De flesta är bekanta med solpaneler. Att man med hjälp av kiselkristaller fångar solenergi och omvandlar till elektricitet är en teknik som funnits i många decennier. Men som med allt här i världen är inget så enkelt som det först verkar. I denna artikel ska vi försöka förklara tekniken på ett sätt som gör att du kan köpa den solpanel som bäst passar dina behov.
Av Stefan Janeld och Stig Forsberg
Solpanelers effekt anges i Watt. Om man delar Watt med Volt får man Ampère. En 100 W solpanel ger i ett 12 V system således 8,3 Ampère. Enkelt eller hur? Men icke. Jag tror alla som har en solpanel på husbilstaket kan vittna om att de aldrig fått ut så mycket ur sin panel.
Den Wattstyrka som anges på panelerna är teoretisk. Baserad på förhållanden som går att få i ett laboratorium.
De faktorer som spelar in är såklart ljusets styrka. Men även omgivande temperatur och ljusets infallsvinkel.
För att en solcell ska leverera effektivt ska det vara ljust och kallt. Men solen värmer. När det är som ljusast är det därför också som varmast. Det sänker panelens effektivitet.
Ta därför panelens effektangivelse med en nypa salt och förvänta dig inte den teoretiska effekten.
Solcell/solpanel
I denna artikel avser vi enskilda kiselceller när vi skriver solcell. När cellerna monterats ihop bildar de en solpanel. Jag nämner detta för att i dagligt tal kallar många solpaneler för solceller. Men det är tekniskt fel och eftersom detta är en teknisk artikel skiljer vi på begreppen.
I denna artikel skriver vi om paneler för fast installation. De tunnfilmspaneler som man tar fram vid behov fördjupar vi oss inte i. Men teorin är densamma.
Tekniken bakom
En solcell består av två skikt kisel. Ett positivt laddat och ett negativt. När det övre skiktet träffas av ljus börjar elektroner röra sig mellan de två plattorna. En del av dessa elektroner fångas i en krets från vilken likström hämtas och leds in i batteriet via en regulator. Hur många som fångas är måttet på cellens verkningsgrad. Vanligt är verkningsgrader på ca 15-20%. Det finns alltså utrymme för förbättring och det jobbas det hårt med i laboratorier världen över.
I vissa tunna paneler används ibland andra material än kisel för att göra en solcell. Vanligen en mix av koppar, Indium, Gallium och Selen. Ibland även Kadmium. Principen är densamma som för kiselceller. Två skikt med positiv respektive negativ laddning mellan vilka elektroner rör sig när ljus träffa cellen.
Olika typer av kiselkristaller
Solceller finns i två huvudsakliga versioner. Monokristallina och polykristallina. Mono betyder som bekant en. Så en monokristallin solcell består av en kiselkristall.
Poly betyder flera. Polykristalina solceller består alltså av flera kiselkristaller som smälts ihop.
I monokristallina celler har elektronerna mer utrymme att röra sig och det innebär ett lägre motstånd. Vilket översatt blir en effektivare laddning. Monokristallina solceller är därför effektivare.
Varför tillverkas i så fall polykristallina solceller kanske du undrar? Helt enkelt för att de är billigare att tillverka.
Om du är osäker på om en solpanel består av mono- eller polykristallina celler kan färgen på cellerna vara en ledtråd. Monokristallina celler är mörkare, svarta, medan polykristallina celler är blå i tonen.
Hur stor skillnaden är varierar från panel till panel. Det finns olika kvaliteter på paneler. Det är ju mer än själva kiselkristallerna som ska fungera för att strömmen ska nå batteriet.
Om man tar själva kiselcellen så anges monokristallina celler ha en verkningsgrad på ca 21%. Polykristallina 17%. Nu är dessa värden väldigt teoretiska och bygger på en solinstrålning med 0° vinkel och en temperatur på 25 grader. Om infallsvinkeln ändras eller temperaturen ökar sänks verkningsgraden.
Seriekopplade celler
För att få upp panelerna spänning (volt) seriekopplar man de enskilda cellerna. En enskild cell genererar mellan 0,5 och 0,6 volt. Så en 12 volts panel behöver byggas upp av minst 24 celler. Ofta används fler. Många paneler har en nominell spänning över 20 volt. Panelens spänning regleras sedan av en regulator till 12V eller 24V beroende på vilket system som används i husbilen.
Om man har flera paneler är det minst risk att något går fel om man parallellkopplar dem. Då bibehålls spänningen men strömmen ökar. Om man seriekopplar panelerna ökar spänningen, då gäller det att inte seriekoppla fler paneler än regulatorn klarar av. De flesta regulatorer klarar spänning på upp till 48 volt. Ska man reglera högre spänning behövs en regulator som klarar det.
För att få önskad effekt ur panelen måste man använda tillräckligt stor yta med solceller. Kiselceller genererar 28-40 milliampère per kvadratcentimeter.
Glaspanel eller limmad tunn panel?
Historiskt har de tjockare glaspanelerna varit effektivare än de tunna panelerna som man limmar fast. Skillnaden har minskat med åren och idag är de bästa tunna panelerna jämförbara med de i glas.
De tunna panelerna har fördelen att man kan gå på dem när man tvättar taket. Ingen snubbelrisk. Det är svårt att få rent under glaspanelerna. Kan vara nog så irriterande. Saker som är värda att ta i beaktande när man väljer panel.
Andra saker som påverkar en solpanels prestanda
Det som avgör en panels effektivitet, förutom typen av kiselkristaller i solcellerna, är hur mycket solljus den reflekterar, hur väl den kyler sig själv, de interna kopplingarna.
Alla paneler har en matt yta. Detta för att inte reflektera solljuset. Om det reflekteras innan det når kiselcellen omvandlas det ju inte till energi. Kvaliteten på denna yta, hur matt den är och hur mycket ljus den släpper igenom är viktigt. Med detta i åtanke förstår ni alla att det också är viktigt med rena solpaneler.
Men alla paneler reflekterar ändå solljus. Från ytskiktet och från själva solcellen. För att minska det reflekterade ljuset maximalt finns paneler vars yta återreflekterar en del av solljuset. Det kan ske genom en extra ytbehandling eller att man inkluderar det i ytskiktet. Det senare är att föredra eftersom man inte sliter på skiktet när man tvättar panelen.
Tro nu inte att denna teknik gör någon drastisk skillnad.
Tillverkarna själva anger att verkningsgraden ökar med ca 5%. Då menas inte 5% av panelens angivna effekt, utan 5% av panelens verkningsgrad. Om panelen har 20% verkningsgrad är det 5% av dessa 20% som avses.
Som i alla tillverkningsprocesser varierar de individuella solcellernas förmåga att leverera ström. De sammansatta solpaneler som klassas högst har en låg avvikelse mellan de olika cellerna, cirka +/- 2-3 %. Urvalsprocessen gör att dessa paneler kostar mer.
Solpaneler med celler med högre avvikelser är billigare, det kan förekomma upp till +/- 10 %. Detta är en orsak till att priserna kan variera. Skillnaden är trots allt så pass marginell att det inte finns någon större anledning att jaga de allra dyraste. Varför betala upp till 50% mer för en panel som är ett fåtal procent bättre.
En panel som limmas direkt på ett tak har sämre förutsättningar att kyla sig än en panel som monteras med fästen som skapar en luftspalt under panelen. Det finns olika sätt att kompensera för detta. Kan vara värt att titta på när du väljer panel.
Det svåraste att själv kontrollera är de interna kopplingarna. Här får man förlita sig på att tillverkaren inte fuskat. Det bästa, och vanligaste, är att man använder silver för att leda ut elektronerna ur solcellerna. Men man kan snåla på silvret vilket ökar förlusterna. Man kan även använda metaller som leder sämre än silver, som koppar eller nickel.
Uppbyggnad
När tillverkarna beskriver uppbyggnaden av sina paneler svänger de sig med en mängd olika termer. Ofta olika för varje tillverkare. Inte sällan är materialen unika eller till och med patenterade. Men de fyller samma grundläggande funktioner hos alla tillverkare.
På tunna paneler används ofta någon form av plast som översta lager, en polymer, eftersom det är reptåligt och tillåter att man kan kliva på panelen. Men man ska vara försiktig med detta, man kan fortfarande repa ytan och försämra dess antireflekterande egenskaper. En liten sten som fastnat i sulan på skon kan trycka till en solcell och förstöra panelens funktion. Själva solcellerna kapslas in för att skyddas och hållas på plats. Under solcellerna används material som leder bort värme och som ger panelen stadga. Inte sällan samma material som man använder till kretskort, det brukar benämnas PCB – ”Printed Curcuit Board”. Tunna paneler har ofta en viss flexibilitet och kan böjas en aning. Men inte mycket. Kiselcellen kan få microsprickor och med tiden slutar panelen fungera.
Glaspaneler har en ram som håller de olika lagren på plats. Överst ett antireflexglas som släpper genom så mycket ljus som möjligt. Därefter solcellerna i sitt inkapslande skyddsmaterial. Behovet av exklusiva material som leder bort värme är inte lika nödvändigt på glaspaneler eftersom de ventilerar väl. På vissa paneler används även glas på undersidan, detta för att ge extra styvhet och mekanisk hållbarhet.
Förväntad livslängd
Man kan minst förvänta sig att en solpanel efter 20 år har 80% av sin effekt kvar. Paneler av hög kvalitet kan hålla betydligt längre och behålla nästan hela sin effektivitet i 30 år eller mer.
Nu är livslängd kanske inte en avgörande faktor när man köper solpanel till husbil. Inte många behåller sin husbil i 20 år eller mer. Men kvalitet är alltid en fördel.
Det som oftast påverkar panelers livslängd är:
- Microsprickor – Uppstår av spänningar i kiselcellen orsakade av temperaturskillnaderna cellen utsätts för. Eller om man böjt en tunn panel mer än den tål.
- UV skador – Kiselcellerna tål UV-Ljus. Men plastdetaljer i panelerna åldras. Många paneler har undersida i plast som ska avleda värme och hjälpa till att kyla panelen. När denna egenskap försämras tappar panelen effektivitet.
- Missfärgning av cellerna – Enskilda celler kan bli brunfärgade eller få en gul ton. Den kommer sig av att man i panelerna använder UV stabiliserande kemikalier i de skikt man använder för att kapsla in cellerna. Med tiden kan dessa kemikalier förlora sin effekt på grund av UV strålning eller att de reagerar med andra kemikalier som används när man behandlar glaset eller de enskilda cellerna. Främst ett problem i paneler av lägre kvalitet.
Summering
Nu snurrar det kanske i skallen på er. Låt mig förenkla det hela till tre konkreta råd.
- 1: Om du använder husbilen huvudsakligen på sommaren och inte fricampar mer än en dag eller två är det troligen mest ekonomiskt att köpa en billigare solpanel, kanske med polykristallina celler (dock ovanligt idag). Visar det sig att den är för klen kan du till en inte allt för hög kostnad utöka med ytterligare en panel.
- 2: Du som vill kunna fricampa i flera dagar bör välja en lite exklusivare panel med högre verkningsgrad. En monokristallin panel. Gärna med god avkylning. Glas eller tunn spelar ingen större roll annat än för viktbesparingen en tunn panel ger och enkelheten att hålla rent.
- 3: Om du har en husbil med kompressorkyl, dieselvärmare och/eller fricampar långa tider. Då är det en exklusiv panel med monokristallina celler, bra avkylning, återreflekterande yta och hög byggkvalitet som gäller. Så kallade PERC paneler är ett bra val. Se beskrivning av PERC i ordlistan.
OBS! Förutom panelen är det viktigt att du har rätt dimensionerad kabel mellan batteri och panel samt att du har en bra regulator så du får ut max av din panel. Ingen laddare är bättre än den svagaste delen i laddkedjan.
Ordlista
När man undersöker solpanelsmarknaden stöter man på en hel del ord och förkortningar som är svåra att förstå. De vanligaste har vi förklarat i texten. Men det finns fler som du kan stöta på.
Albedo – Mått på hur mycket av ljuset som reflekteras. Mäts 0-1. Vid 0 reflekteras ingenting, vid 1 reflekteras allt ljus. Ju lägre Albedo värde desto mer ljus kommer panelen tillgodo.
AM – Air Mass. Solljuset som når panelen passerar jordens atmosfär. Vilken vinkel ljuset kommer med påverkar hur mycket atmosfär det passerar. I atmosfären finns partiklar som påverkar ljuset. AM=0 betyder att ljuset inte passerat atmosfären. AM värdet används vid testning för att kunna jämföra olika paneler.
ARC – Anti Reflective Coating. Översta lagret som förhindrar att solljuset reflekteras bort från solcellerna i panelen.
NOCT – Nominal Operating Cell Temperature. Ett mer verklighetsnära sätt att testa solpaneler. 800 w/m2 solstrålning, 20°C lufttemperatur, 45°C celltemperatur, air mass 1,5, vindhastighet 1m/s.
PERC – Passivated Emitter and Rear Cell. En teknik som möjliggör att panelen fångar mer av solenergin genom att släppa igenom värmeenergi och återreflektera ljus som inte nått kiselcellen.
PV – PhotoVoltaic. Principen för solpaneler kallas så. Photo är ljus, Voltaic är spänning. Termen används för att beskriva förvandlingen av ljus till spänning som i sin tur ger upphov till ström. Olika stor beroende på belastning av cellen.
STC – Standard Test Conditions. Hur man testar solpaneler. 1000 w/m2 solstrålning, 25°C celltemperatur och en Air Mass på 1,5.
Mer i ämnet
När du ändå läser om laddning via solpaneler kan det vara värt att även läsa om laddning och batterier i allmänhet. Solpanelen är ju bara en länk i laddningskedjan. Här är några artiklar värda att läsa. Klicka på bilderna för att komma till respektive artikel.
