Hur fungerar solceller?

En solcell är en tunn skiva av kisel, samma grundämne som finns i vanlig sand och i alla datorchip. Kisel är en halvledare, vilket betyder att materialet leder ström under vissa förutsättningar men inte under andra. Genom att tillsätta små mängder av andra ämnen — kallat dopning — skapas två skikt med olika laddningsöverskott. Gränsen mellan dem kallas en p-n-övergång, och det är där det inbyggda elektriska fältet uppstår.

En enskild solcell ger bara omkring ett halvt volt. Därför seriekopplas normalt 60–72 celler bakom ett härdat glas till det vi i dagligt tal kallar en solpanel eller solmodul. Panelen får en ram i aluminium, en tätande baksida och en kopplingsdosa med kablar. Konstruktionen är gjord för att stå ute i decennier: solpaneler testas mot hagel, snölast och vindlast innan de får säljas.

Panelerna delas oftast in i två typer. Monokristallina paneler tillverkas ur en enda kiselkristall, är svarta och har högst verkningsgrad per kvadratmeter — det är i praktiken standard i nya anläggningar i dag. Polykristallina paneler gjuts ur flera kristaller, har ett blåskimrande utseende och något lägre verkningsgrad. Skillnaden spelar mest roll när takytan är begränsad och varje kvadratmeter måste ge så mycket som möjligt.

När en solcell träffas av solljus uppstår en spänning mellan cellens fram- och baksida. Den ledning som skapas mellan skikten genererar likström, Direct Current (DC). Ledningen frigör elektroner som blir likström när de rör på sig. Som ljusabsorberande medel i solcellen används kisel, och anledningen till detta är att kisel är en halvledare med önskvärda egenskaper. Likströmmen når sedan växelriktaren som omvandlar likström till växelström, Alternating Current (AC). Växelström är det som vi kan använda i våra bostäder, kontor, skolor och verksamheter för att exempelvis tända lampor och driva maskiner. Växelriktaren är alltså en nödvändig komponent för att vi ska kunna utnyttja solenergin som el.

Fysiken bakom kallas den fotovoltaiska effekten och beskrevs redan på 1800-talet. Poängen är att solcellen inte gör om värme till el, utan ljus till el. Det är därför en solpanel producerar som bäst en klar och sval dag: ljusinstrålningen är hög samtidigt som materialet håller sig svalt. Hög modultemperatur sänker tvärtom spänningen något, vilket är anledningen till att en riktigt varm sommardag inte automatiskt är den mest produktiva.

Växelriktaren är anläggningens hjärna och den komponent som oftast avgör hur mycket du faktiskt får ut av panelerna. Dess huvuduppgift är att omvandla likström (DC) från taket till växelström (AC) med rätt spänning och frekvens för elnätet. Men den gör mer än så.

Inbyggt finns en funktion som kallas MPPT, Maximum Power Point Tracking. Panelernas optimala arbetspunkt flyttar sig hela tiden när ljuset och temperaturen ändras, och MPPT-funktionen justerar kontinuerligt så att uttaget hamnar där effekten är som störst. En växelriktare med flera MPPT-ingångar kan dessutom hantera takytor i olika väderstreck oberoende av varandra.

Växelriktaren sköter också säkerheten. Den övervakar nätet och kopplar bort anläggningen automatiskt vid strömavbrott, så att inte solelen matas ut på ett nät där någon arbetar. Den loggar samtidigt produktionen, vilket är det som gör att du kan följa anläggningen i en app eller webbportal.

Det finns tre huvudtyper: strängväxelriktare, där en enhet hanterar en hel slinga paneler och som är vanligast på villor och fastigheter; mikroväxelriktare, en liten enhet per panel, vilket gör anläggningen okänslig för att en enskild panel skuggas; och hybridväxelriktare, som är förberedd för batterilagring och kan styra flödet mellan tak, batteri, fastighet och nät. Vilken typ som passar avgörs av takets form, skuggbilden och om ett batteri är aktuellt nu eller senare.

Verkningsgraden anger hur stor andel av solljusets energi som panelen omvandlar till el. Moderna kiselpaneler ligger normalt runt 20–23 procent. Resten av energin blir värme eller reflekteras bort. Det låter lågt, men eftersom solinstrålningen är gratis och ytan på ett tak ändå står oanvänd är det den totala årsproduktionen som räknas, inte procentsatsen i sig.

Panelernas märkeffekt anges i kilowatt-toppeffekt (kWp) och mäts under standardiserade förhållanden: 1 000 W/m² instrålning och 25 °C modultemperatur. I verklig drift varierar förstås både ljus och temperatur, och därför är det årsproduktionen i kilowattimmar (kWh) som är det intressanta måttet när lönsamheten ska räknas hem.

Panelerna åldras långsamt. Effekten sjunker typiskt någon halv procent per år, och tillverkarna lämnar därför effektgarantier som sträcker sig 25–30 år framåt. Att en anläggning fortfarande producerar en bra bit över 80 procent av sin ursprungliga effekt efter 25 år är alltså inte ovanligt — det är normen. Vad just ditt tak kan ge beror på lutning, väderstreck, skuggning och yta, och det är den beräkningen vi gör innan en solcellsanläggning projekteras.

Solpaneler har olika effektivitet beroende på placering och omgivning. Under vintern producerar exempelvis solpanelerna mindre el på grund av färre soltimmar. Eftersom solcellerna är beroende av sol produceras majoriteten av all solel mitt på dagen och under sommarhalvåret när solen skiner som starkast. November till februari producerar solcellerna ca 10 % av den totala årsproduktionen. Även skuggning från växtlighet eller byggnader påverkar hur väl solpanelerna kan ta vara på solenergin. Om en solpanel skuggas helt eller delvis slutar den att producera el. För att undvika att hela kedjan av solpaneler släcks av skugga över ett område eller en panel kan man frikoppla panelerna från varandra genom optimerare. Optimerare gör att endast den panel som skuggas slutar producera, medan de övriga i kedjan fortsätter att omvandla solenergin.

I vilket väderstreck och i vilken vinkel panelerna placeras spelar även roll för produktionen. I söderläge, där solen skiner som starkast, når solpanelerna sin fulla effekt, vilket även innebär att placering av solpaneler i norrläge ger en väldigt låg effekt och inte är något som rekommenderas. Däremot kan placering av paneler i öst och väst vara ett bra alternativ till placering i söderläge. I öst och väst når solcellerna nämligen 80 % av sin fulla effekt, samt att placeringen resulterar i en större spridning av producerad el under dagen. Solen går upp i öst och ner i väst, och även produktionen av el koncentreras till dessa timmar. I ett vanligt hushåll är det kanske även då som det förbrukas mest el. På så sätt minskar effekttopparna som uppstår i söderläge, och en jämnare produktion av el ger fastigheten möjlighet att använda sin egenproducerade el under fler timmar. En effekttopp är när solcellerna mitt på dagen i söderläge producerar mycket el som fastigheten kanske inte kan omhänderta på ett optimalt sätt. Genom att komplettera en solcellsanläggning med batterilagring kan elen sparas och användas vid behov, vilket ökar självförsörjningen av solel.

Lutningen på taket, eller markställningen för en markanläggning på exempelvis ett lantbruk, ska gärna vara minst 30 grader för att panelerna ska kunna arbeta under optimala förhållanden. Det går att lägga paneler på platta tak samt fästa dem på väggar, men då är det viktigt att se över hur stor del av panelernas effekt som går att ta vara på. Ofta innebär detta ingen större påverkan på panelernas effekt.

Solcellernas effekt påverkas alltså av både lutning och väderstreck: bäst utbyte ger ett skuggfritt söderläge med minst 30 graders lutning, medan paneler i öst- och västläge når ungefär 80 procent av sin fulla effekt.

Ja — men betydligt mindre. Solceller behöver ljus, inte direkt solsken, och producerar därför el även när himlen är mulen. Vid tung molnighet handlar det dock bara om en bråkdel av vad panelerna ger en klar dag, eftersom det diffusa ljuset innehåller mycket mindre energi.

Under vintern är det framför allt dagslängden och solens låga höjd över horisonten som begränsar. November till februari står för ungefär 10 procent av årsproduktionen i vårt klimat. Att en svensk anläggning producerar lite på vintern är alltså inbyggt i förutsättningarna och inte ett tecken på att något är fel.

Kyla i sig är däremot ingen nackdel. En sval och klar vinterdag arbetar panelerna med god verkningsgrad, just eftersom hög modultemperatur sänker spänningen. Snö som lägger sig över panelerna stoppar produktionen så länge den ligger kvar, men glasytan är slät och lutar, så snön glider normalt av av sig själv. Att skotta ett tak för solelens skull lönar sig sällan och innebär risk både för dig och för panelerna.

Det är den ojämna fördelningen över året som gör att en anläggning normalt dimensioneras mot fastighetens egen förbrukning, och att överskottet från sommaren säljs till elnätet i stället för att sparas.

Panelerna är den synliga delen, men en färdig anläggning är ett komplett elsystem som ska hålla i decennier och godkännas av nätägaren. Dessa delar ingår normalt:

Det som begränsar solenergins kapacitet är att solceller endast producerar el när solen skiner. På grund av detta har solcellsanläggningar en ojämn produktionsnivå över både dygnet och året. När det sker en överproduktion av solel, i regel mitt på dagen och under sommarhalvåret, är det möjligt att sälja tillbaka den el som fastigheten inte använder. För att läsa mer om detta, se vårt inlägg om att sälja solel.

Ett sätt att öka självförsörjningen av solel som produceras av anläggningen är att installera ett solcellsbatteri. Batterilagring blir alltmer lönsamt när vi ser stor fluktuation i elpriser och prognosen över tillgången på el i framtiden ser osäker ut. I kombination med höga elpriser och en bristande tillgång på el finns det även motivation i form av bidrag för batterilagring att ta del av. Skattereduktionen för grön teknik ger sedan den 1 juli 2025 ett avdrag på 15 % för solceller och 50 % för batterilagring, vilket gör att priserna blir mer överkomliga.