bra på att omvandla solljuset till el.

Monokristallina solceller är mest effektiva och är därför dyrare än de polykristallina. Du har säkert sett båda varianter – monokristallina solceller är svarta medan polykristallina solceller har en blå ton.

Monokristallina solceller
Polykristallina solceller

Det finns även något som kallas integrerade solceller eller ”solcellstak”, d.v.s. solceller som samtidigt fungerar som takmaterial. Integrerade solceller finns i olika utformningar för att passa olika byggnader och smaker.

En annan form av solceller är tunnfilmssolceller som är tunnare och mer flexibla än de klassiska kiselsolcellerna. I dagsläget är dock dessa både dyrare och mindre effektiva än vanliga solceller.

Så fungerar solceller och solpaneler kortfattat – steg för steg

Men hur fungerar en solcell rent tekniskt då? Hur går det till när solens strålar blir till el som du kan ladda telefonen med?

Så här funkar solceller, steg för steg:

  1. En elektrisk ström skapas i solcellen
    En solcell består av två kiselskikt. När ljuspartiklar från solen träffar solcellen, uppstår en negativ laddning (överskott av elektroner) i det övre skiktet och en positiv laddning (underskott av elektroner) i det undre. Atomer gillar jämvikt så den här obalansen vill de helst åtgärda. Genom en kabel mellan skikten kan elektronerna flytta sig från det övre till det undre skiktet och återställa balansen. Den rörelsen är en elektrisk ström. Processen återupprepas gång på gång så länge panelerna träffas av solljus.

  2. Din växelriktare gör om likström till växelström
    Den elektriska strömmen som bildas i solcellen är likström, vilket inte kan användas i svenska bostäder. Din växelriktare, som placeras någonstans mellan solpanelerna och elcentralen, omvandlar likströmmen till växelström på 230 V. Nu kan den användas i ditt hem. Din växelriktare ser även till att solcellerna belastas på ett optimalt sätt utifrån aktuella väderförhållanden.  

  3. Din elcentral fördelar elen
    I din elcentral fördelas elen ut till alla eluttag som just då använder ström. Den el som du inte använder i realtid kallas överskottsel och matas direkt ut på elnätet där den förbrukas av andra i närområdet.

  4. Din elmätare mäter produktionen
    Din elmätare håller reda på hur mycket el din anläggning producerar, hur mycket som matas ut på elnätet samt hur mycket el du köper in. Dessa siffror kan du vanligtvis läsa av via en app eller på din elräkning.

Verkningsgrad och effekt

Hur mycket el en solpanel kan producera beror bland annat på panelens effekt och verkningsgrad.

Effekt är ett mått på hur många watt dina solpaneler kan producera under ideala väderförhållanden.

Verkningsgrad mäter hur stor del av solenergin som faktiskt omvandlas till el. Verkningsgraden för moderna solpaneler ligger ungefär mellan 20 och 23 %. Den påverkas av flera olika saker:

  • Panelernas effekt
    Generellt gäller att ju högre effekt desto högre verkningsgrad.
  • Panelernas placering
    Både väderstreck och lutning på panelerna påverkar verkningsgraden. Solceller i söderläge ger högst verkningsgrad, och optimalt är en lutning på 30-50 grader.
  • Väderförhållanden
    Har du någon gång varit på skidresa en strålande vacker vintervecka och åkt därifrån en nyans brunare? Då vet du redan att snö reflekterar solstrålarna och gör dem starkare. Snö påverkar alltså dina solpanelers verkningsgrad positivt. Även kylan gör dem mer effektiva. Med andra ord kan man säga att svensk vinter har en positiv inverkan på verkningsgraden…
  • Val av växelriktare
    En bra växelriktare optimerar din anläggnings effektivitet.

Lite smuts på panelerna påverkar inte effektiviteten nämnvärt och du behöver inte klättra upp på taket för att rengöra dem. Regn och snö gör det jobbet åt dig. Att själv försöka rengöra solpanelerna riskerar att göra mer skada än nytta.

Hur fungerar solceller utan sol?

Solceller utan sol – det låter ju som en korvkiosk utan korv… det vill säga inte lönsamt utan bara meningslöst.

Nja, så illa är det faktiskt inte. Precis som ett vindkraftverk inte behöver ha storm för att producera el, behöver inte solceller ha strålande sol. En klarblå himmel är såklart allra bäst för produktionen och en genommulen dag är det inte många solstrålar som lyckas bryta sig igenom molntäcket. Men vid lättare molnighet har vi fortfarande en diffus solinstrålning. Det vill säga solstrålar som filtreras genom molnen och därefter träffar solpanelerna.

Solpaneler med moln
Dina solceller producerar el även vid lättare molnighet

Dina solceller sitter alltså inte på taket och rullar tummarna så fort ett moln dyker upp på himlen. De fortsätter producera el, om än i något mindre omfattning.

Det krävs dock att solen är uppe för att solceller ska vara produktiva. På natten blir det ingen el, och på vintern när dagarna är kortare blir det såklart en betydligt lägre elproduktion. Solceller kan alltså inte ensamma stå för din eller Sveriges elförsörjning, för vi behöver ju el även på natten och vintern.

Ur ett lönsamhetsperspektiv är detta inget att oroa sig för – dina solceller ger dig en tillräckligt hög avkastning trots att de producerar sämre på vintern. Men ur ett samhällsperspektiv är det en ganska stor nackdel med solceller. Vi kommer inte kunna bygga ett energisystem baserat på solenergi utan vi kommer fortsatt vara beroende av mer reglerbara energikällor.

Hur fungerar det att sälja el från solceller?

Förmodligen kommer du inte använda precis all el som din anläggning producerar. Åtminstone någon solig sommardag kommer du vilja ta picknickkorgen och lämna hemmet för att leta upp en svalkande sjö eller skuggande skog. Den el du inte själv förbrukar kallas överskottsel, och matas ut på elnätet.

Men för att det ska ske måste du kontakta ditt elnätsbolag när du skaffar solceller. Vanligtvis behöver du en ny (kostnadsfri) elmätare, som kan mäta både el du köper och el du matar ut på elnätet.

Du behöver även ingå ett avtal med ett elhandelsbolag. De flesta elhandelsbolag är idag villiga att köpa in förnybar el från dig med solceller, men de flesta kräver att du även köper din el av dem. Gör ordentlig research och skaffa ett avtal med bästa möjliga pris, både för den el du köper och den du säljer!

Elen du matar ut på elnätet säljer elhandelsbolaget sedan vidare till andra kunder i ditt närområde.

Vanligtvis utgår din ersättning för elen från aktuellt spotpris när elen säljs. Vissa elbolag betalar dig lite extra utöver spotpriset. Både elen du köpt och elen du sålt redovisas på din elräkning. Plötsligt blir det mycket, mycket roligare att få sin elräkning…

När du deklarerar nästa år får du även en skattereduktion på 60 öre per kWh du sålt i år, men maximalt för så många kWh du själv köpt in från elnätet. Detta och flera andra faktorer gör att du bör planera din anläggning så att du inte säljer mer el än du själv köper in på ett år.

Vilket leder oss till…

Var smart när du skaffar solceller – undvik de vanligaste misstagen

Ett vanligt misstag är att tänka ”Jag vill ha en så lönsam anläggning som möjligt – då ska jag sälja så mycket el som möjligt!”. En helt felaktig slutsats. Vi har satt ihop en guide över de 5 mest kritiska misstagen du kan göra när du skaffar solceller. Och hur du undviker dem. Läs den om du vill hitta ut ur solcellsdjungeln lite snabbare och undvika en massa krångel på vägen!

Med vänliga hälsningar,
Gustav ”Din Machete i Solcellsdjung" Haag