Hur fungerar solceller? Fysiken, celltyperna och elen de ger i Sverige

En solcell gör om ljus direkt till el utan rörliga delar, bränsle eller ljud. Bakom det enkla resultatet finns halvledarfysik där varje foton som träffar kislet kan slå loss en elektron. Här går vi igenom hur den fotovoltaiska effekten fungerar steg för steg, vilka celltyper som finns, hur höga verkningsgrader dagens rekord når och hur mycket el en panel ger på ett svenskt tak.

Hur fungerar solceller? Den korta förklaringen

Solljus består av fotoner, små energipaket. När en foton med tillräckligt mycket energi träffar en halvledare som kisel kan den slå loss en elektron från sin plats i kristallen. I cellen finns ett inbyggt elektriskt fält som skickar de lösa elektronerna åt ett håll. Kopplas en ledning mellan cellens ovansida och undersida flyter en ström som kan driva en lampa eller ett helt hus.

Energin som når jorden är enorm. Solinstrålningen motsvarar ungefär 10 000 gånger människans samlade energianvändning, enligt Greenpeace. Utmaningen är att fånga en så stor del av den som möjligt till en rimlig kostnad.

Den fotovoltaiska effekten steg för steg

Fenomenet kallas den fotovoltaiska effekten. Processen kan delas upp i fyra steg.

1. Ljuset absorberas. Fotonen tas upp i halvledaren och lämnar över sin energi till en elektron.
2. Ett elektron-hål-par bildas. Elektronen lämnar sin plats och efterlämnar ett hål, en saknad elektron som beter sig som en positiv laddning.
3. Fältet sorterar laddningarna. Nära p-n-övergången, gränsen mellan cellens två olika dopade skikt, finns ett elektriskt fält. Det skickar elektronerna mot ena sidan och hålen mot den andra.
4. Strömmen tas ut. Elektroderna på cellens ovan- och undersida samlar upp laddningarna. Med en last inkopplad flyter likström genom kretsen.

Ekonomifakta beskriver kiselcellen som tre zoner: en negativ ovansida, ett neutralt mellanskikt och en positiv undersida. Spänningen uppstår mellan ovan- och undersidan.

Bandgapet avgör vilket ljus som duger

Alla fotoner kan inte användas. En halvledare har ett bandgap, den minsta energi som krävs för att lyfta en elektron fri. För kristallint kisel är bandgapet 1,1 elektronvolt och för amorft kisel 1,7 elektronvolt. Fotoner med lägre energi passerar utan att göra nytta. Fotoner med kortare våglängd bär mer energi, men överskottet över bandgapet blir värme i stället för el.

Därför finns ett teoretiskt tak. En cell med ett enda skikt och optimalt bandgap kan som mest nå 33,16 procent enligt den så kallade Shockley-Queisser-gränsen. För kisel ligger taket nära 29,43 procent. Vill man förbi gränsen behövs flera skikt som tar vara på olika delar av spektrumet.

Från cell till el i huset

En enskild cell ger låg spänning, så många celler kopplas ihop till en panel. Panelerna monteras på tak eller mark och kopplas ihop till en anläggning. Cellerna ger likström, men hushållet och elnätet använder växelström. Växelriktaren gör om likströmmen till växelström och optimerare söker hela tiden den punkt där produkten av spänning och ström ger störst effekt. Den el som inte används direkt i huset går ut på nätet eller kan laddas i ett hembatteri.

• Panel. Celler som kopplats ihop bakom glas i en ram.
• Växelriktare. Gör om likström till växelström och byts normalt en gång under anläggningens livstid.
• Montage. Skenor och fästen som håller panelerna i rätt vinkel.
• Elmätare. Mäter både köpt och såld el.

Panelens effekt anges i watt-topp. Siffran gäller vid standardtestvillkor: instrålning på 1 000 watt per kvadratmeter, ett ljusspektrum nära AM1.5 och en celltemperatur på 25 grader. Ute på taket är förhållandena nästan alltid sämre.

Celltyper: kisel, tunnfilm, perovskit och tandem

Kristallint kisel står för omkring 98 procent av världens solcellsproduktion. Under mitten av 2000-talet dominerade polykristallint kisel lågprissegmentet, men monokristallint har tagit tillbaka marknaden tack vare högre verkningsgrad. Skivor av n-typ har i dag omkring 82 procent av marknaden och har gått förbi p-typ, enligt branschrapporten ITRPV som pv magazine refererade i juni 2026. Globalt levererades ungefär 706 gigawatt moduler under 2025.

Tunnfilm görs av amorft kisel, kadmiumtellurid eller CIGS. CIGS har den högsta verkningsgraden bland kommersiella tunnfilmer, omkring 20 procent, medan kadmiumtellurid konkurrerar med kisel i kostnad per watt. De flesta perovskitvarianter håller ännu inte länge nog i drift för bred kommersialisering.

Hur hög verkningsgrad har solceller?

Kommersiella kiselmoduler har på tio år gått från omkring 17 procent till strax under 25 procent i toppen, enligt Fraunhofer ISE. Ekonomifakta anger 18-23 procent för kristallint kisel och 10-18 procent för tunnfilm som typiska värden. Skillnaden mot labbrekorden är stor. En rekordcell är liten och tillverkad under perfekta förhållanden, medan en modul består av många celler som ska fungera ute i väder och vind i årtionden.

Tandemcellerna slår rekord

I en tandemcell ligger en perovskitcell ovanpå en kiselcell. De två materialen tar vara på olika våglängder, vilket lyfter verkningsgraden över gränsen för ett enda skikt. Det teoretiska taket för perovskit på kisel ligger kring 43 procent.

1. Sep 2023Fraunhofer ISE och AMOLF når 36,1 procent med en cell där två skikt av III-V-material ligger ovanpå kisel.
2. Nov 2023LONGi når 33,9 procent med perovskit-kisel-tandem.
3. Jun 2024Rekordet höjs till 34,6 procent.
4. Apr 202534,85 procent, certifierat av NREL.
5. Jul 2026LONGi når 35,5 procent, certifierat av EU:s testinstitut ESTI.

Hur mycket el ger solceller i Sverige?

En solcellsanläggning i Sverige ger ungefär 800-1 100 kilowattimmar per installerad kilowatt och år om den är riktad rakt mot söder med 30-50 graders lutning och aldrig skuggas, enligt Energimyndigheten. Mellan olika år kan produktionen skilja omkring 10 procent upp eller ner jämfört med ett medelår.

Instrålningen i Sverige motsvarar ungefär den i norra Tyskland och produktionen är störst mellan mars och oktober. Energimyndighetens Solelportalen har solkartor och kalkyler för den som vill räkna på sitt eget tak. Mer om hur intresset växer finns i artikeln om att allt fler svenskar vill köpa solceller.

År 2025 fanns 314 579 nätanslutna solcellsanläggningar i Sverige och den samlade effekten var omkring 5,5 gigawatt enligt Energimyndighetens statistik. Solelen uppgick till 4,1 terawattimmar enligt Ekonomifakta, 2,4 procent av elproduktionen. Energimyndighetens scenarier landar på 13-19 terawattimmar år 2060. Utvecklingen år för år beskrivs i artikeln om hur solelen växer stadigt i Sverige och hur solen står sig mot andra energikällor.

Varför kyla hjälper och skugga stjälper

Många tror att solceller fungerar sämst i kyla. Det motsatta gäller. Verkningsgraden sjunker med omkring 0,45 procent för varje grad cellen värms upp, så en kall och klar vårdag kan ge mycket el. Snö och is på panelerna blockerar ljuset.

Skugga är värre än de flesta räknar med. Produktionen sjunker snabbt även om bara en liten del av anläggningen skuggas. Mest skada gör skugga mellan klockan 10 och 15 sommartid, enligt Vellinge kommuns solcellshandbok. Lutning spelar mindre roll: allt mellan 20 och 65 grader fungerar. Ofta anges 30-45 grader som bäst på svenska villatak.

Hur länge håller solceller?

Den ekonomiska livslängden brukar anges till 25-30 år, men cellerna kan fortsätta producera längre med gradvis lägre effekt. Forskare vid NREL har gått igenom nästan 2 000 uppmätta värden från omkring 40 års fälttester och kom fram till en medianförsämring på 0,5 procent per år. Med den takten finns omkring 88 procent av effekten kvar efter 25 år. Tillverkarnas effektgarantier lovar oftast minst 80-85 procent efter 25-30 år.

Energin som gick åt att tillverka panelen är tillbaka efter ungefär ett år beroende på plats, enligt Fraunhofer ISE. Resten av livslängden ger el med mycket låga utsläpp.

Solcellens historia i korthet

1. 1839Edmond Becquerel, 19 år, bygger den första fotovoltaiska cellen.
2. 1876Adams och Day visar den första cellen i fast material.
3. 1883Charles Fritts bygger en selencell med omkring 1 procents verkningsgrad.
4. 1954Den första praktiska solcellen visas vid Bell Laboratories.
5. 1958Solceller sitter på satelliten Vanguard I.
6. 2026Fraunhofer ISE anger 27,9 procent som labbrekord för en kiselcell.

Kopplingen mellan solel och resten av elsystemet går att följa i realtid på sidan elsystemet just nu, där produktionen visas per elområde. Där syns hur solelen växer under ljusa dagar och försvinner på kvällen.

Vanliga frågor

Hur fungerar en solcell enkelt förklarat?

Ljus slår loss elektroner i kislet. Det elektriska fältet vid p-n-övergången skickar dem åt ett håll och det blir likström.

Fungerar solceller när det är molnigt?

Ja, men produktionen sjunker. I Sverige är den högst mellan mars och oktober.

Hur mycket el ger 1 kW solceller i Sverige?

Ungefär 800-1 100 kWh per år vid söderläge och 30-50 graders lutning utan skugga.

Vilken verkningsgrad har solpaneler?

De bästa kommersiella kiselmodulerna ligger strax under 25 procent. Ekonomifakta anger 18-23 procent som typiskt för kristallint kisel.

Är kyla dåligt för solceller?

Nej, kyla höjer verkningsgraden. Värme sänker den med omkring 0,45 procent per grad.

Hur länge håller solceller?

Den ekonomiska livslängden är 25-30 år och effekten minskar med omkring 0,5 procent per år.

Vad gör växelriktaren?

Den omvandlar cellernas likström till växelström som går att använda i huset och skicka ut på elnätet.

Vad är en perovskit-tandemcell?

En perovskitcell ovanpå en kiselcell som tar vara på fler våglängder. Rekordet är 35,5 procent, satt av LONGi i juli 2026 och certifierat av ESTI.