Hur fungerar solceller? Från solstråle till el i vägguttaget
Har du någonsin tittat upp mot solen och undrat hur vi kan använda solens energi för att driva våra hem? Att förstå hur solceller fungerar är första steget mot en av de smartaste och mest lönsamma investeringarna en villaägare kan göra.
I den här artikeln förklarar vi solcellers funktion och användningsområde. Fortsätt läsa för att lära dig hur solens strålar omvandlas till elektricitet och värme med hjälp av solceller.
Marianne Andera
8 min
Vi sammanfattar det viktigaste
Solceller består av halvledarmaterial, vanligtvis kisel, som absorberar energi från solljuset. Detta skapar en elektrisk spänning mellan solcellens framsida och baksida.
När solljuset träffar solcellen rör sig elektroner från ena sidan till den andra, vilket genererar en likström (DC). Flera solceller kopplas samman för att bilda en solpanel.
Solceller omvandlar likströmmen till växelström (AC) via en växelriktare, så att elen kan användas i hushållets eluttag.
För bästa resultat används tekniker som optimerare och batterisystem för att maximera elproduktionen, särskilt vid varierande ljus- och väderförhållanden.
Hur fungerar solcellernas fysik?
För att kunna förstå hur solceller fungerar behöver vi såklart en inblick i deras fysik. Solceller genererar elektricitet direkt från solljuset utan behov av en roterande generator. Deras yta utgörs av ett tunt lager halvledarmaterial, vanligtvis kisel, som tillåter dem att absorbera solenergi och omvandla den till elektricitet. När solen träffar solcellen skapas en elektrisk spänning mellan dess framsida och baksida. Genom att koppla samman de båda sidorna med en elkabel skapas en elektrisk ström i samband med att elektronerna börjar röra sig från ena sidan till den andra.
Genom att seriekoppla flera solceller ökar spänningen, medan parallellkoppling ökar strömstyrkan. Vanligtvis kombineras flera solceller för att bilda en solpanel. Solpanelerna kan sedan installeras på villatak, vilket minskar behovet av markyta och minimerar störningar för djur, natur och människor.
Funderar du på att installera solceller är det extra fördelaktigt att göra det på ditt villatak – eftersom elen produceras nära den plats där den används. I nästa avsnitt tittar vi lite närmare på hur solcellerna fungerar på ditt tak.
Hur fungerar solceller steg för steg?
När solceller utsätts för solljus, genereras en elektrisk spänning och det produceras en ström i form av likström. Nedan går vi igenom hur solceller fungerar steg för steg.
Solen skiner på panelerna
Allt börjar med solens strålar. När solljusets partiklar, även kallat fotoner, träffar kiselcellen på solpanelen överför de sin energi till elektronerna i materialet.
Vi kan likna det vid att en biljardboll (fotonen) knuffar loss en annan boll (elektronen). Tack vare det elektriska fältet i cellen tvingas de lösa elektroner att röra sig i en bestämd riktning. Denna rörelse av elektroner är per definition elektrisk ström. Processen kallas den fotovoltaiska effekten och producerar likström (DC).
Växelriktaren omvandlar likström till växelström
Likströmmen (DC) som panelerna producerar kan inte användas direkt i ditt hem, eftersom svenska hushåll och elnätet använder växelström (AC). Här kommer anläggningens hjärna in i bilden: växelriktaren.
All likström från solpanelerna leds via kablar till växelriktaren. Dess primära uppgift är att omvandla likströmmen till växelström, så att den blir identisk med den el du normalt köper från elnätet.
Du använder din egen, gröna el
Växelströmmen leds nu från växelriktaren till husets elcentral. Därifrån fördelas den ut till dina vägguttag, precis som vanligt.
Överskottet skickas vidare till elnätet
Om dina solceller producerar mer el än vad ditt hushåll förbrukar för stunden – till exempel en solig dag när ingen är hemma – går ingenting till spillo. Överskottet skickas automatiskt ut på det allmänna elnätet. Din elmätare håller reda på hur mycket du skickar ut och du får betalt för den nätnytta du gör för elnätet.
Hur fungerar solceller? – Solcellsanläggningens nyckelkomponenter
En komplett solcellsanläggning består av flera delar som arbetar tillsammans. Att förstå deras funktion ger dig en bättre helhetsbild av hur solceller fungerar.
Solpanelerna är själva grunden i solcellssystemet. De vanligaste typerna idag är:
Monokristallina paneler: Tillverkade av en enda kiselkristall, vilket ger dem en jämn, svart färg. De har generellt högst verkningsgrad och presterar bättre i svagt ljus, vilket gör dem till ett populärt val i Sverige.
Polykristallina paneler: Tillverkade av flera sammansmälta kiselkristaller, vilket ger dem ett blåaktigt, skimrande utseende. De har något lägre verkningsgrad än monokristallina.
Som nämnt är växelriktaren anläggningens hjärna. Utöver att omvandla strömmen hanterar den kommunikationen med elnätet och låter dig övervaka din produktion, ofta via en app i telefonen.
Detta är det robusta ramverket som fäster solpanelerna på ditt tak. Systemet är designat för att vara extremt tåligt och klara svenska förhållanden med vind, regn och tung snö. Det anpassas specifikt för din taktyp.
För att kunna köpa och skicka vidare el behöver du en elmätare som kan mäta energi i båda riktningarna. Ditt lokala elnätsbolag ansvarar för att byta ut din gamla mätare mot en ny, smart mätare när du installerar solceller.
Skillnaden mellan solenergi, solel och solkraft
Vad är solenergi?
Solenergi är den energi som finns i solens strålar. Allt liv på jorden är helt beroende av solenergi. Utan solens ljus och värme skulle vår planet vara mörk och kall.
Vad är solel?
Solel är den elektricitet som genereras genom användning av solceller.
Vad är solkraft?
Solkraft är elektricitet som produceras i solkraftverk, ofta i storskaliga solcellsparker – där solelen som genereras senare kan köpas in via elhandelsavtalet.
Hur fungerar solceller med batteri?
Att kombinera solceller med ett batteri är ett alltmer populärt och smart sätt att maximera nyttan av en solcellsanläggning. Systemet gör dig mindre beroende av elnätet och ger dig full kontroll över din egenproducerade el.
Så här fungerar solceller med batteri:
Solceller producerar el så fort solen lyser.
Din bostad kommer alltid i första hand att använda den el som solcellerna producerar i realtid. Om du kör tvättmaskinen, lagar mat eller laddar datorn en solig dag, drivs allt detta direkt av din egen solel.
Ofta producerar solcellerna mer el än vad huset förbrukar, särskilt mitt på dagen när solen står som högst. I en anläggning utan batteri skulle allt detta överskott omedelbart skickas ut på elnätet.
Med ett batteri händer istället följande:
Hybridväxelriktaren känner av att det finns ett överskott.
Istället för att skicka vidare elen, skickar växelriktaren överskottet av likström direkt till ditt hemmabatteri för laddning.
Detta är mycket effektivt eftersom elen inte behöver omvandlas till växelström och tillbaka, vilket minimerar energiförluster.
När solen går ner och solcellerna slutar producera el, upphör din realtidsproduktion. Istället för att automatiskt köpa dyr el från nätet, gör systemet följande:
Växelriktaren känner av att huset behöver ström och att solcellerna inte producerar el.
Den börjar då hämta den lagrade likströmmen från batteriet, omvandlar den till växelström och matar ut den till ditt hem.
Du kan alltså fortsätta titta på TV, använda belysning och laga mat på kvällen med den solenergi du lagrade under dagen.
Om batteriet blir tomt under natten kommer systemet sömlöst och automatiskt att köpa el från elnätet, precis som vanligt. Du märker ingen skillnad.
Om batteriet blir fullt och solcellerna fortfarande producerar ett överskott, kommer den överblivna elen att skickas ut på elnätet. Ingenting går till spillo.
Hur fungerar solceller på vintern?
Solcellers funktion påverkas av yttre faktorer, såsom mängden sol och temperatur. Därmed finns det flera faktorer som kan påverka prestandan och hur solceller fungerar under vintertid. Nedan går vi igenom hur solceller fungerar på vintern.
Temperatur: Solcellers effektivitet tenderar att minska när temperaturen stiger. Under vintern kan de fungera något bättre tack vare att temperaturen är lägre. När solcellerna hålls svala reduceras risken för att de ska tappa sin effekt. Däremot kan extrem kyla också minska effektiviteten.
Ljusintensitet: Under vintern är ljusets intensitet lägre eftersom dagarna är kortare och molnigheten ökar. Det kan resultera i minskad produktion från solcellerna.
Solens vinkel: Solens position på himlen påverkar mängden ljus som når solcellerna. Under vintern är solens bana lägre på himlen, vilket kan leda till minskad exponering och därmed minskad effektivitet.
Snö och is: Under vintern kan snö och is fastna på solcellernas ytor, vilket kan blockera solinstrålningen och minska solcellernas prestanda. Att hålla solcellerna rena och fria från snö och is är därför viktigt för att maximera deras effektivitet.
Geografisk plats: Samtliga faktorer ovan beror på var i Sverige du bor. Vinterproduktionen från solceller är till exempel högre i södra Sverige, eftersom dagarna är längre och panelerna inte täcks av snö lika ofta.
Hur fungerar solceller vid strömavbrott?
Solcellernas funktion påverkas såklart vid ett strömavbrott. En vanlig solcellsanläggning som är ansluten till elnätet fungerar inte under ett strömavbrott. Det beror på att växelriktaren i solcellsanläggningen automatiskt stängs av när det uppstår ett strömavbrott. Även om solcellerna fortsätter att absorbera solljus, genereras ingen elektricitet eftersom växelriktaren är avstängd.
Växelriktaren i en solcellsanläggning stängs av under ett strömavbrott av säkerhetsskäl. Anledningen är att de som arbetar med att reparera elnätet måste kunna vara säkra på att det är helt strömlöst. Dessutom kan okontrollerad strömutmatning på elnätet skada komponenter i nätet.
Detta behövs för att solceller ska producera el vid strömavbrott
För att solceller ska fortsätta producera el även vid strömavbrott krävs följande kompletterande komponenter i en vanlig solcellsanläggning:
Hybridväxelriktare: En växelriktare som är kompatibel med batterier för att möjliggöra lagring av överskottsel och användning under strömavbrott.
Frånskiljare: En brytare som isolerar solcellsanläggningen från elnätet vid strömavbrott för att förhindra risker och problem med nätets återkoppling.
Eget jordtag: Ett jordningssystem som säkerställer att anläggningen är ordentligt jordad även om PEN-ledaren är bruten, vilket är nödvändigt för säker drift och skydd mot elektriska störningar.
Energilagring: Vanligtvis i form av batterier, vilket möjliggör lagring av överskottsel från solcellerna för senare användning under strömavbrott eller när solen inte är tillgänglig för att producera el.
Dessa komponenter gör det möjligt för solcellsanläggningen att fungera som en oberoende elproducent även när det inte finns ström från elnätet. Det här ökar pålitligheten och användbarheten hos solenergisystemet.
Fler vanliga frågor och svar om solceller
En moduloptimerare, även känd som optimerare för solceller, är en apparat som består av elektroniska komponenter som vanligtvis kopplas till en eller två solpaneler. Syftet med en optimerare är att maximera produktionen av solel från de solpaneler den är ansluten till.
En optimerare strävar efter att optimera den effekt (P) som en solpanel kan leverera genom att reglera både spänningen och strömmen för den solpanel den är kopplad till. För att bestämma den kombination av ström (I) och spänning (V) som ger maximal effekt, använder optimeraren solpanelens IV-kurva.
Formeln för solpanelers effekt är P=V×IP = V \times IP=V×I, vilket innebär att högre spänning VVV och ström III ger högre effekt. Solpanelen har gränser för hur mycket spänning och ström den kan hantera. På solpanelens IV-kurva visas tillåtna kombinationer av ström och spänning. Optimerarens uppgift är att hitta punkten på kurvan, kallad arbetspunkt, där effekten P=V×IP = V \times IP=V×I är som högst. Mer om optimerare kan du läsa här.
En växelriktare till solceller är en elektronisk enhet som omvandlar likström (DC) från solpaneler till växelström (AC). Den elektricitet som solpanelerna genererar passerar genom växelriktaren innan den antingen levereras till elnätet eller används inom fastigheten. Växelriktare kan anslutas till en enskild solpanel eller till flera solpaneler samtidigt.
Nej, en solcellsanläggning är i princip underhållsfri. Eftersom systemet inte har några rörliga delar är slitaget minimalt. Panelernas hala yta gör att smuts, löv och pollen oftast sköljs bort av regn. Det bästa underhållet är att regelbundet kontrollera produktionsdatan för att säkerställa att allt fungerar som det ska.
Solceller har en förväntad livslängd på 30 år. De flesta tillverkare lämnar en effektgaranti som sträcker sig över 25-30 år. Denna garanti säkerställer att panelen efter den tiden fortfarande kommer att producera minst 80-85% av sin ursprungliga effekt. Solceller tappar effekt väldigt långsamt och gradvis, så de slutar inte fungera plötsligt.
För att maximera den årliga elproduktionen i Sverige är de optimala förutsättningarna:
Väderstreck: Ett tak i rakt söderläge ger högst total produktion över hela året. Tak i öst- och västläge har blivit alltmer populära. De ger en jämnare produktion fördelad över dagen (morgonsol i öst, eftermiddagssol i väst), vilket ofta passar bättre med ett hushålls elförbrukning och ökar egenanvändningen. Tak i norrläge bör undvikas.
Lutning: En taklutning på mellan 30 och 45 grader är bäst för solceller. De flesta svenska villatak ligger inom detta spann. Även brantare eller flackare tak fungerar bra. Den totala produktionen kan bli något lägre då bara.