Alt du bør vite om solceller og solenergi

Hva mener eksperter om solceller, hvor mye koster et solcelleanlegg, og hva skjer når sollyset treffer solcellepanelet? Les videre for å lære mer om solcellepanel og solenergiens fremtid i Norge og i utlandet.

I Norge har vi mye vannkraft og billig strøm. Derfor har det vært få kraftprodusenter som har ønsket å investere i solkraft i Norge. Det begynner likevel å endre seg. Særlig ser man at det er et marked for å produsere solcelleanlegg til norske privatkunder og næringslivet.

Markedet vokser kraftig

FORNYBAR ENERGI

Denne artikkelen er en del av en artikkelserie hvor Strøm.no gir deg informasjon om de ulike fornybare energikildene.

LES MER:

Vannkraft – slik produsere strøm i Norge

Vindmøller – slik lager de strøm

Bølgekraft – fortsatt lite utviklet

Har du et spørsmål angående de fornybare energikildene, eller mener det står feil i en artikkel? Vennligst gi beskjed på e-post.

Daglig leder Andreas Thorsheim i Otovo, Norges ledende leverandør av solcelleanlegg til privatmarkedet, forklarer at det norske markedet for solceller til private kunder nesten har tredoblet seg hvert år siden 2014.

– Markedet har gått fra å være for spesielt interesserte til å bli allemannseie. For å forklare hvor markedet for solceller ligger i dag, kan vi si at det er der elbilen var for fem år siden, forklarer han til Strøm.no.

Bjørn Thorud, seniorrådgiver og ansvarlig for solenergi i Multiconsult, opplyser om at solkraft blir mer attraktivt etter hvert som Norge elektrifiseres:

– Tar vi i bruke egne hustak til å produsere strøm til å lade bilen, vaske klær og varme dusjvannet, trenger vi ikke legge beslag på ny natur og vi kan også spare investeringer i strømnettet. I fremtiden vil det være utenkelig å sette opp et bygg uten solceller, sier Thorud.

Er det ikke for lite sol i Norge?

Mange regnværsdager, mørketid og lange vintre er noen av faktorene som gjør at det er lett å tvile på at solkraft kan fungere i Norge. Thorud mener likevel at solkraftproduksjon i Norge både er nyttig og lønnsom.

– Sommeren 2018 viser veldig godt hvor avhengige vi er av vannkraft, noe som gjør at vi får høye strømpriser når regnet uteblir. Siden de fornybare ressursene vind-, vann- og solkraft som regel fungerer best til ulike tider er det fornuftig å skape en god balanse mellom disse tre energikildene, sier han.

Solceller og solenergi, Lisa Henden fra NVE
Seniorrådgiver Bjørn Thorud i Multiconsult (Foto: Ann Sissel Holthe).

Thorud mener også at dagens lønnsomhetsberegninger for solcelleanlegg er feil, og sikter blant annet til at solkraft er lønnsomt på Svalbard, fordi strømprisene er høye der.

– Det er en utbredt misforståelse at det er for lite sol i Norge til at solkraft lønner seg. Solinnstrålingen er egentlig irrelevant. Det er forholdet mellom solinnstråling og prisen på strøm som har betydning for lønnsomheten, mener han.

Det betyr at solenergi lønner seg i områder hvor strømprisene er svært høye, selv der hvor solen ikke skinner like mye som i sydligere områder. Hadde Norge ikke hatt så billig strøm som vi har i dag, kunne for eksempel solenergi vært mye mer lønnsomt også her.

Så hvor mye koster solceller?

Installerer man solcellepanel på taket kan man forvente en stabil og forutsigbar strømpris, som verken justeres etter nettleien eller det norske og internasjonale kraftmarkedet.

– Har man kjøpt et solcelleanlegg, vet man hva strømmen fra anlegget koster de neste 25 årene – for den er allerede betalt, forklarer Thorud.

Thorsheim i Otovo oppgir i tillegg at panelene, som varer i omtrent 30 år, kan betale seg tilbake på 12 år.

– Da får man igjen 18 år med gratis strøm. Regner man om det til årlig avkastning slår det lett bankrente i avkastning!, sier han engasjert.

– Kan det være lurt for forbrukerne å vente enda litt til med å installere solceller, for å se om ny teknologi kan gjøre investeringen enda mer lønnsom?

– Det var lurt å vente fra 2014 til nå med å installere solceller, men nå er vi omtrent der vi kommer til å være de neste årene. Man tjener dermed ikke mye på å vente enda lenger, sier Thorsheim.

NVE ikke like optimistiske

Solceller og solenergi, Lisa Henden fra NVE
Seniorrådgiver Lisa Henden i NVE.

Seniorrådgiver Lisa Henden i Norges vassdrags- og energidirektorat (NVE) er noe mer tilbakeholden enn Thorud og Thorsheim, og mener det fortsatt ikke er veldig lønnsomt å investere i solcelleanlegg.

– Systemkostnadene vil være lavere jo større anlegget er. Det betyr at kostnaden på solceller for anlegg på nærings- og industribygg vil være lavere enn anlegg på bolighus. Reduksjonen i investeringskostnadene vil også være størst for de største anleggene fordi vekselrettere og annet nødvendig utstyr ikke utgjør en så stor del av totalkostnaden ved installasjonen og driften av anlegget, forklarer hun.

Henden mener likevel at solcellenes lønnsomhet stadig forbedres, og peker på flere faktorer som påvirker lønnsomheten – slik som støtteordninger, kraftpriser og solcellenes effektivitet.

– Solcelleanlegg kan få økt lønnsomhet dersom kraftprisene øker, slik vi har sett våren og sommeren 2018. Det er likevel verdt å nevne at strømprisene i Norge fortsatt er mye lavere enn de fleste andre land i Europa. Det har klart betydning for lønnsomheten, sier hun.

Staten satser ikke på solkraft

Ifølge Henden har NVE ingen konkrete planer eller vedtatte strategier om å satse eksplisitt på solkraft i Norge. Dette gjelder også andre teknologier. Til tross for dette mener hun at statlige virkemidler kan påvirke utnyttelsen av solenergi i Norge.

– Støtteordningene som Enova forvalter kan blant annet endre seg, samtidig som kommuner kan innføre lokale strategier og incentivordninger for økt bruk av solenergi. Det er også mulig at det kommer endringer i de tekniske forskriftene som krever mer lokal strømproduksjon på nye bygg. Det kan føre til økt bruk av solenergi, forklarer hun.

Selv om Thorud i Multiconsult savner mer strategisk satsing på solkraft fra staten, er han enig i at bygningsmaterialer med integrerte solceller kan være svært fordelaktig. Han opplyser at slike materialer ofte koster omtrent det samme som andre vedlikeholdsfrie materialer.

– Særlig i fasader ser vi at prisen på solceller kan koste omtrent det samme som tegl. I slike tilfeller er solceller "uendelig" lønnsomt, mener han.

Solkraftens fremtid
Foto av Pablo Heimplatz.

Hvordan virker en solcelle?

Solceller utnytter sollyset direkte for å lage strøm. Dette skjer gjennom den fotovoltaiske effekten. For å forklare hvordan sollyset bidrar til at solcellene lager strøm, må vi først gå nærmere inn på hvordan en solcelle er oppbygd.

Solceller består som regel av silisium

Solceller består vanligvis av silisium
FIGUR 1: Et silisiumatom med fire elektroner i det ytterste skallet. Illustrasjon av Pumbaa.

En solcelle består som regel av silisium, og hvert siliusiumatom har fire elektroner i det ytterste skallet (se Figur 1 og faktaboks).

Siden silisium, slik som alle andre atomer, ønsker å ha åtte elektroner i det ytterste skallet sitt, deler naboatomene elektronene mellom seg. Slik får alle atomene åtte elektroner i det ytterste skallet sitt.

Når silisiumets atomer deler elektroner, sier man at atomene er koblet til hverandre i et krystallgitter. Dette krystallgitteret er ikke godt egnet til å lede strøm.

Silisiumet dopes med andre stoffer

For å få silisiumet til å lede strøm bedre, tilsetter man andre stoffer som endrer elektronsammensetningen i stoffet. Dette kaller man doping. I solceller doper man som regel silisiumet med bor og fosfor.

En solcelle består dermed av to lag med dopet silisium, som gjør at elektroner kan bevege seg fra et sted til et annet.

Det skapes en p-side og en n-side

ATOMER OG ELEKTRONER

Atom: Den minste mengden grunnstoff. Er bygd opp av nøytroner, protoner og elektroner.

Nøytroner: Elektrisk nøytral partikkel som sammen med protoner bygger kjernen i alle atomer.

Proton: Positivt ladet partikkel som sammen med nøytroner bygger kjernen i alle atomer.

Elektroner: Negativt ladet partikkel som eksisterer i en sky (et skall) rundt atomkjernen. Elektroner kan lage elektriske strømmer.

Oktetregelen: Det ytterske skallet i et atom har ikke plass til flere enn åtte elektroner. Atomer arbeider alltid for å ha åtte elektroner i det ytterste skallet og kan gi, ta eller dele elektroner med naboatomer for å oppnå dette målet.

Når det ene laget blir dopet med bor, oppstår det mangel på elektroner i dette laget. Dette kalles positiv doping (p-doping) og betyr at det finnes ledige elektronplasser (ofte kalt hull) i dette laget.

Det motsatte skjer i laget som tilsettes fosfor. Her blir det et overskudd av elektroner, noe som kalles negativ doping. De elektronene som er til overs i laget vil lett kunne flytte seg til andre plasser når anledningen byr seg.

Fordi n-siden (som ble dopet med fosfor) har et overskudd av elektroner og p-siden (som ble dopet med bor) har et underskudd av elektroner, vil elektronene flytte seg fra n-siden til p-siden. Dette skjer fordi elektroner alltid ønsker å fylle en ledig elektronplass.

Vi får en balansert solcelle

Når elektronene flytter seg fra den ene siden til den andre siden, vil n-siden få en positiv ladning og p-siden vil få en negativ ladning. Dette skjer fordi det ene laget mister elektroner, mens det andre laget får flere.

Ettersom de løse elektronene tar plassene sine på p-siden, vil det etter hvert oppstå et isolerende lag – en barriere – mellom den n-dopete og den p-dopete siden.

Barrieren vil etter hvert hindre at flere elektroner flytter seg mellom sidene, og det oppstår en balanse i solcellen. Det er den balanserte solcellen vi bruker for å fange opp sollysets energi.

Her er en illustrasjon av solcellens oppbygging og hva som skjer når sollyset treffer cellen:

Solceller består vanligvis av silisium
FIGUR 2: Slik fungerer et solcellepanel når solen treffer panelet. Original illustrasjon av Studio BBK, oversatt av Nettbureau.

Elektroner frigjøres når sollyset treffer

Sollys kalles på fagspråket lysfotoner. Disse lysfotonene kan slå løs elektronene i barrieren når de treffer solcellen.

Når et elektron frigjøres, oppstår det også en ledig elektronplass i solcellen. Både elektronet og plassen kan bevege seg fritt, men spenningen mellom silisiumlagene gjør at elektronet som slås løs beveger seg mot n-siden og den ledige plassen mot p-siden.

Elektronene går gjennom en elektrisk krets

Nå er det et ekstra elektron på n-siden og en ledig plass i p-siden. Hvis solcellepanelet er koblet til en krets, vil elektronet bevege seg gjennom kretsen og tilbake til p-siden, hvor det finnes en ledig elektronplass.

Dette gjør elektronet fordi spenningsforskjellen mellom lagene gjør at elektronene ikke kan vandre tilbake den veien de kom. Siden elektronet likevel gjør alt for å fylle en ledig plass, tar den omveien gjennom den tilsluttede kretsen. Og når elektroner beveger seg gjennom den, genereres det strøm.

Termisk solkraft og solfangere

Solfanger er termisk solkraft
FIGUR 3: Slik fungerer en solfanger med væske, tilknyttet en bolig. Illustrasjon av aurielaki.

Akkurat som solceller, benytter solfangere seg av energien i solstrålene som treffer jorda vår. Men i stedet for at sollysets energi blir omformet til elektrisitet, omdanner små solfangere energi til varme.

Vi kan altså ikke bruke små solfangere til å føre elektrisitet inn i huset eller mobiltelefonen vår, men vi kan bruke dem til å varme opp vann og bolig.

Det finnes også store solfangeranlegg som indirekte produserer elektrisitet av solens varme. Det gjør de ved å varme opp væske, som så kan brukes til å produsere elektrisitet.

Aktive og passive solfangere

Man skiller også gjerne mellom aktive og passive solfangere. Aktive solfangere må absorbere og samle solenergien, og krever ofte en innsats fra oss mennesker. Et passivt system, derimot, er et system som utnytter sollysets varme direkte.

Hvis luften i huset ditt blir varmet opp på dagen fordi solen steiker inn gjennom vinduene, er huset ditt et eksempel på en passiv solfanger. Det er som regel ikke passive solfangere vi fokuserer på når vi ser mot solenergiens fremtid som en nyttig fornybar energikilde, fordi varmen verken kan lagres eller fraktes videre.

Flate solfangere

Et eksempel på en flat solfanger er et type drivhus som varmer opp vann til en bolig (se Figur 3). Den flate solfangeren er ofte malt svart, noe som gjør at den absorberer varme svært effektivt.

Inne i solfangeren ligger det et tynt rør som snor seg rundt, slik at varmemediet som sirkulerer blir varmet opp mens det beveger seg gjennom røret. Dette mediet kan være vann, en blanding av vann og glykol, eller luft.

Når mediet er gått gjennom solfangeren, fortsetter det via et rørsystem til et varmelager. Dette er ofte en tank eller beholder fylt med vann, som ofte kalles akkumulatortank. Denne tanken gir varme videre til byggets varmesystem, enten som vann til vasken, til radiatorer eller som gulvvarme.

Andre typer solfangere

Solfanger er termisk solkraft
Crescent Dunes Solar Energy Project i Nevada er et eksempel på en konsentrisk solfanger, med salt som sin spesialblanding. Foto av The Bureau of Land Management.

Et eksempel på en annen type solfanger er en konsentrisk solfanger. Den består av en mengde speil som reflekterer solstråler inn mot et tårn i et bestemt midtpunkt.

I dette tårnet kan det finnes ulike spesialblandinger som gjør at energi skapes av varmen som produseres av refleksjonen til alle speilene. Denne spesialblandingen kan for eksempel bestå av vann, natrium eller smeltet salt.

Et annet eksempel på en konsentrisk solfanger er en parabolformet plate som styrer solstråler mot et bestemt punkt. Her kan det ligge mat, som kan varmes opp ved hjelp av solstrålene.

Hva hindrer solkraftproduksjonen?

Solkraft virker fantastisk fordi man kan utnytte solstrålene direkte og indirekte. Når man i tillegg vet at jorden mottar over 10 000 ganger mer energi enn planetens befolkning bruker, så skulle man tro at solkraft fantes overalt. Hvorfor er det ikke sånn? Her er noen av grunnene til at solkraft ikke har høy utbredelse ennå:

1. Sollys gir ikke en jevn strøm av energi

Solen lyser ikke på hele kloden til alle døgnets tider. Sollys er uforutsigbart. For å kunne utnytte sollyset måtte man kunne lagre strøm og/eller flytte strømmen effektivt fra steder med mye sol til steder med lite sol. Det har vi ikke muligheten til ennå.

2. Vi kan ikke gjøre all solenergi om til strøm

Alt sollys som treffer jorda gir oss ikke nødvendigvis mer strøm. Lys kan f.eks. reflekteres av solceller og andre ting på veien, noe som hindrer strømproduksjon og oppvarming av vann og luft.

Skyene over oss reflekterer også lys, mens atmosfæren absorberer en del av sollyset som skinner inn på jorda.

Av og til kan til og med de frigjorte elektronene i solceller bevege seg tilbake til elektronplassen før de går til hver sin side av cellen etter at sollyset traff cellen. Det betyr at sollyset ikke skapte noe strøm i solcellen, selv om den traff cellen som den skulle.

3. Solceller er ikke effektive nok

Kommersielle solceller klarer bare å omgjøre femten til tjue prosent av tilgjengelig sollys til strøm. Den solcellen som omdanner energi best i verden, gjør bare om lag 46 prosent av sollyset om til strøm. Siden denne cellen var svært dyr å produsere, er det ikke ennå mulig å bruke denne teknologien i alle solceller. Vi har altså en lang vei å gå for å gjøre solceller mer effektive.

Solkraft krever store arealer
Solcelleanlegg i Bridgewater, England. Foto av Ryan Searle.

Utviklingen i teknologien har likevel sett mange framsteg de siste årene, og dette er noe av grunnen til at mange har høye forventninger til fremtidens solceller.

4. Solkraft krever store arealer

Siden solceller er lite effektive, trenger man store paneler for at man kan generere nok strøm til å dekke forbrukernes behov.

Det store solfangeranlegget i Invanpah i California tar for eksempel opp et område på 16 kvadratkilometer. Siden dette anlegget befinner seg i ørkenen, bruker det ikke opp viktig landbruksareal.

Likevel måtte anlegget redusere sin planlagte størrelse for ikke å ødelegge habitatet til ørkenskilpadder i området, samt en rekke planter.

Man må altså vurdere hvilke arealer som kan brukes til solkraftanlegg og hvilken innvirkning et slikt anlegg vil ha på dyre- og plantelivet i nærheten. Det er først når man tar disse faktorene med i beregningen, at man kan si noe om hvor miljøvennlig og bærekraftig et slikt anlegg vil være.

Har man for eksempel et solcelleanlegg på taket hjemme, vil de miljømessige påvirkningene i forbindelse med områdets planteliv og landareal være minimale.

5. Solkraft har også et karbonavtrykk

For å produsere solceller bruker man vann, silisium og giftige kjemikalier. Solcelleprodusentene må derfor være nøye med hvordan de produserer silisium og behandler de giftige kjemikaliene. De må også vurdere hvor mye energi de bruker for å produsere solcellene.

Solcellepanel produsert i Kina har blant annet et mye høyere karbonavtrykk enn panelene produsert i Europa, fordi Kinas energiproduksjon i større grad består av fossile energikilder, slik som kull. Produserer vi derimot solceller i Norge, hvor mesteparten av energien kommer fra vannkraft, står vi igjen med en mye mer miljøvennlig solcelle.

Ulike solfangere bruker i tillegg vann i produksjonen av strøm. Siden mange av de største solfangeranleggene befinner seg i svært tørre ørkenområder, må produsentene overveie hvorvidt vannbruken er forsvarlig.

Solkraftens fremtid

Til tross for mange ulemper forbundet med solkraft, ser man fortsatt svært positivt mot solkraftens fremtid. Dette skjer fordi flere av solkraftens ulemper kan elimineres når teknologien utvikles, og fordi de miljømessige konsekvensene likevel er langt lavere enn de som er forbundet med fossile energikilder.

Solcellepanel utvikles i tillegg i en rekordfart. The International Energy Agency (IEA) annonserte at kapasiteten i verdens solcelleanlegg steg med 50 prosent i 2016, med en total kapasitet på omtrent 74 GW. Ifølge IEA sto Kina for omtrent halvparten av disse utvidelsene.

Solcellepanel er videre anslått å vokse raskest av alle de fornybare energikildene i løpet av de neste fem årene. Denne utviklingen er mulig fordi man stadig klarer å redusere produksjonskostnadene, samtidig som store land som Kina og India satser på teknologien.

Siden Europas utvikling innenfor fornybar energi synker i forhold til foregående år, ser man mot Asia og Afrika for den største utviklingen. USA har også store muligheter for å øke sin fornybare energiproduksjon, men med den nåværende politiske makten er det vanskelig å si hvorvidt dette vil bli satset på i løpet av de neste årene.


Les mer:

Vannkraft – slik produserer vi strøm i Norge

Vindkraft – slik lager de strøm

Dette er de ulike strømkildene




KILDER:

International Energy Agency. 2017. «Renewables 2017». Paris, France.

Komp, R. 2016. «How do solar panels work? - Richard Komp». [Ted-Ed] YouTube . New York, USA.

Nunez, C. 2014. «How Green are those Solar Panels, really?», The National Geographic. Washington D.C., USA.

SciToons. 2018. «How do solar cells work?». [SciToons] YouTube . Providence, USA.

Teknologirådet. 2017. «Solrevolusjonen og hva den kan bety for Norge». Oslo, Norge.

Toothman, J & Aldous, S. 2000. «How Solar Cells Work» HowStuffWorks.com. Atlanta, USA.

Trimarchi, M. 2009. «How Solar Thermal Power Works» HowStuffWorks.com. Atlanta, USA.

Union of Concerned Scientists. 2015. How Solar Panels Work. Cambridge, USA.

Union of Concerned Scientists. 2015. The Solar Research. Cambridge, USA.

Union of Concerned Scientists. 2015. Concentrating Solar Power Plants. Cambridge, USA.

Valmot. O.D. 2016. «Dette er teknologisprangene bak solcelle-revolusjonen», Teknisk Ukeblad. Oslo, Norge.

Vogt, Y. 2017. «Slik kan solceller bli mer miljøvennlige og dobbelt så effektive», Forskning.no. Oslo, Norge.

Følg oss på Facebook

Følg oss gjerne på vår Facebookside.

Kontakt oss

Send oss en e-post

Tjenester

Strøm.no er en gratis og uforpliktende anbudstjeneste. La selskapene konkurrere om å gi deg beste strømavtale!

Strøm Privat

Strøm Bedrift

Strøm Borettslag

Sammenlign strømpriser

Populære steder

Trondheim

Oslo

Kristiansand

Tromsø

Fredrikstad

Bergen

Norge