Verkningsgrad för solceller

I takt med att tekniken för solceller ständigt förbättras har även verkningsgraden för solceller ökat kraftigt bara de senaste 10 åren. I denna artikel går vi allt om solcellers effektivitet – förr, nu och i framtiden.


Vad betyder verkningsgrad?

Verkningsgrad är en storhet som anger hur stor andel av tillförd energi som blir nyttiggjord. Vad gäller verkningsgrad för solceller brukar man mena hur stor del av den solenergi som träffar solpanelerna som omvandlas till solel.

Verkningsgrad räknas ut genom att dela tillförd energi (solinstrålning) med nyttoenergin (utvunnen solel).

Det är värt att notera att verkningsgraden för solceller inte är samma sak som verkningsgraden för solpaneler. En solpanels funktion bygger på flera mindre solceller i en seriekoppling. I en solpanel finns det tomrum mellan solcellerna, samt ”döda ytor” såsom ramen till solpanelen som inte genererar någon elektricitet. Av den anledningen är verkningsgraden för solpaneler lägre än för individuella solceller.

Vilken verkningsgrad har solpaneler?

Verkningsgraden för kommersiella solpaneler är generellt sett 15 – 20 %, vilket i praktiken innebär att 15 – 20 % av all solenergi som träffar solpanelens yta omvandlas till solel. Däremot kan solceller i laboratorieförhållanden uppnå verkningsgrader över 40 %.
Verkningsgraden för solceller mäts under Standard Test Conditions, vilket bla. innebär en celltemperatur på 25° Celsius och 1 000 W/kvm solinstrålning.

Solceller med högst verkningsgrad

Den solpanel med högst verkningsgrad som säljs kommersiellt är Sunpower X22 som har en verkningsgrad på 22,8 %. Den högsta verkningsgrad som någonsin uppmäts för solceller är 47,1 %, vilket sattes vid laboratoriet National Renewable Energy Laboratory i Colorado, USA.

Exempel på solpaneler med hög verkningsgrad 

Nedan hittar du en tabell (uppdaterad Augusti 2020) med några av de solpaneler med högst verkningsgrad som tillverkas och säljs kommersiellt till privatpersoner. Notera att även fast dessa solpaneler har högst verkningsgrad är de nödvändigtvis inte de bästa solcellerna, eftersom bland annat att kvalité och pris på solcellerna även måste tas i beaktan.

Tabellen innehåller endast solpaneler med dimensioner anpassade för privatbostäder, ca 1700 mm x 1000 mm.
Tillverkare Modellserie Verkningsgrad
Sunpower X22 22,80 %
REC Solar Alpha Series 21,70 %
LG Solar High NeON R 21,70 %
Longi solar LR6-60OPH 20,6 %
Solaria PowerXT 20,50 %
Canadian Solar HiDM 20,46 %
JinkoSolar Cheetah HC 60M 20,45 %
Panasonic N340 HIT 20,30 %
Silfab SLA-HC 20,00 %

Solcellers effekt per kvm (W/m2)

Kommersiella solpaneler för privatpersoner har ofta en area på ungefär 1.7 m², och en effekt i spannet 280 – 340 Watt per panel. Det innebär att solpaneler har en effekt på upp till 200 Watt per kvadratmeter (m²).  En kvadratmeter med solpaneler producerar i sin tur ca 200 kWh per år i Sverige.

Vilken verkningsgrad och Watt per kvadratmeter en solpanel har hör ihop. I grafen nedan kan du se sambandet mellan verkningsgrad och effekt per kvadratmeter för en solpanel med arean 1.7 m².

Verkningsgraden kan variera

Även om solceller fungerar bra på de flesta hustaken, så är dess prestanda beroende på ett par faktorer. Bland annat fungerar solceller bäst när de:

  • Monteras i söderläge
  • Har en lutning på 15 – 45 grader
  • Inte är täckta av snö, smuts eller skugga

Värt att notera är dock att solceller i öst producerar mer elektricitet på morgonen, och solceller i öst mer på eftermiddagen. Under dessa tider är elförbrukningen är högre. Det medför att egenanvändningen av solelen ökar, vilket delvis kompenserar för en något lägre produktion.

Vill du läsa mer om hur montering påverkar solcellers produktion kan du titta på vår artikel om lutning och väderstreck.

Resultat i labb och verkligheten

95 % av de solceller som säljs globalt är tillverkade av kisel, däremot finns det olika typer av kisel-solceller.

Monokristallina solceller: För dessa solceller är verkningsgraden högre i jämförelse med de polykristallina solcellerna, men så är även priset. År 1985 hade de monokristallina solcellerna en maximal procentuell verkningsgrad om 19 %. Den verkansgrad som är aktuell år 2020 i labbmiljö är 27,6 %.

Verkningsgraden för masstillverkade monokristallina solceller uppgår i genomsnitt till cirka 19 %.

Polykristallina solceller: År 1984 motsvarade maxeffekten 14 %, och idag, omkring 25 år senare, är verkningsgraden nästan fördubblad. Verkningsgraden för polykristallina solceller är idag 26,1 % i labbmiljö, medan verkningsgraden för de masstillverkade polykristallina solcellerna uppgår till cirka 17 %.

Tunnfilmssolceller: Dessa solceller har en blygsam verkningsgrad, som endast uppgår till cirka 9 % på taket. I labbmiljö har de dock briljerat; redan år 2002 uppgick verkningsgraden till 15 %, och år 2020 var den som högst uppmätt till 21.2 %.

Den tabell som återfinns nedan visar hur verkningsgraden för monokristallina och polykristallina kiselsolceller förändrats från 70-talet fram till år 2020. Som du själv ser kan en procentuellt stor skillnad i maxeffekt urskiljas mellan 1990 till år 2000, men även från 2015 till 2020.

LÄS MER: Lönsamhet och återbetalningstid för solceller

Nya effektiva solceller i framtiden

Solcellernas och solpanelernas effektivitet lär fortsätta att öka inom de kommande åren. De industriföreträdare och forskare som är en del av den tyska marknadsorganisationen ITRPV menar att verkningsgraden för masstillverkade solcellspaneler bör vara ungefär 20 % år 2027.

Samtidigt uppger dem att de mer påkostade solpanelerna bör uppnå maximal verkningsgrad upp mot 26 %. Dessa spekulationer kan jämföras med dagens toppnivåer för masstillverkade solpaneler, som motsvarar runt 17 % för enklare paneler och 20 – 21 % för premiumpaneler.

Solcellsprofessorn Marika Edoff menar att de masstillverkade budgetpanelerna bör ha en maxeffekt om 21 % om 10 år, samt att premiumpanelerna bör ha en maximal verkningsgrad uppemot 28 % vid samma tidpunkt. Hon påpekar dock att flerskiktssolceller, som består av både kisel samt perovskit, måste kunna masstillverkas för att hennes framtidsprofetia ska visa sig vara träffsäker.

Maxgränsen för framtidens solceller

Den teoretiskt maximala verkningsgraden för kisel-solceller är cirka 30 %. En verkningsgrad över den nivån är omöjlig eftersom solljus innehåller ett flertal våglängder, och kisel-solceller endast kan endast konvertera en begränsad del av solinstrålningens spektrum till solel.

De solceller som klarar av att omvandla mer än 30 % av instrålningen till växelström består av flera ljusabsorberande skikt som kan nyttja fler våglängder. Solceller som lyckas med denna bedrift har uppnått en verkningsgrad om 47 % i labbmiljö, men någon massproduktion av dessa solceller kommer inte att bli aktuell på många år.

Viktigt att verkningsgraden utvecklas

Solcellernas effektivitet har ökat under senare år, men som med det mesta finns det kvar en viss förbättringspotential även hos nya, effektiva solceller. Detta är positivt ur miljösynvinkel då en mer effektiv solcellsteknik kan konkurrera ut befintliga och mindre hållbara energislag såsom kol, olja och gas.

En gissning vi på HemSol har är att soltak (solcellstakpannor) kommer att bli mer vanligt i framtiden och till viss del ersätta traditionella solpaneler för solcellsinstallationer till villor.

STC – Standard Test Conditions

Solcellernas verkningsgrad anges procentuellt, och mäts enligt Standard Test Conditions (STC). STC har tre kriterier:

  • Solinstrålningen är 1 000 W per kvadratmeter med 0 graders infallsvinkel
  • Solcellstemperaturen är 25 grader Celsius
  • ”Air mass”, eller luftmassan, ska ha ett värde om 1,5 (AM 1.5).

Det sistnämnda begreppet, air mass, beskriver den längd som solljus färdas genom jordens atmosfär. Ett air mass-värde på 1 skulle innebär att solen står i zenit och således även att solljuset färdas den kortaste möjliga sträckan till jordens yta genom atmosfären. Detta kan inte inträffa i Sverige, där solljuset alltid har viss infallsvinkel och därmed även ett AM-värde större än 1.

De STC-parametrar som används för solceller är en rättvis standard för de förhållanden som när solcellernas effekt ska testas i labbmiljö. Däremot är dessa förhållanden aningens missvisande för det klimat som är aktuellt i Sverige. Till exempel kan solcellstemperaturen uppgå till uppemot 80 grader under sommaren, vilket innebär att solcellernas verkningsgrad är lägre jämfört med STC-förhållandena.

Vanliga frågor om verkningsgrad för solceller

Vilken verkningsgrad har solceller i Sverige?

De solceller som är populära i Sverige har normalt ca 17 – 19 % i verkningsgrad. Monokristallina solpaneler har ofta runtomkring 19 % i verkningsgrad, medans polykristallina solpaneler har något lägre verkningsgrad på ungefär 17 %.

Är en högre verkningsgrad alltid bättre?

En hög verkningsgrad innebär att en solpanel är effektiv på att omvandla solljus till elektricitet. Det är dock viktigt att man också inkluderar priset i ekvationen eftersom att solpaneler ofta är en investering.

Den solpanel som har den högsta verkningsgraden är därför inte alltid det bästa valet.