Hva er virkningsgraden på solceller?

En typisk solcelle vil i dag ha en virkningsgrad på mellom 15 og 24 prosent. Effektiviteten påvirkes av teknologien den bruker og hvor mye sol den får, samt vær og vind.

Denne e-postadressen er beskyttet mot programmer som samler e-postadresser. Du må aktivere javaskript for å kunne se den.

Oppdatert: 16.07.2021

Når sollyset treffer en solcelle, omgjør solcella energien i sollyset til elektrisk energi. Virkningsgraden til en solcelle beskriver forholdet mellom mengden sollys som treffer den og den elektriske effekten cella klarer å produsere.

Når vi sammenligner solcellepanel snakker vi ofte om den nominelle effektiviteten, som heter watt peak på engelsk. Dette er virkningsgraden panelene leverer i en standarmåling med en viss solinnstråling og en gitt temperatur.

Les også: Hva er et solcellepanel?

Ettersom sollyset treffer et solcellepanel ulikt i løpet av dagen, kan effektiviteten til en solcelle variere mye. I praksis vil effektiviteten være lavere enn den nominelle effektiviteten på morgenen og kvelden, og høyere midt på dagen.

Det er dermed verdt å merke seg at den nominelle og den praktiske effektiviteten er to forskjellige ting.

Hvor effektive er solceller?

En typisk solcelle i dag vil ha en praktisk effektivitet på mellom 15 og 24 prosent.

Det betyr at av all energien som treffer cella, vil mellom 15 og 24 prosent bli omdannet til strøm. Samtidig er solcellepanel i rask utvikling, og dette forbedres stadig.

I tillegg er det slik at de ulike typene solcellene har forskjellige virkningsgrader. Multikrystallinske solceller vil ha en virkningsgrad som er 4 til 5 prosent lavere enn de monokrystallinske.

Den nåværende verdensrekord for en solcelles effektivitet er 26 prosent. Denne ble tatt med en solcelle som utelukkende var laget for å sette rekord. Man tok ikke hensyn til kostnader i produksjonen av solcella, og den ble laget av galliumarsenid framfor silisium.

Disse faktorene påvirker virkningsgraden

Det er flere faktorer som påvirker den praktiske effektiviteten til en solcelle. Otovo trekker fram disse fire faktorene:

• Teknologi
• Solinnstråling
• Temperatur
• Nedbør

De ulike teknologiene

Det finnes flere grupper av solceller på dagens marked:

Solceller av silisium er den vanligste typen solceller, og regnes som første generasjon. Disse er bygget opp av silisiumkrystall, og kan være monokrystallinske eller multikrystallinske. Solceller av silisium har vanligvis en virkningsgrad på 15 til 20 prosent.

Monokrystallinsk silisium består av helt «perfekte» silisiumkrystaller, med velordnede atomer i krystallstrukturen. Disse har i perioder vært dyrere å lage enn andre typer, men blir stadig billigere og tar igjen konkurrentene. Ettersom disse er de mest effektive solcellene, blir de alltid valgt framfor de andre variantene når prisen er lik.

Multikrystallinsk silisium består av flere krystallkorn, og har lavere effektivitet enn de monokrystalinske cellene. Ettersom multikrystallinske krever mindre energi når de framstilles, har disse til tider vært billigere å lage enn monokrystallinske solceller.

Tynnfilm er en annen type solceller som gjør at cellene kan bli veldig tynne. Ulempen er at kvaliteten er dårligere enn silisium, og solcellene har lavere effektivitet. De har også blitt laget av giftige materialer som kadmium-tellurid. Tidligere veide de lave kostnadene opp for ulempene, men ettersom solcellene av silisium har blitt bedre, gjelder ikke dette lenger.

Prøver stadig å optimalisere

I dag finner vi både solceller av silisium og tynnfilm på markedet. Tredje generasjon, som det jobbes mye med nå om dagen, prøver å benytte seg av nye metoder for å høste mer energi fra solstrålene.

Ifølge et intervju med professor Turid Reenass ved Institutt for fysikk på NTNU jobber man nå med to forskjellige alternativer for å fange opp mer energi fra sola enn det de nåværende panelene klarer.

Tandemceller

Det første alternativet går ut på å endre absorpsjonen av lyset ved hjelp av tandemceller, som i teorien kan få en maksimal effektivitet på 57 prosent. I dag selges det tandemceller med over 30 prosent virkningsgrad, men de er fortsatt for dyre for vanlig strømproduksjon.

– Ideen bak det som kalles tandemceller er å utnytte større deler av spekteret ved å legge to eller flere celler av ulike materialer oppå hverandre, slik at hvert lag kan absorbere en bestemt del av spekteret. Totalmengden strøm blir større, fordi mindre av sollyset tapes til varme og en større del av spekteret kan absorberes, sier Reenaas til Energi og Klima.

Les også: Her er fordelene og ulempene med solcellepanel

En annen variant av det samme alternativet kalles mellombåndceller, og bruker nye materialer som kan utnytte flere deler av spekteret samtidig. Det betyr at man kan få mer strøm og spenning, uten det kompliserte celledesignet med flere lag, slik som tandemcellene har.

– Med færre lag kan cellene bli billigere å lage. Konseptet er beskrevet teoretisk – vi vet hvordan materialet skal oppføre seg, men ikke hva det skal være eller hvordan det skal fremstilles, forklarer Reenass.

Overskuddsenergi

Det andre alternativet er å utnytte overskuddsenergien fra lyset, som solcellene per i dag ikke klarer å skape energi av. Her er den teoretiske effektiviteten på 60 prosent eller høyere, men vi har ikke klart å skape noe som i det hele tatt nærmer seg den grensa ennå.

Solinnstrålingen er svært viktig

Et solcellepanel er avhengig av sol for å skape strøm. Solinnstrålingen påvirkes av hvor panelene ligger på jorda, og hvor mye skygge som eventuelt treffer dem i løpet av dagen. Vi som bor langt nord kan ofte tenke at sola ikke er god nok her, men det stemmer ikke.

Ifølge NVE viser en undersøkelse gjennomført av WWF og Accenture at Oslo kan produsere mer strøm fra solkraft enn byer som København, Amsterdam og Berlin. Kristiansand kan lage nesten like mye strøm som Seoul i Sør-Korea, mer enn London, München og Paris kan skilte med.

Har du først funnet ut at solceller lønner seg for deg, kan du også gjøre enda er par grep for å opprettholde effektiviteten. Blant annet kan det være lurt å vaske dem en gang iblant. Hoper det seg opp av støv og skitt som ikke blir skylt vekk av regnet, kan det redusere innstrålingen og dermed strømproduksjonen.

Hva med snø og is?

Dessuten kan det i Norge komme både snø og is oppå panelene. De gir helt klar en skyggevirkning, noe som gjør at effektiviteten reduseres. Heldigvis pleier sola å smelte solen på panelene i løpet av dagen, og et klart lag med is vil ikke hindre strømproduksjonen.

Har du derimot et solcellepanel med uklar is over seg, anbefaler forskningsleder Eivind Øvrelid ved SINTEF at du smelter isen med litt lunkent vann. Du må ikke skrape av isen, da det kan ødelegge solcellen.

Ellers kan du også trøste deg med at snøen og isen ikke påvirker den årlige strømproduksjonen så mye, da Otovo opplyser om at snø bare fører til 1-2 prosent lavere produksjon enn uten.

Kulde gir bedre effektivitet

En av grunnene til at solceller fungerer godt i Norge, er at de liker både snø og kaldt vær.

Faktisk er det slik at høy temperatur gjør at cellene «lekker» energi fordi elektronene beveger seg så mye når det blir varmt. Kalde temperaturer øker spenningen, noe som gjør at effektiviteten til solcellene øker.

Da SINTEF testet effektiviteten i et klimakammer i 2018 fant de ut at virkningsgraden til en silisiumsbasert solcelle ble redusert med omtrent 0,3 prosent for hver grad temperaturen økte. Ifølge Otovo virker solceller aller best ved minus 5 grader.

Les også: Hvordan fungerer solceller i Norge?

Dette gjør at et solcelleanlegg i Sahara fungerer dårligere enn et anlegg i Norge, til tross for at det naturligvis er mer solinnstråling i Sahara. Alt handler om å finne en balanse mellom sol og temperatur, og den er god her i landet.

I tillegg hjelpes solinnstrålingen godt av snø på vinteren. Lyset reflekteres og gjør at mer sollys treffer solcellene. Dessuten fant forskerne på SINTEF ut at nedbør heller ikke påvirker solinnstrålingen negativt. Det samme gjaldt dersom solcellepanelene ble dekket av et lag klar is.

Kan også vare lenger i Norge

Solceller kommer ofte med en garanti om at de etter 25 år skal klare å skape minst 80 prosent av det de gjorde da de var flunkende nye. Dette betyr at solceller blir rundt 0,8 prosent dårligere per år. Dette påvirkes imidlertid av vær og vind.

En studie fra 2020 viser at et av Norges eldste anlegg – ved Asko Vestby – hadde en årlig degradering på bare 0,1 til 0,2 prosent over fem år. Dette er bedre enn garantien, og lavere enn ellers i verden.

Vi vet ikke hva som har ført til dette funnet, men forskerne bak studien tror at «vårt kjølige klima bidrar til mindre tap i effektivitet fra år til år og potensielt lengre levetid for solcellene.»

Legger man dette til grunn for prisberegninger, vil strømmen bli 5 til 7 prosent billigere. Lever solcellene lenger enn 25 år, vil besparelsen øke enda mer.

Forskerne påpeker at det kan være andre faktorer enn bare vind og vær som bidrar til dette funnet, noe som betyr at vi fortsatt trenger mer forskning på virkningsgraden og effektiviteten til norske solcelleanlegg.

Les også: Er solenergi miljøvennlig?