Category: Elinformation

Elnätets frekvens i Sverige är 50 Hz. Globalt är den vanligtvis antingen 50 Hz eller 60 Hz.

Exakt sett varierar nätets frekvens ständigt något beroende på konsumtion och produktion. Att upprätthålla frekvensen vid 50 Hz samt balansera elproduktionen och konsumtionen är mycket viktiga uppgifter för att säkerställa elnätets funktion.

Men vad innebär allt detta i praktiken?

Vad betyder egentligen frekvens?

För det första är hertz (Hz) en enhet för frekvens, vilket innebär antalet cykler per sekund. När du kopplar in en apparat i vägguttaget får du växelström med en frekvens på 50 Hz. Detta betyder att spänningen växlar från minimum till maximum och tillbaka 50 gånger per sekund.

Här är en graf som illustrerar detta:

(Graf på växelströmmen)

Den blå kurvan visar spänningsvariationerna i ett vanligt svenskt elnät. En enskild cykel (markerad med röd streckad linje) är 0,02 sekunder lång, vilket motsvarar en frekvens på 50 Hz. Det finns alltså 50 cykler på en sekund. Grafen visar också den effektiva spänningen (blå streckad linje), som i Sverige är 230 V. Spänningens toppvärde är däremot 325 V.

Varför har elnätet en frekvens?

Elnätet använder växelström istället för likström av flera skäl. En av de främsta anledningarna är att spänningen i växelström enkelt kan ändras med hjälp av en transformator. Detta är en stor fördel vid elöverföring, eftersom en högre spänning möjliggör lägre energiförluster och tunnare ledningar vid långa överföringssträckor. På så sätt blir det möjligt att ha stora kraftverk och ett nationellt eldistributionsnät.

Likströmsnät skulle däremot kräva mer komplexa system för att höja och sänka spänningen, alternativt en mycket lokal elproduktion.

Växelström möjliggör också användningen av enkla och effektiva kortslutningsmotorer. Dessutom genererar vanliga elgeneratorer naturligt växelström.

Även likström används i stor utsträckning, men sällan för elöverföring. Det finns dock undantag, såsom Fenno-Skan-sjökabeln mellan Sverige och Finland.

Dessa faktorer tillsammans förklarar varför elnätet använder växelström.

Varför just 50 Hz?

Den enkla förklaringen är att det är en standard som har beslutats gemensamt. Eftersom elsystem och apparater är konstruerade för att fungera vid denna frekvens, skulle det vara mycket svårt att ändra den nu.

Det finns dock en viktig aspekt att beakta: elnätets frekvens varierar ständigt. Om produktionen är högre än konsumtionen ökar frekvensen. Om konsumtionen däremot överstiger produktionen sjunker frekvensen.

Därför är det avgörande att balansera elproduktionen och konsumtionen för att säkerställa ett stabilt elnät i Sverige.

Hur regleras frekvensen?

Elnätets frekvens regleras genom att balansera produktionen och konsumtionen så exakt som möjligt.

Balansen är mycket viktig, eftersom el i dagsläget inte kan lagras i stor skala. Det innebär att all el du använder produceras i praktiken i samma ögonblick som du förbrukar den.

Det finns flera metoder för att balansera elnätet, och helheten är komplex.

I grunden försöker elmarknaden förutse konsumtionen så noggrant som möjligt i förväg, så att produktionen (och importen från utlandet) kan dimensioneras därefter. Detta kallas kapacitetshantering. Exempelvis är det tydligt att elförbrukningen är högre på dagen än på natten och att kalla vinterdagar kräver mer el för uppvärmning. Sådana faktorer kan elmarknaden förutse genom kapacitetshantering.

Eftersom prognoser aldrig är helt exakta upprätthåller Svenska kraftnät även en reglerkraftsmarknad och olika reserver för finjustering av nätfrekvensen på kortare tidsskalor. Denna finjustering kallas frekvensstyrning.

Varför påverkas nätfrekvensen av balansen mellan produktion och konsumtion?

Frekvensens variation kan förstås ur ett energiperspektiv. Kraftverkens generatorer producerar kontinuerligt elenergi till elnätet. Om konsumtionen är högre än produktionen måste den extra energin komma någonstans ifrån. I det här fallet kan den ses som att den kommer från generatorernas rörelseenergi.

I generatorerna omvandlas rörelseenergi till elektrisk energi. De har också en viss mängd lagrad rörelseenergi. När mer energi tas från nätet än vad som produceras, saktar generatorerna ner, vilket gör att nätets frekvens sjunker.

I motsatt situation, när generatorerna producerar mer energi än vad nätet förbrukar, används den överskottsenergin till att snabba upp generatorerna, vilket gör att frekvensen ökar.

En liknelse kan göras med cykling. Föreställ dig att du cyklar i jämn hastighet på en plan väg. Du omvandlar kemisk energi i kroppen till rörelseenergi. När du håller en jämn hastighet är de motverkande krafterna, såsom friktion och luftmotstånd (vilket i detta fall motsvarar elförbrukningen i nätet), i balans med kraften du trampar med (vilket motsvarar elproduktionen).

Om vinden plötsligt tilltar (dvs. förbrukningen ökar), börjar din hastighet att sjunka och pedalerna snurrar långsammare (frekvensen sjunker) – om du inte börjar trampa hårdare (dvs. ökar produktionen).

Elpriset varierar beroende på utbud och efterfrågan. På vintern är efterfrågan som högst och el som dyrast. På sommaren är el däremot billig och efterfrågan låg.

I det här inlägget går jag snabbt igenom de främsta orsakerna till prisvariationer och faktorer som påverkar pristoppar!

Uppvärmning driver upp elpriset på vintern

Uppvärmning är den största elförbrukaren. I en villa kan upp till 95 % av elförbrukningen bero på eluppvärmning.

Till exempel kan elförbrukningen i en 100 kvadratmeter stor villa med fyra personer ofta fördelas ungefär så här:

Uppvärmning står för största delen av elräkningen

Här utgår vi från att huset värms med el och att exempelvis bergvärme inte används.

Som du ser utgör uppvärmningen hela 95,8 % av elräkningen. Det är just detta som förklarar varför el är så dyr på vintern. Eluppvärmning kräver mycket energi, och när alla har värmen på max förbrukas enorma mängder el.

Detta leder till höga elpriser under kalla vinterdagar. Och det är också orsaken till extrema pristoppar, som den 5 januari 2024, då elpriset nådde 2,35 kr/kWh…

Självklart beror pristoppar inte enbart på uppvärmning.

Faktorer som låg produktion av sol-, vind- och vattenkraft eller driftstörningar/underhåll i kärnkraftverk kan också påverka. Om elproduktionen knappt räcker till för hela befolkningen, höjer kraftverken priset.

Sommarvärmen minskar elförbrukningen

Under varma sommarmånader behövs ofta ingen uppvärmning alls, vilket gör att elförbrukningen sjunker kraftigt. Då är elen billig i hela Sverige.

Detta syns också på elbörsen, där elpriserna generellt är låga på sommaren.

Faktum är att denna säsongsvariation även speglas i vissa elavtal. Det finns till exempel säsongsprisavtal, där elen är dyr under vardagar på vintern (1 november–31 mars kl. 07–22) och billig resten av året (1 april–31 oktober, dygnet runt).

Denna typ av säsongsavtal visar tydligt hur elpriset varierar beroende på årstid:

• På vintern är behovet av uppvärmning störst under de vakna timmarna, vilket gör el dyrast.
• På sommaren är elförbrukningen låg dygnet runt, vilket håller elpriset nere.

Säsongspris kan vara ett bra avtal om du kan styra din elförbrukning till natten, exempelvis i en villa med värmelagrande uppvärmning.

Observera: I Sverige fungerar elavtal något annorlunda än i Finland. Säsongsprisavtal är inte lika vanliga, men vissa elbolag erbjuder liknande lösningar med rörliga priser beroende på säsong och tid på dygnet.

Reglerkraft är en mekanism för elproduktion som säkerställer att det produceras exakt så mycket el som förbrukas.

Reglerkraft är också en väsentlig komponent vid eventuella störningar på elmarknaden.

Varför behövs mer reglerkraft?

I Finland samt i övriga Västeuropa och Norden förväntas behovet av reglerkraft öka inom en snar framtid.

Detta beror på att en stor del av den värmekraftsbaserade elproduktionen försvinner från marknaden. Då ökar nämligen andelen el från vind- och solenergi. Och dessa energikällor är varierande, eftersom de är väderberoende.

Naturligtvis påverkar även samhällets ständigt ökande elbehov reglerkraften.

En stor del av Finlands reglerkraft produceras antingen med vattenkraft eller köps från andra nordiska länder, där man får väl reglerbar vattenkraft.

När kapaciteten för reglerkraft är tillräckligt hög kan produktionen av el från sol- och vindkraft ökas utan att elnätets funktion och tillförlitlighet äventyras.

Efterfrågeflexibilitet löser problemet

Enbart reglerkraft räcker åtminstone i detta skede inte för att lösa energiproblem, såsom pristoppar på el eller andra fel i elnätet.

Det är väsentligt att efterfrågeflexibiliteten också fungerar. När efterfrågan är flexibel minskar behovet av reglerkraft.

Ett exempel på efterfrågeflexibilitet är Fingrid, som styr industrins stora elkonsumtion och därigenom snabbt kan begränsa efterfrågan till önskad nivå tillfälligt vid störningar.

Reglerkraftens framtid

Reglerkraft utvecklas ständigt. Förutom vattenbaserad reglerkraft utvecklas exempelvis pumpkraft kontinuerligt, vilket är en vanlig form av energilagring. Ett sådant projekt planeras exempelvis av Kemijoki Oy.

I Finland är naturresurserna begränsade och höjdskillnaderna så små att möjligheterna för pumpkraftverk är få.

I Finland utvecklas dock även andra lagringstekniker. Lagring har sina möjligheter, men inom de närmaste åren kommer inga lösningar som är lämpliga för kommersiellt bruk.

Observera: Fingrid är Finlands systemansvariga för elöverföringsnätet. I Sverige motsvaras denna funktion av Svenska kraftnät.

Solpaneler har spelat en viktig roll i revolutionen av förnybar energi. De erbjuder en miljövänlig och hållbar lösning på världens växande energibehov.

Men hur omvandlas egentligen solljus till elektricitet?

Här kommer en omfattande förklaring av hur solpaneler fungerar.

Hur solpaneler fungerar

Solpaneler består av små enheter som kallas solceller.

Solceller är oftast tillverkade av kisel, ett halvledarmaterial.

Halvledarmaterial är särskilt utformade för att omvandla ljus till elektricitet. När flera solceller sammankopplas kan de generera en elektrisk ström vid soligt väder.

Denna enkla beskrivning räcker för många, men i själva verket är solcellernas funktion mycket mer komplex än så.

Låt oss därför ta en djupare titt på teorin bakom processen.

Den fotoelektriska effekten skapar elektricitet

Ljusstrålar från solen består av fotoner, som färdas med ljusets hastighet och bär på mycket energi.

När en foton träffar en solcell i solpanelen kan den slå loss en elektron. Detta fenomen kallas den fotoelektriska effekten och skapar en elektrisk ström, det vill säga en rörelse av elektroner inom solcellen.

Här är en illustrativ bild av processen:

Men detta förklarar fortfarande inte hela fenomenet. Låt oss gå vidare och analysera materialet som används i solcellerna.

Halvledare i solceller

Materialet i en solcell är en noggrant utvald halvledare.

Faktum är att solceller använder två typer av halvledarmaterial: n-typ och p-typ.

• N-typ (negativ) halvledare har elektroner som är löst bundna.
• P-typ (positiv) halvledare innehåller tomma platser (hål) där elektroner vill röra sig.

När dessa två material kombineras skapas en laddningsfördelning vid gränsskiktet, vilket kallas en pn-övergång.

Vid denna övergång bildas en positiv laddning på n-sidan och en negativ laddning på p-sidan, vilket skapar ett elektriskt fält.

Elektroner från n-sidan vill röra sig mot p-sidan, men eftersom pn-övergången är stark, kan elektronerna inte hoppa direkt över. Den enklaste vägen är att röra sig genom en elektrisk ledning.

Här är en mer detaljerad illustration:

Med andra ord, p-typen av material “suger upp” elektronerna som frigörs av solljuset genom elektriska ledningar. Denna elektronrörelse skapar elektricitet, som kan användas för att exempelvis lysa upp ett hem.

Detta är en ganska bra förklaring av hur en solcell fungerar.

Man kan naturligtvis gå ännu djupare in i fysiken bakom detta.

Exempelvis är elektronerna i n-typen av material inte “lösa” i vanlig bemärkelse. De befinner sig i ett exciterat tillstånd i valensbandet och flyttas till ledningsbandet av en foton från solen.

Men detta går in på materialfysik och kvantmekanik, så vi lämnar det där.

Användningsområden för solpaneler

Solpaneler är mångsidiga och kan användas i en rad olika tillämpningar:

• Hushåll: Privatpersoner kan installera solpaneler på taket eller marken för att minska elräkningen och sitt koldioxidavtryck.
• Industri: I större skala används solpaneler inom industrin, till exempel i fabriksområden eller stora solenergiparker.
• Avlägsna områden: På platser där det är svårt att bygga ut elnätet erbjuder solpaneler en hållbar och självförsörjande energilösning.

Framtidsutsikter

Solpanelsteknologin utvecklas kontinuerligt, och i framtiden kan vi förvänta oss ännu effektivare och billigare lösningar.

Innovativ forskning, som organiska solceller och perovskitsolceller, kan komma att förändra branschen ytterligare.

Sammanfattning

Solpaneler fungerar genom den fotoelektriska effekten. Solljusets fotoner frigör elektroner, som rör sig genom solcellen via halvledarmaterial och elektriska ledningar, vilket skapar en elektrisk ström.