Solcellens histora och funktionalitet 

Solcellens upptäcktes av den franske fysikern Alexandre-Edmond Becquerel som observerade den fotovoltaiska effekten 1839. Han upptäckte att vissa material, särskilt vissa metallplattor som var nedsänkta i en elektrolyt och exponerade för ljus, genererade en elektrisk ström. Det var en viktig upptäckt som senare banade väg för utvecklingen av solcellsteknologin.

Den moderna eran av solceller inleddes 1954 när Bell Laboratories i USA utvecklade den första praktiskt användbara solcellen. Denna solcell var baserad på en halvledarteknik och skapades av forskarna Calvin Fuller och Gerald Pearson. De skapade en kiselbaserad solcell som hade en verkningsgrad på 6 %.

Sedan dess har forskning och utveckling lett till betydande framsteg i solcellsteknologin. Effektiviteten har ökat, materialkostnaderna har minskat och nya typer av solceller, som tunnfilmssolceller och perovskitsolceller, har introducerats.

Solceller har blivit alltmer populära som en ren och förnybar energikälla. Deras användning sträcker sig från små hushållsanläggningar till storskaliga solkraftverk. Teknologin fortsätter att utvecklas för att möta energibehoven och förbättra hållbarheten.

På bara sex–sju år har en standardpanel gått från en genomsnittlig verkningsgrad på 16–17 % till över 21 %, och utvecklingen fortsätter snabbt. Inom några år väntas 25 % bli standard, och nya hybridtekniker. Perovskit-kiselhybrider (”tandemsolceller”) kan nå över 30 % och är på väg mot kommersialisering.

Samtidigt har kostnaden för solceller minskat med mer än 80 % på femton år, vilket gör tekniken tillgänglig för hushåll världen över. Med batterier och smart styrning blir solenergin inte bara en miljövänlig lösning, utan också ett ekonomiskt attraktivt och framtidssäkert val.

Solpanelens grundläggande funktion och uppbyggnad

En av de framträdande fördelarna med solenergi är dess universalitet över hela jorden. Solpanelen omvandlar solljus till elektricitet genom fotovoltaisk effekt. Solcellerna inuti solpanelen innehåller halvledarmaterial. Oftast kisel, som genererar elektricitet när de träffas av ljus. När solen träffar solpanelens celler genereras en elektrisk spänning mellan dess framsida och baksida.

Genom att koppla samman framsidan och baksidan, startas en elektrisk ström då elektronerna rör sig från ena sidan till den andra. Genom att seriekoppla flera solceller kan spänningen ökas, medan parallellkoppling ökar strömstyrkan. Vid uppbyggnad av en solpanel kombineras cellerna ihop, beroende på effektivitet, spänning och strömstyrka.

Dagens smarta solpaneler

Solceller kan delas i hälften, vilket ger "half-cut" eller "split cell" design. Half-cut-cells minskar interna resistanser och ökar panelens prestanda genom att minska effektförlusterna.

Busbars är ledande band eller strängar på solcellens yta som samlar och för vidare den genererade strömmen. De hjälper till att minimera förluster och förbättrar solcellens övergripande effektivitet.

Fingers är smala ledande linjer på solcellens yta som distribuerar den genererade strömmen från solcellen. Deras roll är att minimera skuggning och maximera solcellens effektivitet genom att öka den användbara ytan.

Bypass-dioder används i solcellsystem för att hantera effektiviteten och prestandan, särskilt när solcellpaneler är anslutna i serie. Deras huvudfunktion är att minimera förluster som uppstår på grund av delvis skuggning eller skador på enskilda solceller. Bypass-dioder ökar pålitligheten genom att förhindra att en enskild skuggad solcell påverkar hela panelens prestanda. 

Dopning är processen att tillsätta små mängder av vissa ämnen till halvledarmaterialet för att ändra dess elektriska egenskaper. Två vanliga typer av dopning är n-dopning (tillsättning av ämnen, exp fosfor som ger extra elektroner) och p-dopning (tillsättning av ämnen, exp bor eller gallium som skapar brist på elektroner.) 

Genom att kombinera n-dopade och p-dopade områden i ett halvledarmaterial skapas en p-n-övergång.  P-n-övergången är central i konstruktionen av olika elektroniska komponenter, som dioder och transistorer. I elektroniska kretsar kombineras ofta både n-dopade och p-dopade områden för att skapa specifika funktioner och möjliggöra kontrollerad elektrisk ström. Dessa dopningsprocesser är grundläggande för att skapa de halvledare som används i dagens avancerade elektronik som solceller.

Solpanelers påverkan -  skuggning

Solel är en viktig teknik när vi nu ställer om till ett förnybart energisystem. Antalet solcells­installationer ökar och allt fler solcellsmoduler kommer därför att placeras där skuggning förekommer. Det är viktigt att hantera skuggningen för att man ska kunna bygga effektiva och väl fungerande solcellssystem.

Skuggningshandbok Energiforskrapport 2017-385

Dagens lösningar mot skuggförluster

Bypass-dioder: Nästan alla moderna paneler har inbyggda bypass-dioder som gör att strömmen leds förbi skuggade celler.
Detta minskar förlusterna, men löser inte allt – panelen tappar fortfarande viss effekt.

Half-cut / split-cell-teknik: Genom att dela solcellerna i två halvor och koppla dem smart minskar påverkan av skuggning.
En skuggad del påverkar bara halva panelen i stället för hela.

Optimerare (på panelnivå): Exempel: SolarEdge, Tigo m.fl.
Gör att varje panel kan arbeta oberoende, istället för att hela strängen begränsas av den svagaste panelen.
Särskilt bra på tak med olika riktningar, lutningar eller återkommande skuggor.

Mikroinvertrar: Varje panel har sin egen lilla växelriktare.
Producerar ström helt oberoende av andra paneler.
Vanligt på villatak där man har varierande skuggning.

Bifaciala paneler: Kan producera el även på baksidan (genom reflekterat ljus).
Mindre känsliga för skuggor som faller på framsidan, eftersom ljus från omgivningen fortfarande kan bidra.