FAQ - frågor vi ofta får

Vad gör en solcell?

Solceller omvandlar solljus direkt till elektricitet - utan att något material förbrukas.

Ungefär hur stor yta behövs för att generera 1 kW el från en solcellsanläggning?

Den exakta arean beror på hur man valt att placera modulerna, deras verkningsgrad samt hur starkt solen lyser. Grovt räknat kan man säga att med 15 % verkningsgrad blir den nödvändiga ytan 1000 W / (15 % * 1000 W/m2) = 6.7 m2 om solen lyser med 1000 W/m2, vilket den kan göra mitt på dagen.

Hur tror ni verkningsgraden för solceller kommer att utvecklas?

Verkningsgraden för rekordceller ökar kanske inte så mycket. Det finns teoretiska gränser på verkningsgraden som inte kan överskridas utan att man tar till en massa tricks. För en enkel solcell ligger den teoretiska verkningsgraden på 33 procent. För produkter, speciellt för tunnfilm, håller marknaden på att mogna och storskaliga tekniker blir bättre och bättre. Därför minskas glappet mellan rekordcellerna och produkterna (solpanelerna, eller solcellsmodulerna) stadigt.

För CIGS ligger idag (2016) rekordet på verkningsgrad på 22.3 procent och innehas av företaget Solar Frontier i Japan. De allra bästa produkterna på marknaden ligger på 14 procent, men den siffran ökar snabbt (2016).

För kisel, som dominerar marknaden, ligger typiska solcellsmoduler idag på 15 %, men för de lite mer avancerade modulerna går det att hitta produkter med över 20 % verkningsgrad (2016).

Är solceller stabila över tid?

Oskyddade solceller påverkas av miljöfaktorer som kan göra att verkningsgraden minskar, så därför skyddas solceller i alla produkter av glas, eller en avancerad plastfilm. Solcellsmoduler testas enligt ett speciellt protokoll (till exempel IEC61646) och får efter genomgånget och godkänt test en certifiering. Testet är gjort för att motsvara cirka 25 år i användning. För produkter på marknaden ges en mångårig garanti, normalt 20 år. Skäl till att solcellsmoduler går sönder kan vara att vatten läcker in över från kanterna, eller att skyddsglas, eller substratglas spricker.

Hur ser man till att ”otrevliga” ämnen från solceller inte kommer ut i miljön?

Precis som att glas och plast skyddar solcellerna från miljön ger detta också ett skydd för eventuellt läckage ut i miljön. Risken för läckage ut i naturen är mycket liten vid inkapsling med glas. Det är snarare vid gruvbrytningen av material till solcellerna som man måste vara noggrann med att skydda miljön. Eftersom modulerna innehåller glas och värdefulla grundämnen kommer det att vara lönsamt att återvinna dem när de tjänat ut efter 20-40 år.

Vad behöver utvecklas: transport av el, solceller, lagring?

Elnätet i Sverige är väl utvecklat så transporten av el är inget problem. Sedan början av 2015 finns möjligheter att göra skatteavdrag för el som matats in på elnätet. Det går att ansluta sin anläggning genom att göra avtal med sin elleverantör och dessutom få betalt för elen den vägen, normalt får man det pris som ges på Nordpol-marknaden. Det behövs en extra elmätare, som din elleverantör installerar åt dig. Solcellerna fungerar mycket väl och genom den starka prispress som skett på marknaden är priset nu nere i strax under 1 kr/kWh i Sverige, vilket gör solcellsinstallationen lönsam för en privatperson efter cirka 10 år. Upp till en viss nivå av installerad effekt i Sverige kan vi klara oss utan lagring, genom att man utnyttjar vattenkraften som reglering. För större andel solel (över cirka 10 TWh/år) måste andra lagringsformer till. Nivån beror på genomslaget för andra energikällor också, som till exempel vindkraft.

Finns det solceller som är flexibla (typ på en matta)?

Man kan redan idag tillverka flexibla moduler med traditionell teknik (kisel), vilka främst används på fritidsbåtar, och vilka man i princip kan gå på. Dessa kan man köpa hos affärer som för båtprylar. Det finns även produktion av flexibla solcellsmoduler av tunnfilmsteknik, bland annat tillverkar företagen Global Solar och Miasolé sådana, men i liten skala.

Är det svårt att använda solceller?

Nej. Även om tillverkningen är komplicerad är användandet mycket lätt. Effektuttaget från en anläggning regleras automatiskt och underhållsbehovet är mycket litet.

Vad händer när det är mörkt eller molnigt?

Den elektriska effekt som solcellen levererar minskar om solinstrålningens intensitet minskar. När det är molnigt blir effekten därför lägre, 20-50 % av full effekt vid lätt molnighet och 5-10 % av full effekt när molnen är riktigt mörka. På natten ger solcellen ingen el alls. I ett system som inte är nätanslutet kan man utjämna dessa variationer med ett batteri som lagrar elenergin.

Kan man på något sätt lagra den energi som bildas i solkraftverken?

Det finns två huvudtyper av solkraftverk som producerar el: fotovoltaiska, det vill säga solceller, och termiska. För de termiska, som fungerar genom att solen värmer upp ett medium som sedan används i kraftverket, kan energin lagras genom att lagra det varma mediet, till exempel från dagen till kvällen/natten. För solceller kan energin lagras på samma sätt som annan el, till exempel i batterier. Det finns också mycket forskning på att lagra solenergi i form av energirika föreningar som vätgas, vilket sedan skulle kunna användas direkt som bränsle.

Fungerar solceller när det är kallt?

Ja, solceller fungerar faktiskt bättre vid låga temperaturer, men ofta står solen lågt när det är kallt och därför är solljuset mindre starkt, eftersom det går längre väg genom atmosfären. Tillsammans gör det att solcellerna ger lägre effekt en solig dag på i januari än en solig dag i juli, men skillnaden är mindre än man kanske tror. Månaden mars är en utmärkt solelmånad!

Vad är det för skillnad på solceller och moduler? Hur fungerar det för kiselsolceller respektive tunnfilmssolceller?

En solcell är en enda skiva eller sammanhängande film av ett material som används för att omvandla solljus till elektricitet. Spänningen från solcellen beror på materialet och är ganska låg, typiskt 0.5-0.7 V, medan strömmen beror av hur stor ytan är. Genom att seriekoppla celler delar man upp ytan i smala segment, där varje segment utgör en solcell. Istället för en solcell har man kanske 10 solceller på samma yta, vilket gör att spänningen blir 10 gånger högre, medan strömmen blir 10 gånger lägre. Detta är fördelaktigt eftersom låg spänning och höga strömmar leder till större förluster än en hög spänning och låg ström för samma effekt. Dessa seriekopplade solceller som kapslas in med en skyddande glasskiva kallas för moduler.

För kiselsolceller är varje cell fyrkantig och kopplas till en modul genom lödning. För
tunnfilmssolceller däremot är cellerna delade på längden för modulen, då filmen appliceras ett lager i taget och cellerna skapas genom tre mönstringssteg enligt bilden nedan.

Är det energimässigt lönsamt att producera solceller?

Ja, solcellerna kommer att producera mer energi under sin livstid än energin som gick åt för att tillverka dem. Hur lång tid detta är beror på vilken typ av solceller det är och var de installeras. I soliga delar av Spanien kan det vara bara runt ett år, medan det i Sverige rör sig om kanske 2-3 år. Det finns dock ingen teoretisk begränsning för hur länge solcellerna håller och efter denna tid kan de producera elektricitet i många år.

Vilket material begränsar effekten i en solcell?

Effekten påverkas av den ström och spänning som solcellen kan producera, och för dessa är det olika delar av solcellen som är viktigast. Både ström och spänning påverkas till stor del av rekombination, det vill säga att en elektron deexciteras och återgår till sitt grundtillstånd.

Detta sker ofta i gränsytor eller på grund av defekter i materialet. För att minska
rekombinationen vid ytor kan man på olika sätt passivera materialet.

Vad bör man tänka på vid val av material till solceller, vilka egenskaper letar man
efter?

För att tillverka en solcell behövs material som absorberar solljuset och använder den absorberade energin till att excitera elektroner, samt material som separerar elektronerna och leder dessa i en krets. För materialet som absorberar solljuset vill man att den energi som krävs för att excitera en elektron, vilket beror på materialet, ska matcha energin i solljuset så att solcellens effekt blir så hög som möjligt. Man vill därefter matcha detta material med material som leder vidare elektronerna med så lite förluster som möjligt, därför försöker man att minimera rekombinationen. För ledarna försöker man ha så låg resistans som möjligt, och för fönsterlagret eller kontakterna på framsidan vill man ha hög transparens så att så mycket som möjligt solljuset når absorbatorskiktet. Dessutom ska materialen väljas så att
de inte reagerar med varandra när solcellen används.

Om hur lång tid kommer solceller användas "seriöst" i svenska elnätet?

Användningen av solceller ökar just nu mycket snabbt i Sverige och de senaste åren har installationerna ökat med 50-100% per år. Just nu är användandet av solel i det svenska elsystemet ett fåtal procent, men med nuvarande ökningstakt kommer mer än 10 % av elen att genereras av sol år 2030.

Hur mycket solceller behövs för att ge el åt hela världen?

Elförbrukningen i världen är ungefär 1013 kWh/år. Om vi antar en systemverkningsgrad på 20% och att solcellerna placeras så att instrålningen är 1500 kWh/m2 år i genomsnitt så skulle det behövas ungefär 35 000 km2 solceller för att förse hela världen med el. Det motsvarar mindre än 3% av Saharas yta eller bara 6 m2/person. I ett globalt perspektiv sammanfaller
dessutom variationerna av solinstrålningen väl med variationerna av elförbrukningen. I varma klimat används t.ex. mycket el för att driva kylanläggningar.

Skulle Jordens resurser räcka till solceller som täcker vårt elenergibehov?

För kiselsolceller finns det troligen ingen fundamental begränsning, eftersom kisel är ett av de vanligaste ämnena på Jorden. För CIGS, däremot, är det svårare att säga eftersom den mängd indium som är tillgänglig idag inte skulle räcka till så stora mängder, men blir efterfrågan större kan även framställningen av indium öka.

Vad har solceller för nackdelar i Sverige jämfört med andra förnybara energikällor?

När kommer användandet av solceller att slå igenom?

Solceller har redan slagit igenom och 10% av världens elgenerering kommer år 2023 från solceller. Man brukar använda det engelska begreppet "grid parity" som ett mått på när marknaden för solceller blir självgående och slutar att vara beroende av olika former av stödsystem. "Grid parity" innebär att en konsument, eller ett elbolag som installerar solceller och kan använda sin egenproducerade el får samma kostnad för den som om han eller hon skulle köpt el från elnätet. för en konsument kräver detta att man får sälja sitt överskott på dagen och få köpa tillbaka den på natten. I många länder finns det system för att ha längre perioder, till exempel att få sälja elöverskott på sommaren och få köpa el på vintern.

Hur påverkar solceller miljön?

Solceller är ett av de minst miljöpåverkande sätt att producera elektricitet som vi känner till idag. De är tysta, ger inga som helst utsläpp och använder solljus som bränsle. Den största miljöpåverkan sker vid tillverkningen. För att göra konventionella solceller av kisel går det åt mycket energi. Med tunnfilmsteknik krävs mindre energi och material, men användingen av sällsynta material är en begränsning. När solcellerna tjänat ut kan de till stor del återvinnas.

Vad kostar el från solceller?

Solcellpriset har sjunkit dramatiskt de senaste åren och priset till slutkund beror idag inte bara på produktionspriset, utan styrs i hög grad av tillgång och efterfrågan. Priset per kWh för en privatperson beror på stödsystem (till exempel solrot-avdrag och inmatningsavdrag på skatten), om man kan köpa och sälja el till nätet och på hur stort system man har och också hur komplicerad monteringen och installationen är. För många system är det utseendet som är viktigt och då kan priset per kWh vara högt, eftersom bärstrukturen blir påkostad.

Lönar det sig att använda solceller för att generera el?

Ja, redan idag kan man få en anläggning att löna sig och en anläggning kan ha betalat tillbaka sig själv på under 10 år. Hur lönsamheten utvecklas framåt beror på elprisets utveckling, hur väl man har tänkt igenom installationen (skuggning, riktning, vinkel mot solen), samt förstås priset för installation och moduler. För alternativ elförsörjning som innefattar anslutning till nätet av en avlägsen stuga, har det lönat sig länge att installera solceller.

Vilken är den största kostnaden för solel?

I nuläget kan man nog säga att kostnaderna för själva solcellsmodulerna motsvarar ungefär en tredjedel av priset. Kostnader för ledningar, växelriktare, monteringmaterial utgör ungefär en tredjedel av kostaden. Arbetet för installationen ungefär den sista tredjedelen. Man kan även söka solrot-avdrag för solcellsinstallationen, och det går också att få skattereduktion på 60 öre/kWh för överskottsel som matats in på elnätet.

Varför använda tunnfilm?

• Låg materialåtgång.
• Möjlighet att bygga monolitiska moduler och därmed seriekoppla celler till moduler på ett, ur tillverkningsperspektiv. mer rationellt sätt (än traditionella Si-moduler).

Är CIGS-cellerna transparenta, d.v.s. kan jag se igenom dem om de applicerats på ett fönster?

I normala fall är de inte transparenta, men det är möjligt att utveckla CIGS-celler som är delvis transparenta. Tekniken går ut på att med en laserstråle göra hål i de aktiva filmerna ner till glaset och tillverka en serie av genomskinliga prickar. Verkningsgraden minskar beroende på prickarnas totala yta. Det går också att göra CIGS-solceller transparenta för infrarött ljus, vilket är bra om man vill använda dem till tandemsolceller.

Hur räknar ni med att applikationer med industriellt tillverkad tunnfilm kommer att se
ut? Som laminat mellan två glas?

De CIGS-moduler som säljs i stor skala är laminerade mellan två glasskivor, men det finns forskare som belägger CIGS-celler på flexibla substrat, t.ex. metall- eller plastfilm, för att kunna tillverka böjbara produkter.

När kommer man att kunna köpa svenska CIGS-solceller?

I dagsläget (2023) finns det CIGS-solceller från företaget Midsummer AB.

En del källor hävdar att tunnfilmsceller absorberar solljus effektivare; betyder det att de cellerna är bättre?

Med detta menas absorptionen per filmtjocklek, vilken kan vara mycket högre i
tunnfilmsmaterial. Det är den egenskapen som gör att man kan ha tunnare celler, men i slutänden behöver inte verkningsgraden bli högre.

Vilken/vilka metoder används för att belägga filmerna i en tunnfilmssolcell?

Det finns några olika metoder för att belägga skikten. Till exempel för sputtring för man in substratet som ska beläggas i en vakuumkammare med ett lågt tryck av inert gas med hög energi. I kammaren finns också en platta med det material som man vill belägga på substratet.

Då gaspartiklarna träffar plattan kommer atomer lossna från ytan och fastna på substratet, och på så vis kommer en film att byggas upp. I en samförångningsprocess används källor med ämnen som förångas i vakuum och träffar substratet och reagerar med varandra.

Hur gör ni på Ångströmslaboratoriet för att informera allmänheten och företag om ert arbete?

De två viktigaste vägarna för oss att föra ut information om vår forskning till allmänheten är genom den här hemsidan och genom olika former av direktkontakt. Vi bjuds också in för att informera om forskningen vid olika sammanhang.

Vad är nanokristallina solceller?

Detta är benämningen på en elektrokemisk solcell, där det ingår nanokristallina material. Dessa celler kallas även Grätzelceller eller färgämnesbaserade celler. Detta ingår inte i vår forskning, men det finns forskning vid KTH och Uppsala, som sysslar med denna typ av solceller.

Hur skiljer sig materialen i ljusabsorption mellan en konventionell solcell och en s.k.
Grätzelcell?

En konventionell solcell har en p-dopad och en n-dopad sida som möts i en pn-övergång där elektronerna exciteras av solljuset, separeras på grund av det elektriska fältet och på så vis bygger upp en elektrisk potential som kan generera elektricitet.

I Grätzelceller sker ljusabsorptionen av en färgämnesmolekyl där elektroner exciteras till en orbital med högre energi och därefter separeras då de överförs till en halvledare, till exempel titanoxid, som färgämnet har belagts på.

Vad är perovskit-solceller?

Perovskit-solceller är solceller som byggts från ett material med perovskitstruktur. De är en ny typ av solceller som har förbättrats otroligt snabbt och nått verkningsgrader på över 25%. Fördelar med dessa är att de har potential att bli billiga att producera och kan bli enkla att tillverka, även vid lägre temperaturer än vad som används vid kisel och tunnfilmssolcellstillverkning, medan utmaningar är den långsiktiga stabiliteten och att bly ofta används för cellerna. Läs mer om forskningen på perovskit-solceller vid Uppsala Universitet här.

Vad är organiska solceller, och hur ser deras framtid ut?

Organiska solceller är solceller gjorda med organiska material för att absorbera solljuset och omvandla det till elektricitet. De största utmaningarna för organiska solceller idag är att öka verkningsgraden och framför allt att förlänga deras livslängd, då de organiska solcellerna är mycket känsliga för fukt, syre och UV-strålning och då degraderas. Om dessa problem kan överkommas finns goda förutsättningar för att organiska solceller kan utgöra ett billigt och
enkelt alternativ.

Kan man tillverka en solcell själv?

Det beror litet på vilken typ av solcell det gäller. Att tillverka celler av t.ex. kisel (den
vanligaste typen) eller CIGS (som vi håller på med) kräver mycket dyr specialutrustning. Det går däremot att tillverka en solcell av Grätzeltyp från ett enkelt experimentkit som detta. Man kan också köpa färdiga kiselsolceller och löda ihop till en solcellsmodul.