Inledning: Solenergi i en halvledare

Solcellsanläggning, solpanel eller solcell – alla orden utgår från ”solar”, som kommer från latinets solaris och betyder ”som rör solen”. De varma solstrålarna från vår stjärna har, utöver sin livsviktiga betydelse, också en stor teknisk potential.

Kärnan i varje solcellsanläggning (PV‑anläggning) bygger på samma princip: ljusenergi omvandlas direkt till elektrisk energi. Det fungerar eftersom särskilda halvledarmaterial som kisel kan frigöra elektroner när de belyses. I den här artikeln går vi igenom hur processen faktiskt går till.

Fotovoltaisk effekt: grunden

Vid den fotovoltaiska effekten slår infallande fotoner (ljuspartiklar) loss elektroner från sina bundna banor i atomerna, under vissa materialförhållanden. Men hur blir ljus till användbar el? Här kommer P‑N‑övergången in i bilden.

Vad är en P‑N‑övergång?

P‑N‑övergången beskriver gränszonen mellan två olika halvledarmaterial med särskilda ledningsegenskaper. Denna zon skapas genom så kallad dopning – att man medvetet tillsätter främmande atomer i kisel:

• P‑dopat kisel (t.ex. med bor): Har tomma elektronplatser och fungerar som den positiva sidan (acceptoratomer)
• N‑dopat kisel (t.ex. med fosfor): Har överskott på elektroner och fungerar som den negativa sidan (donatoratomer)
• Rymdladdningszon (depletionszon): I gränsen mellan P‑ och N‑området uppstår ett elektriskt fält som ansvarar för laddningsseparationen

De fria elektronerna vid gränsen i N‑materialet vandrar över till de tomma elektronplatserna i P‑materialet. Därigenom byggs ett elektriskt fält upp i gränszonen.

Från foton till spänning: processen steg för steg

Med följande steg kan hela vägen från foton till volt beskrivas:

1. Foton träffar gränszonen: En ljuspartikel når P‑N‑övergången eller området intill
2. Elektron frigörs: Fotonen överför sin energi till en elektron som lossnar från atomen och lämnar efter sig ett positivt laddat ”hål”
3. Laddningarna separeras: Det elektriska fältet i rymdladdningszonen driver elektroner mot N‑sidan och hål mot P‑sidan
4. Spänning uppstår: Genom den rumsliga separationen av laddningarna byggs en användbar elektrisk spänning upp
5. Ström flyter: Ansluts en förbrukare börjar elektrisk ström att flyta – hushållsapparater, värmepumpar eller andra laster kan drivas

Einstein och den fotoelektriska effekten

Albert Einstein fick inte Nobelpriset för den berömda relativitetsteorin med formeln E=mc², utan för förklaringen av den fotoelektriska effekten år 1921. Den fotovoltaiska effekten är ett specialfall av den fotoelektriska effekten.

Utan Einsteins insikter hade modern teknik som smarta telefoner, internet, mikrochip och just solcellsanläggningar inte varit möjlig i den form vi känner i dag.

Viktiga nyckeltal för en solcell

Modulverkningsgrad

Verkningsgraden anger hur stor del av den infallande solenergin som faktiskt omvandlas till elektrisk energi:

• Monokristallina moduler: 18–24 % (högst verkningsgrad)
• Polykristallina moduler: 15–20 % (bra balans mellan pris och prestanda)
• Tunnfilmsmoduler: 8–15 % (lätt integrerade, flexibla användningar)
• Experimentella celler: Upp till cirka 47 % i laboratoriemiljö (tandemsolceller)

Som jämförelse omvandlar en gammal glödlampa bara runt 5 % av energin till ljus – resten förloras som värme.

Temperaturkoefficient

När modultemperaturen stiger sjunker spänningen och därmed effekten. Typiska värden:

• Vid 1 °C högre temperatur minskar effekten med ungefär 0,3–0,5 %
• Vid 40 °C modultemperatur i stället för 25 °C (standardtestförhållande) förlorar en modul redan cirka 4,5–7,5 % i effekt

Skuggning och bypassdioder

Delvis skuggning av en modul minskar strömmen kraftigt – inte bara i proportion till den skuggade ytan. Bypassdioder begränsar dessa förluster genom att ”förbikoppla” skuggade cellsträngar.

Materialval i överblick

Teknik	Verkningsgrad	Fördelar	Nackdelar
Monokristallin	18–24 %	Högst verkningsgrad, lång livslängd	Högre kostnad
Polykristallin	15–20 %	Lägre pris, beprövad teknik	Något lägre verkningsgrad
Tunnfilm	8–15 %	Flexibel, lätt, tåligare mot skuggning	Lägst verkningsgrad

Slutsats

Nästa steg: Uppbyggnad av en solcellsanläggning: från modul till inmatning

Källor och vidare läsning

• Elektronik-kompendium: Halvledare och dopning
• LeifiPhysik: Kiselbaserade solceller
• HTW Berlin: Effektivitetsguide för PV-lagringssystem
• Solarwissen: Dopning enkelt förklarat

---

Beräkna solelproduktionen nu

Vår kostnadsfria solkalkylator beräknar med aktuella PVGIS‑data den förväntade elproduktionen, egenanvändningen och lönsamheten för din solcellsanläggning.

→ Till solkalkylatorn