Hur funkar solceller?

Vad är solceller?

Solceller är elektriska komponenter som omvandlar solljus till elektricitet. Förenklat består en solcell av ett halvledarmaterial, oftast kisel, som kan absorbera energi från solens strålning. I halvledarmaterialet har olika dopämnen tillsats som gör att den absorberade energin kan omvandlas till el.

Vad är solpaneler?

Solpaneler är paneler som omvandlar solljus till elektricitet. Förenklat består en solpanel av cirka 60–144 st elektriskt sammankopplade solceller, ett glas som skyddar solcellerna och en kopplingsdosa som leder vidare den el som solcellerna producerar. Solpaneler för villatak har ofta en yta på cirka 2 m2.

Se också: Skillnad på solpaneler och solceller

Så fungerar solpaneler

Solpaneler fungerar så att solcellerna i solpanelen omvandlar solljusets energi till el. Framför solcellerna finns ett antireflexbehandlat glas vars uppgift är att ge stadga åt panelen samt att skydda solcellerna. Under solpanelen finns en kopplingsdosa som leder vidare den ström som solcellerna producerar.

Så fungerar solceller steg för steg

En steg-för-steg förklaring om hur en solcellsanläggning fungerar är:

1. Solceller omvandlar solljus till elektricitet i form av likström. Solcellerna i solpaneler träffas av solljus, varpå en del av solljusets energi omvandlas till elektricitet i form av likström (DC). Läs mer: Så mycket el producerar solceller per år och månad
2. Växelriktaren omvandlar likström (DC) till växelström (AC). Den av solpanelerna producerade likströmmen leds till solcellsanläggningens växelriktare. Växelriktaren har bland annat till uppgift att omvandla likström till växelström. Denna omvandling är nödvändig för att apparater och lampor i ett hushåll ska kunna använda elen. Läs mer: Så fungerar växelriktare
3. Växelströmmen från växelriktaren leds till bostadens elcentral. Elcentralens uppgift är att fördela ut elektriciteten dit den för tillfället behövs.
4. I första hand används den producerade solelen i den egna fastigheten. Elektricitet följer mestadels den väg där motståndet är som lägst. Det innebär att så länge som en solcellsanläggnings produktion är mindre eller lika stor som tillhörande fastighets konsumtion vid ett givet ögonblick, så används den producerade elen framför allt av den egna fastigheten. Är en solcellsanläggning utrustad med ett batterilager går det dock att ställa in att den producerade elen i första hand ska lagras i batteriet.
5. Överskottselen matas ut (säljs) på elnätet. Den el som inte används inom den egna fastigheten, så kallad överskottsel, matas ut via elnätet. Du får betalt för denna el under förutsättning att du tecknat ett inmatningsabonnemang hos ditt elnätsbolag och ett försäljningsavtal för solel (produktionsavtal) hos ett elhandelsbolag. Det är i regel kostnadsfritt att teckna dessa avtal. Läs mer: Att sälja överskottsel via elnätet
6. Din elmätare registrerar automatiskt din elförsäljning. I samband med att du installerar din nätanslutna solcellsanläggning programmeras din elmätare om så att den både registrerar mängden inkommande (köpt) el och el som matas ut (säljs) på elnätet. Det innebär att den el du matar ut på nätet registreras automatiskt, både vad gäller mängd och tidpunkt när utmatning skett. Läs mer: Hur fungerar fastighetens elmätare tillsammans med solceller

Hur fungerar solceller tekniskt?

Hur solceller fungerar tekniskt kan förenklat förklaras i sju steg:

1. En solcell består av ett N-skikt och ett P-skikt.
2. När N- och P-skiktet sammanförs bildas ett elektriskt fält.
3. Det elektriska fältet ser till att ström rör sig i en riktning.
4. Solcellen träffas av solenergi i form av fotoner.
5. Solcellen omvandlar solenergi till likström.
6. Likströmmen leds vidare till solcellsanläggningens växelriktare.
7. En växelriktare omvandlar likströmmen till växelström.

1. En solcell består av ett N-skikt och ett P-skikt

En solcell byggs upp av två horisontella skikt av kisel. Till dessa skikt har så kallade dopämnen tillförts. Till det ena skiktet (N-skiktet) är i regel fosfor tillfört, medan bor eller gallium tillförts till det andra skiktet (P-skiktet).

Kiselatomer och fosforatomer har 4 respektive 5 elektroner i sitt valensband (“yttersta ring av elektroner”). Ämnen “strävar” efter att binda sig med andra ämnen (“dela elektroner”) så att de helt fyller sitt valensband med elektroner.

Eftersom både kisel- och fosforatomer har 8 platser för elektroner i sitt yttersta valensband bildar de bindningar med varandra genom att bidra med fyra elektroner var. När detta sker frigörs en elektron från sin atom.

Bor har å andra sidan endast tre elektroner i sitt valensband. När bor kemiskt förenar sig med kisel saknas det således en elektron för att på egen hand fylla valensbandet helt. P-skikt får därför ett överskott av platser där elektroner saknas, så kallade positiva “hål”.

2. När N- och P-skiktet sammanförs bildas ett elektriskt fält

Det som händer när N-skiktet och P-skiktet förs samman är förenklat att de obundna (fria) elektronerna i N-skiktet rör sig för att fylla de positiva hålen i P-skiktet. Det innebär att i gränsområdet mellan skikten blir P-skiktet negativt laddat och N-skiktet positivt laddat.

Detta gränsområde benämns PN-övergång och innebär att ett elektriskt fält bildats. En solcell är nu bildad.

3. Det elektriska fältet ser till att ström rör sig i EN riktning

I avsaknad av ett elektriskt fält rör sig elektroner och positiva “hål” godtyckligt fram och tillbaka samt strävar efter att fylla ut hela det utrymme de befinner sig i. Detta kallas diffusion. Det elektriska fältet (PN-övergången) hindrar däremot att elektroner och hål rör sig godtyckligt.

Det elektriska fältet kan således jämföras med en diod i och med att det i stort sett endast leder ström i en riktning.

4. Solcellen träffas av solenergi i form av fotoner

Solljus består av små energipaket som kallas fotoner. När en foton med lagom mängd energi träffar en atom i solcellen överför den sin energi till en elektron. Denna energi gör att elektronen frigörs från sin atom och blir en fri elektron samtidigt som ett positivt hål bildas.

Tack vare det elektriska fältet dras den frigjorda elektronen mot det positivt laddade N-skiktet och de positivt laddade hålen till det negativa P-skiktet. Det skapas således en spänning.

5. Solcellen omvandlar solenergi till likström

För att utnyttja den spänning som skapas med hjälp av fotonerna och det elektriska fältet finns metallkontakter anslutna till fram- och baksidan av solcellen. När en extern krets, som till exempel bostadens elnät ansluts, kommer de fria elektronerna i N-skiktet att strömma genom kretsen till P-skiktet för att fylla de “hål” som finns där. En likström uppstår.

6. Likströmmen leds vidare till solcellsanläggningens växelriktare

En solpanel består av flera, vanligtvis cirka 60–144 stycken, seriekopplade solceller. På baksidan av en solpanel sitter det en kopplingsdosa (junction box). Kopplingsdosan fungerar som en samlingspunkt för solcellernas elektriska anslutningar samt skyddar anslutningarna.

Dosan fungerar som en säker anslutning mellan solcellerna och resten av systemet, vilket möjliggör en säker och effektiv energitransport.

7. En växelriktare omvandlar likströmmen till växelström

Den av solceller producerade likströmmen förs med hjälp av solpanelerna till solcellsanläggningens växelriktare. Växelriktarens uppgift är bland annat att omvandla likström till växelström. Denna omvandling är nödvändig för att apparater och lampor i ett hushåll ska kunna använda elen.

Så fungerar solenergi

Hur solenergi fungerar beror på om solens strålar används för produktion av el via solceller eller för värme via solfångare. Solceller producerar likström som sedan omvandlas till växelström av en växelriktare. Solfångare fångar solenergi i form av värme i ett vanligtvis vattenbaserat medium.

Läs mer: Fakta om solenergi och hur det används

Så fungerar solkraftverk

Solkraftverk fungerar olika beroende på typ av solkraftsverk:

• Fotovoltaik: solceller omvandlar solens instrålning till likström.
• Koncentrerad solkraft: förångat vatten används till att producera el.
• Solfångare: solinstrålning omvandlas till värme.
• Hybridpaneler: solens energi omvandlas till både värme och likström.

Läs mer: Så fungerar solkraft

Fotovoltaiska solkraftverk (“solcellsparker”)

Med fotovoltaik omvandlas energin i solinstrålningen till likström (DC) med hjälp av solceller. Denna likström passerar sedan en växelriktare där elektriciteten omvandlas till växelström för utmatning på elnätet. Fotovoltaik, som används både till privatbostäder och solcellsparker, är den klart dominerande formen av solkraft i Sverige.

Solcellsparker fungerar med andra ord i princip som en vanlig solcellsanläggning till en bostad. En skillnad är dock att solcellsparker nästan uteslutande placeras på marken medan solceller till bostäder oftast placeras på tak.

För att få kallas solcellspark enligt HemSol ska också den installerade effekten uppgå till minst 1 MW, det vill säga cirka 100 gånger så stor effekt som en genomsnittlig solcellsanläggning till en villa. Läs mer: Att Investera i en solcellspark

Koncentrerade solkraftverk (Concentrated Solar Power, CSP)

I koncentrerade solkraftverk (CSP) används speglar för att koncentrera solljus, som i sin tur används för att värma upp en vätska till mycket höga temperaturer. Genom uppvärmningen förångas vätskan, och ångan driver en turbin som producerar el på ett liknande sätt som ett traditionellt kraftverk.

Till skillnad från fotovoltaik som producerar betydande mängder elektricitet även när det är molnigt, kräver CSP höga nivåer av direkt ihållande solinstrålning. Enligt Publication Office of the European Union krävs en instrålning på över 1900 kWh/m2/år för lönsamhet (1).

CSP-anläggningar i Europa är därför framför allt belägna i södra Spanien. Som jämförelse är till exempel solinstrålningen i södra Sverige cirka 1 000–1 200 kWh/m2/år.

Solfångare (engelska Solar Thermal)

En solfångare omvandlar solenergi till värmeenergi där värmen oftast lagras i form av vatten i en ackumulatortank. Solfångaren i sig består av en mörk yta som absorberar solljus och bakom den mörka ytan finns ett rör med en vätska. När solfångaren värms upp överförs värmen från ytan till vätskan i röret.

Den uppvärmda vätskan, som ofta är en blandning av vatten och frostskyddsmedel (glykol), transporteras till en varmvattenberedare eller ackumulatortank. I tanken finns det en värmeväxlare och värme från den uppvärmda vätskan överförs till vattnet i tanken. Den nu avkylda vätskan pumpas därefter tillbaka till solfångaren och processen upprepas.

PVT-anläggningar (hybridpaneler)

I PVT (Photovoltaics Thermal) används solpaneler som har solceller på framsidan av panelen och solfångare på baksidan av panelen. Solpanelerna producerar därför både elektrisk- och värmeenergi. HemSol känner dock inte till några storskaliga kommersiella PVT-anläggningar i Sverige utan endast forskningsprojekt.

Förklaring av vad ord inom solceller betyder

• Solenergi är energi som utvinns direkt från solinstrålning. Används solenergin för elproduktion kallas det solel och för värmeproduktion är benämningen solvärme.
• Solel är elektricitet som produceras genom att solceller omvandlar energin i solljus till likström.
• Solkraft är ett samlingsnamn för olika sätt att omvandla energi från solen till användbar elektricitet eller värmeenergi.
• Effekt är ett mått på hur snabbt energi överförs eller omvandlas och uttrycks i enheten Watt (W). En modern kristallin solpanel har i genomsnitt en effekt på cirka 440 W vid standardiserade testförhållanden i skrivande stund (september år 2025).
• kW betyder kiloWatt och är en enhet för effekt. En kW är det samma som 1 000 Watt.
• kWp är en enhet för effekt och betyder kiloWatt peak. Uttrycket används för att beskriva den effekt en solpanel avger vid ett test som utförs enligt en internationell standard (Standard Test Condition (STC)). Testet används för att jämföra olika solpanelers prestanda på ett likvärdigt sätt.
• Märkeffekt är en solpanels märkeffekt är detsamma som dess kWp.
• kWh betyder kilowattimme och är ett mått på energi. En solpanel som avger en effekt på 440 Watt producerar 0,44 kWh energi under en timme ((440/1000) kW * 1 h = 0,44 kWh).
• Verkningsgrad är ett mått på hur stor andel av den tillförda energin som omvandlas till nyttig energi. För en solpanel motsvarar verkningsgraden hur stor andel av energin i det solljus som träffar solpanelen som omvandlas till energi i form av likström (DC). En modern solpanel har en verkningsgrad på cirka 22–23 % i september år 2025.

Hur mycket ström avger solceller och solpaneler?

Mängden ström en solcell eller solpanel avger beror främst på hur stor solinstrålningen är och solcellernas temperatur. En solig sommardag ger en 440 W solpanel en ström på cirka 12 Ampere (A), och en 10 kW solcellsanläggning som producerar 8 kW avger en ström på cirka 11,2 A per fas vid jämn fasfördelning.

Observera att när man i vardagligt språk talar om ström avses ibland felaktigt energi (till exempel kWh) istället för det korrekta Ampere. En solcellsanläggning där solpanelerna är riktade mot söder med en lutning på cirka 45 grader ger en energimängd på cirka 900–1 200 kWh per kW solceller och år där variationen framför allt beror på var i landet solcellsanläggningen är placerad.

En solcellsanläggning består av en eller flera strängar av sinsemellan seriekopplade solpaneler som kopplats in till solcellsanläggningens växelriktare. Vid seriekoppling adderas inte strömmar. Det innebär till exempel att en sträng med 10 solpaneler avger samma mängd ström som en sträng med 5 solpaneler, allt annat lika. Däremot avger strängarna olika mängd effekt till växelriktaren.

Det som är avgörande för hur mycket växelström som en växelriktare avger till ett hushåll eller matar ut på elnätet är därför summan av effekten från de olika strängarna samt i mindre utsträckning även växelriktarens verkningsgrad.

Hur kan mängden ström en solcellsanläggning avger beräknas?

Mängden ström som en solcellsanläggning avger till ett hushåll per fas, givet jämn fördelning mellan de tre faserna, ges av formeln:
Ifas = (P × v) / (√3 × U × cos (αlfa) där

I Sverige är linjespänningen i normala fall 400 V (Volt). För en solcellsanläggning är effektfaktorn ungefär lika med 1, det vill säga all producerad effekt är användbar effekt (icke-reaktiv effekt). En modern växelriktare har en verkningsgrad på cirka 97 % även om verkningsgraden är lägre vid låg belastning av växelriktaren.

Givet ovanstående värden, och att solcellerna avger en effekt på 8 000 VA blir strömmen per fas:

I = (8 000 VA x 0,97) / ( √3 x 400 V x 1) = 11,2 A