En solcell gör mer än att bara ta emot solljus. Den omvandlar ljusets energi till likström, som sedan anpassas till den växelström som finns i hemmets eluttag. Här förklarar jag hur solceller fungerar i praktiken, vad som händer inne i cellerna och vilka faktorer som avgör hur mycket el ett svenskt tak faktiskt kan ge.
Solceller börjar med ljus och slutar med användbar el
- Fotoner i solljuset frigör elektroner i ett halvledarmaterial, oftast kisel.
- Solcellerna producerar likström, medan hushållets apparater använder växelström.
- Växelriktaren omvandlar strömmen och ser till att anläggningen arbetar så effektivt som möjligt.
- Skuggning, takets riktning, snö och temperatur påverkar årsproduktionen.
- En vanlig nätansluten anläggning ger inte automatiskt el vid strömavbrott.
Hur fungerar solceller i praktiken
Solcellen bygger på den fotovoltaiska effekten. När solljus träffar ett halvledarmaterial överförs energi från ljusets partiklar, fotonerna, till elektroner i materialet. Om fotonen har tillräckligt mycket energi kan den frigöra en elektron från sin normala plats.
Det är här kislet kommer in. En solcell består av flera tunna lager kisel med olika elektriska egenskaper. Gränsen mellan lagren kallas en p-n-övergång, och där uppstår ett elektriskt fält som styr de frigjorda elektronerna åt ett bestämt håll.
När elektronerna leds genom en yttre krets uppstår elektrisk ström. Det är alltså inte värmen från solen som i första hand skapar elen, utan ljusets energi. Därför kan solceller producera el även under en sval och molnig dag, även om effekten blir lägre än i starkt solsken.
Vad händer inne i kislet
Kisel är ett halvledarmaterial. Det betyder att dess elektriska egenskaper kan styras genom att man tillför små mängder andra ämnen. Det ena lagret får ett överskott av elektroner och det andra får så kallade hål, alltså platser där elektroner saknas.
När solljuset skapar nya elektron-hål-par separerar det elektriska fältet laddningarna. Elektronerna rör sig mot den ena sidan och hålen mot den andra. Denna separation skapar en spänning som kan användas när solcellen kopplas till en elektrisk krets.
Från en liten cell till en hel panel
En enskild solcell ger bara en begränsad mängd spänning och effekt. Därför kopplas många celler samman till en solcellsmodul, som i vardagligt tal ofta kallas solpanel. Flera moduler kopplas sedan ihop till en anläggning som passar takets storlek och hushållets elbehov.
Energimyndigheten anger att många solcellsmoduler på marknaden har en verkningsgrad på ungefär 16 till 17 procent. Det innebär att den siffran avser andelen av solinstrålningen som blir el i modulen. Förluster i kablar, växelriktare och andra komponenter gör att hela systemets verkningsgrad blir något lägre.
Delarna som får anläggningen att fungera
Solpanelerna är den synliga delen, men de är bara en del av systemet. Jag brukar beskriva anläggningen som en kedja där varje komponent måste fungera för att solljuset ska bli el som du faktiskt kan använda.
| Del | Funktion | Praktisk betydelse |
|---|---|---|
| Solcellsmoduler | Omvandlar solljus till likström | Bestämmer bland annat hur mycket effekt som kan produceras på takytan |
| Växelriktare | Omvandlar likström till växelström | Gör elen användbar i huset och styr panelerna mot en effektiv driftpunkt |
| Monteringssystem | Fäster modulerna på tak eller fasad | Måste tåla vind, snö och svenska väderförhållanden |
| Elmätare | Mäter el som köps från eller matas ut till nätet | Visar hur mycket el huset använder direkt och hur mycket som blir överskott |
| Batteri | Lagrar en del av överskottet | Kan öka användningen av egen solel, men innebär extra kostnad och förluster |
Växelriktaren är särskilt viktig eftersom den hanterar övergången från likström till växelström. Den följer också panelernas arbetspunkt och försöker hela tiden få ut så mycket effekt som ljusförhållandena tillåter.
Överskottet används först i huset. Om produktionen är större än förbrukningen går elen normalt vidare ut på elnätet. Ett batteri kan flytta en del av användningen från soliga timmar till kvällen, men det lagrar inte energi utan kostnad. En del energi försvinner vid laddning och urladdning.
Varför produktionen varierar i Sverige
Solceller fungerar bra i Sverige, men produktionen följer årstiderna. Sommaren ger långa dagar och mycket ljus, medan vintern ger kortare dagar och en lägre solhöjd. Enligt Energimyndigheten står solelen under årets mörkaste månader för ungefär fem procent av årsproduktionen, förutsatt att panelerna inte är täckta av snö.
Ljus är viktigare än hetta
En vanlig missuppfattning är att solceller måste bli varma för att fungera. I själva verket är ljusmängden avgörande. Hög temperatur kan dessutom sänka panelernas elektriska verkningsgrad något, vilket gör att en klar och sval vårdag kan ge bättre effekt än en mycket varm sommardag med samma ljusnivå.
Moln minskar instrålningen, men stoppar inte alltid produktionen. Diffust ljus från en ljus molnhimmel kan fortfarande nå cellerna. Däremot kan kraftig skuggning från träd, skorstenar eller närliggande byggnader få stor effekt, särskilt om flera moduler ligger i samma elektriska sträng.
Väderstreck och lutning spelar roll
Ett tak i söderläge med lämplig lutning ger ofta hög årsproduktion, men det är inte det enda bra alternativet. Öst- och västvända paneler producerar mer på morgonen respektive eftermiddagen, vilket kan passa ett hushåll som använder mycket el under dessa tider.
I en simulering från Energimyndigheten gav ett system på 20 kvadratmeter i optimalt söderläge cirka 3 500 kilowattimmar per år. Samma panelyta, fördelad mellan öst och väst, gav cirka 2 800 kilowattimmar. Skillnaden är tydlig, men öst-västläge kan ändå vara klokt om den jämnare produktionen gör att mer el används direkt i huset.
Läs också: Solceller på vintern - Så fungerar de i Sverige
Skugga och snö kräver realistiska förväntningar
Det räcker ibland med skugga från en flaggstång eller en skorsten för att produktionen ska påverkas under delar av dagen. Därför tittar jag hellre på takets faktiska skuggmönster över ett helt år än på enbart väderstrecket.
Snö som täcker panelerna stoppar produktionen tills den glider av eller smälter. På ett brant tak försvinner snön ofta av sig själv, medan ett flackare tak kan behöva en annan bedömning. Att klättra upp och skrapa panelerna är sällan värt risken, och verktyg kan skada glaset.
Vad händer med elen i huset
En nätansluten solcellsanläggning är kopplad till husets elcentral. När panelerna producerar el används den normalt först av kyl, frys, värmepump, belysning och andra apparater som är igång just då.
Om hushållet förbrukar mer än solcellerna producerar köps resten från elnätet. Om produktionen är större än förbrukningen matas överskottet ut. Det är samspelet mellan produktion och förbrukning som avgör hur stor del av solelen du använder själv.
| Situation | Så används energin |
|---|---|
| Solig dag och hög förbrukning | En stor del av elen används direkt i huset |
| Solig dag och låg förbrukning | Överskottet går till batteri eller elnät |
| Kväll och natt | Huset använder batteriet, om ett sådant finns, eller köper el från nätet |
| Strömavbrott | En vanlig nätansluten anläggning stängs normalt av av säkerhetsskäl |
Den sista punkten överraskar många. Solpaneler på taket betyder inte automatiskt att kylskåpet fungerar vid ett elavbrott. För reservkraft krävs normalt batteri, särskild styrutrustning och frånkoppling från elnätet. Det är en separat funktion som måste planeras vid installationen.
Det viktigaste att kontrollera före installation
Innan du jämför panelmärken bör du kontrollera takets skick. Det är sällan klokt att montera solceller på ett tak som snart behöver läggas om, eftersom en framtida takrenovering kan kräva att hela anläggningen monteras ned och sätts upp igen.
Dimensionera också efter hushållets användning, inte bara efter den största möjliga takytan. En större anläggning ger inte automatiskt bättre ekonomi om mycket av elen produceras när ingen är hemma och därför säljs vidare till lägre värde än kostnaden för köpt el.
- Kontrollera takets bärighet, skick och livslängd.
- Undersök skuggning från träd, skorstenar och andra byggnader.
- Jämför beräknad årsproduktion, inte bara panelernas toppeffekt.
- Se till att panelerna får tillräcklig ventilation under sig.
- Be om tydliga uppgifter om växelriktarens garanti och förväntade livslängd.
- Låt elanslutningen utföras av ett företag som får göra den typen av elinstallationsarbete.
Elsäkerhetsverket betonar att solcellsinstallationer kräver särskild planering eftersom anläggningen kan vara spänningssatt när solen lyser. Det här är alltså inte ett lämpligt hemmafixarprojekt när det gäller kabeldragning, elcentral och anslutning till nätet.
Jag tycker också att övervakningen ofta underskattas. En bra app eller mätlösning visar om produktionen plötsligt faller, vilket kan avslöja fel, skuggning eller en växelriktare som har stängt av sig.
Den bästa anläggningen är inte alltid den största
Solceller fungerar genom en elegant men ganska enkel kedja. Fotoner frigör laddningar i kislet, solcellen skapar likström, växelriktaren omvandlar den och huset använder sedan elen tillsammans med eller i stället för elnätet.
För ett svenskt hem är den verkliga utmaningen sällan att få panelerna att producera el. Det viktiga är att välja rätt storlek, minska skuggningen och planera för när hushållet faktiskt använder energi. Ett väl anpassat system ger därför ofta mer nytta än ett maximalt utbyggt tak.
