Inledning: Vad har AC/DC med solceller att göra?

Vad har rockbandet AC/DC med solceller att göra? Namnet skulle signalera rå kraft och energifyllda spelningar – ungefär som den energirika växelströmmen (Alternating Current, AC) och den direkta, ”råa” likströmmen (Direct Current, DC) som flödar i ett solcellssystem.

För att kunna hantera dessa ”råa” strömmar används kraftelektronik. I den här artikeln går vi igenom hur växelriktare fungerar och varför valet mellan en- och trefassystem är viktigt i svenska anläggningar.

Likström möter växelström

Utmaningen med solcellsanläggningar: Solcellerna genererar likström (DC), men apparaterna i hemmet behöver växelström (AC) med 50 Hz. Dessutom arbetar batterilager i regel också med likström.

Vad skiljer strömtyperna åt?

Likström (DC):

• Strömmen flyter hela tiden i samma riktning
• Som en båt som bara går uppströms
• Exempel: Batterier, solceller, USB-enheter

Växelström (AC):

• Strömriktningen växlar hela tiden (50 gånger per sekund vid 50 Hz)
• Som en båt som hela tiden går upp- och nedströms
• Standard i det europeiska – och svenska – elnätet

Växelriktaren: hjärtat i omvandlingen

Funktionsprincip

Växelriktaren omvandlar likströmmen från solcellsmodulerna till nätanpassad växelström. Det sker med hjälp av elektroniska brytare (IGBT:er eller MOSFET:er) som slår av och på likströmmen mycket snabbt:

1. DC-ingång: Likström från modulerna
2. ”Hackning”: Effekthalvledare slår DC:n mycket snabbt till och från under olika långa pulser
3. PWM-modulering: Med pulsbreddsmodulering (PWM) formas en sinuslik kurva av dessa ”likströmsbitar”
4. AC-utgång: Nätkonform växelström med 50 Hz

Viktiga funktioner i växelriktaren

• Nät­synkronisering: Frekvens och fas synkas mot elnätet – vid avvikelse kopplar växelriktaren ifrån
• Nätövervakning / ö-driftsskydd: Anläggningen kopplas bort vid strömavbrott för att skydda nät- och servicepersonal
• Spännings- och frekvensfönster: Inmatning sker bara inom tillåtna toleranser enligt svenska nätregler (t.ex. EIFS 2013:1)
• Effektbegränsning: Nätägare kan ställa krav på max inmatad effekt; detta hanteras via växelriktarens mjukvara

I Sverige hänvisar nätbolagen ofta till SS‑EN 50549 (anslutning av små produktionsanläggningar till lågspänningsnät) och till sina egna tekniska anvisningar för hur växelriktare ska uppföra sig vid störningar i nätet.

MPPT: reglercentralen

En Maximum Power Point Tracker (MPPT) är oftast inbyggd i växelriktaren. Uppgiften är att – oavsett last eller väder – hela tiden ta ut så hög effekt som möjligt ur solcellsanläggningen.

Hur fungerar MPPT?

Elektrisk effekt är produkten av spänning och ström: P = U × I

Varje solcellsmodul har en egen karakteristisk kurva som beskriver sambandet mellan ström och spänning. Denna kurva påverkas av:

• Skuggning
• Temperaturförändringar
• Varierande solinstrålning

MPPT-enheten ”känner av” effektkurvan kontinuerligt. Den vanliga algoritmen ”Perturb and Observe” (störa och observera) fungerar i princip så här:

1. Spänningen höjs eller sänks lite (störning)
2. Förändringen i effekt mäts (observation)
3. Blev effekten högre? → fortsätt åt samma håll
4. Blev effekten lägre? → byt riktning

På så sätt hittar MPPT:n hela tiden den aktuella punkten med maximal effekt.

Förstå trefas

De europeiska – och svenska – näten använder inte bara enkel växelström utan trefassystem (trefas växelström). Det handlar om tre växelströmmar som är tidsförskjutna 120° i förhållande till varandra.

Varför trefas?

Verkningsgraden vid överföring av el blir betydligt bättre:

• Enfas växelström kräver 2 ledare
• Trefas kräver bara 3 ledare för ungefär tredubbel effekt

Tricket: De tre faserna balanserar varandra. När strömmen är som högst i en fas, flyter två strömmar med halva styrkan i de andra två faserna i motsatt riktning. Därför behövs ingen separat neutralledare för returström i rena överföringsnät.

Spänningsnivåer i Sverige

Nivå	Spänning	Användning
Stamnät	220–400 kV	Långväga överföring
Regionnät	40–130 kV	Regional distribution
Lokalnät (mellanspänning)	ca 10–20 kV	Lokala nät, industri
Lågspänning	400 V (trefas)	Hushåll och mindre fastigheter
Vägguttag	230 V (enfas)	En enskild fas av trefasnätet

Värdena kan variera något mellan olika nätägare, men principen är densamma i hela landet.

Enfas- eller trefasväxelriktare?

Valet mellan enfas- och trefasväxelriktare har stor betydelse för hur din anläggning fungerar i det svenska elnätet.

Enfasväxelriktare

En enfasväxelriktare omvandlar likströmmen till en enda växelströmsfas. Vanligt i mindre anläggningar.

Fördelar:

• Enkel uppbyggnad: Bara två ledare på AC-sidan (fas och neutral)
• Lägre kostnad: Enklare teknik ger lägre inköpspris
• Bra kompatibilitet: Många hushållsapparater använder bara en fas

Nackdelar:

• Begränsad effekt: I praktiken lämplig för mindre anläggningar
• Obalanserad last: Hög effekt på en fas kan ge snedbelastning i fastighetens elcentral
• Inte optimal för stora laster: Laddboxar för elbil och större värmepumpar kräver ofta trefas

I Sverige ställer nätägare krav på maximal tillåten snedbelastning mellan faserna. Därför kan de begränsa hur stor enfasproduktion som får anslutas per fas.

Trefasväxelriktare

En trefasväxelriktare omvandlar likströmmen till tre symmetriska växelströmsfaser. Det är standardvalet för större solcellsanläggningar i Sverige.

Fördelar:

• Högre möjlig uteffekt: Passar bättre för anläggningar från några kW och uppåt
• Bättre lastfördelning: Högre strömmar fördelas på tre faser
• Symmetrisk inmatning: Mer nätvänlig, minskar risken för snedbelastning
• Kompatibel med stora laster: Värmepumpar, laddboxar, spisar m.m. som går på trefas

Nackdelar:

• Högre kostnad: Mer komplex elektronik och fler komponenter
• Mer omfattande installation: Mer kabeldragning och fler skyddskomponenter i elcentralen

Rekommendation

Anläggningsstorlek	Rekommendation
Upp till ca 3 kW	Enfas kan räcka, beroende på nätägarens regler
3–6 kW	Val beroende på laster och nätägarens krav
Från ca 6 kW	Trefas rekommenderas i svenska villor
Med värmepump/laddbox	Trefasväxelriktare är i regel mest lämplig

Kontrollera alltid med ditt lokala nätbolag vilka gränser som gäller för enfasproduktion och hur stor solcellsanläggning som kan anslutas utan förstärkning av servis eller nät.

Likriktare och DC-vägar

När batterilager eller DC-koppling används omvandlar likriktare växelström tillbaka till likström. Det behövs till exempel när:

• Ett AC-kopplat batteri laddas från elnätet
• Överskottsel från nätet ska lagras till senare

Även här kan verkningsgrader på cirka 96–98 % uppnås. Förluster uppstår främst genom:

• Kopplingsförluster i effekthalvledarna
• Filtrering av övertoner

Moderna topologier minskar dessa förluster med hög switchfrekvens och optimerade filter.

S:et i mjukvara står för sol

Förutom hårdvaran är mjukvaran avgörande för hur solcellsanläggningen styrs. Programvaran fungerar som gränssnitt mellan solcellsmoduler, batteri, elmätare och användare.

Uppgifter för anläggningens mjukvara

• Reglering och styrning: Nära samspel med MPPT-funktionen
• Mätvärdesinsamling: Digital registrering och lagring av alla mätdata
• Datakommunikation: Informationsutbyte mellan växelriktare, batteri, energimätare och ibland nätägare
• Övervakning: Upptäckt av fel och effektförluster
• Kostnads- och produktionsberäkning: Produktionsprognoser och återbetalningstid
• Smart‑home‑integration: Koppling till hemautomation och laststyrning, t.ex. styrning av värmepump eller elbilsladdning efter solelproduktion

I Sverige används ofta timmätning och dynamiska elpriser. Genom smart styrning kan mjukvaran optimera när batteriet laddas och när större laster körs, för att utnyttja både solproduktionen och låga elpriser.

Kort om svenska regler, standarder och stöd kopplat till solceller

Även om växelriktare och kraftelektronik fungerar likadant i hela Europa, styrs installation och ekonomi av nationella regler.

Bygg- och energiregler

I Sverige regleras byggnaders energiprestanda av Boverkets byggregler (BBR), framför allt avsnitt 9 om energihushållning. För nya byggnader finns krav på:

• högsta tillåtna primärenergital (kWh/m² Atemp och år)
• god värmeisolering med U‑värden enligt BBR:s tabeller
• effektiv teknisk utrustning (värmesystem, ventilation m.m.)

Solceller räknas som en lokal energiproduktion som kan bidra till att uppfylla energikraven, men de ändrar inte kraven på klimatskalets isolering.

Beräkning av U‑värden och värmeflöden görs i Sverige enligt europeiska standarder som:

• SS‑EN ISO 6946 (värmemotstånd och U‑värden för byggnadsdelar)
• SS‑EN ISO 13790 / 52016 (energiprestanda, dynamiska beräkningar)

För dimensionering av värmesystem används ofta metoder baserade på SS‑EN 12831 (motsvarar tyska DIN EN 12831).

Elstandarder och anslutning av solceller

För själva solcellsanläggningen och växelriktaren är följande standarder och regelverk centrala i Sverige:

• SS‑EN 50549‑1: Anslutning av små produktionsanläggningar till lågspänningsnät
• SS‑EN 62109: Säkerhet för kraftelektronik i solcellssystem
• SS‑EN 62446: Krav på dokumentation, provning och drift av solcellsanläggningar

Nätägaren kan dessutom ha egna tekniska anvisningar för hur växelriktare ska vara inställda (t.ex. spännings- och frekvensgränser, reaktiv effekt, ö‑driftsskydd).

Energideklaration och energiklassning

Byggnader i Sverige ska energideklareras enligt Lag (2006:985) om energideklaration för byggnader. Deklarationen utförs av certifierade energiexperter och resulterar i:

• ett energiprestandavärde (kWh/m² Atemp och år)
• en energiklass från A till G

Solceller kan sänka byggnadens köpta energi och därmed förbättra energiklassen. Systemet liknar EU:s energiprestandadirektiv, men Sverige har egna gränsvärden och beräkningsregler via Boverket.

Stöd och ekonomiska incitament för solceller i Sverige

Det finns inga direkta statliga investeringsbidrag för solceller till privatpersoner längre, men flera ekonomiska styrmedel är viktiga:

• Grön teknik‑avdrag (skattereduktion)

  • Gäller installation av solceller, batterilager och laddboxar.
  • För solceller kan du få skattereduktion på 30 % av arbets- och materialkostnaden (taket och procentsatsen kan ändras över tid – kontrollera aktuella regler hos Skatteverket).
  • Avdraget görs direkt på fakturan av installatören.

• Skattereduktion för såld överskottsel

  • Privatpersoner som matar in solel på nätet får en skattereduktion på upp till 60 öre/kWh, upp till ett årligt tak (kontrollera aktuella nivåer hos Skatteverket).

• Ersättning från elhandelsbolag och nätägare

  • Du får betalt för såld el (spotpris eller avtalat pris) från elhandelsbolaget.
  • Nätägaren betalar ofta en mindre ersättning för minskade nätförluster (s.k. nätnytta).

• Stöd till energieffektivisering i flerbostadshus och lokaler

  • För vissa typer av renoveringar och energieffektiviseringsåtgärder kan det finnas statliga eller regionala stödprogram. Dessa riktar sig främst till fastighetsägare och företag och kan ibland kombineras med solcellsinvesteringar.

Regler och nivåer ändras över tid, så kontrollera alltid aktuella villkor hos Skatteverket, Energimyndigheten och din kommun innan du beslutar om investering.

Slutsats

Läs vidare: Batterilager: Hjälpen vid dåligt väder

Källor

• Innov Energy: Kleine Stromkunde
• Elettronew: Photovoltaik-Wechselrichter
• Elektronik-Kompendium: Warum 220 Volt?
• Optivolt: Ein- vs. dreiphasige Wechselrichter
• Peter Hofmann: Hybridfahrzeuge (Springer Vienna, 2010)
• Martin Doppelbauer: Grundlagen der Elektromobilität (Springer, 2020)