Solceller – En komplett guide till ljusbaserad elproduktion

Vad är en solcell?

Solceller är ljuskänsliga halvledardioder som omvandlar ljus direkt till elektrisk ström genom den så kallade fotovoltaiska effekten. Dessa fascinerande komponenter, även kallade fotovoltaiska celler, består främst av halvledarmaterial som kisel och fungerar som specialdesignade dioder. När ljus träffar solcellen uppstår en elektrisk ström i diodens backriktning, vilket gör det möjligt att skörda energi från solens strålar.

Varje enskild solcell genererar en relativt låg spänning, vanligtvis omkring 0,5-0,6 volt. För att uppnå användbar spänning seriekopplas därför solcellerna i så kallade solpaneler. Om högre strömstyrka behövs kan cellerna istället parallellkopplas för att öka den totala strömkapaciteten.

Olika typer av solceller

Kristallina solceller

Kristallina solceller dominerar dagens marknad tack vare sin högre verkningsgrad jämfört med andra teknologier. Dessa celler tillverkas av kisel som har blivit dopat med olika ämnen för att uppnå önskade elektriska egenskaper. Kristallina celler delas in i två huvudkategorier:

Monokristallina celler tillverkas från en enda kristallstruktur och erbjuder generellt högst verkningsgrad, medan polykristallina (eller multikristallina) celler består av flera kristallstrukturer och är något billigare att producera.

Tunnfilmsolceller

Tunnfilmsolceller representerar andra generationens solcellsteknologi. Dessa består av ett eller flera tunna lager fotovoltaiskt material som deponeras på ett substrat av glas, plast eller metall. Med en tjocklek mellan några nanometer och tiotals mikrometer är de väsentligt tunnare än kristallina kiselsolceller som kan vara upp till 200 mikrometer tjocka.

Den låga vikten och flexibiliteten hos tunnfilmsceller öppnar upp för innovativa användningsområden som integration i fönsterglas eller till och med i tygmaterial som kroppsnära teknik.

Framtidens solcellsteknologier

En tredje generation solceller är under aktiv utveckling och inkluderar spännande teknologier som organiska solceller, Grätzelsolceller (dye-sensitized solar cell), kvantprick-solceller och perovskitsolceller. Samtidigt växer populariteten för bifaciala solceller som kan använda ljus från både fram- och baksidan för ökad energiproduktion.

Användningsområden

Solceller har en bred palett av användningsområden som sträcker sig från småskaliga till industriella tillämpningar:

• Hushållsinstallationer för elförsörjning till bostäder
• Storskaliga solparker för kommersiell elproduktion
• Mobil elektronik som mobiltelefoner, surfplattor och bärbara datorer
• Små förbrukare som miniräknare och trädgårdsbelysning
• Avlägsna platser utan tillgång till elnätet

Historisk utveckling

Solcellsteknologin har funnits sedan 1950-talet och användes först för elförsörjning till satelliter i rymden, där den extremt höga kostnaden kunde motiveras av behovet av pålitlig energi. Under 1970-talet började tekniken gradvis användas även för jordbaserade tillämpningar.

Historiskt sett var solceller mycket dyra och begränsades till speciella användningsområden som sommarstugor, fyrar och andra platser utan elnätsanslutning. Under de första decennierna av 2000-talet har dock priserna sjunkit dramatiskt tack vare teknikutveckling och ökad produktionskapacitet globalt.

Denna prisutveckling har lett till en explosiv marknadstillväxt på i genomsnitt cirka 40 procent årligen sedan år 2000. Den globala installerade kapaciteten växte från ungefär 64 GWp år 2011 till 387 GWp år 2017, där 98 procent av systemen var anslutna till olika elnät.

Solceller i Sverige

Marknadsutveckling

Sveriges solcellsmarknad har genomgått en dramatisk utveckling. I slutet av 2023 fanns drygt 4 GW solcellsanläggningar installerade som producerade 3 TWh el. År 2018 upplevde marknaden en kraftig tillväxt när 180 MW installerades – en ökning med 78 procent som resulterade i totalt 411 MW installerad kapacitet vid årets slut.

Stödsystem och ekonomi

Regeringen har justerat solcellsstödet flera gånger. Från 2021 ersattes investeringsbidraget av ett skattereduktionssystem liknande RUT- och ROT-avdragen. Skattereduktionen sattes till 15 procent för solceller och 50 procent för energilagring och laddpunkter, med en maxgräns på 50 000 SEK per person och år. Den 1 januari 2023 höjdes skattereduktionen för solcellsinstallation till 20 procent.

Produktionsförhållanden

Svenska förhållanden erbjuder överraskande god solcellsproduktion. Produktionsdata visar att:

• Göteborg har den högsta årliga produktionen med 1121,1 kWh per installerad kWp vid optimal vinkel 46°
• Malmö följer tätt efter med 1115,3 kWh/kWp/år vid 44° vinkel
• Stockholm producerar 1102,5 kWh/kWp/år vid 46° vinkel
• Även norrländska städer som Luleå (1013,6 kWh/kWp/år) och Sundsvall (1017,3 kWh/kWp/år) visar förvånansvärt bra värden

Dessa siffror visar att solceller är en praktisk energilösning även i Sveriges klimat.

Framtida utmaningar och lösningar

En växande utmaning är konkurrens om markanvändning mellan solcellsparker och jordbruk. En lovande lösning är agrivoltaik eller solsambruk, där elproduktion kombineras med jordbruk på samma mark. Genom noggrann planering av anläggningarnas utformning och val av lämpliga grödor kan el produceras utan större förlust av jordbrukets avkastning.

Forskning inom fysikalisk kemi och materialvetenskap arbetar kontinuerligt med att effektivisera både solcellsproduktion och prestanda, vilket lovar än bättre och mer kostnadseffektiva lösningar i framtiden.