Каква е разликата между слънчева клетка и фотоклетка

Слънчевите клетки и фотоклетките използват светлина, но за различни цели. Слънчеви клетки (или фотоволтаични клетки) превръщат слънчевата светлина директно в електричество, захранвайки всичко - от домове до малки джаджи. Фотоклетки, от друга страна, са светлинни детектори; те усещат промени в светлината, за да управляват устройства като автоматични улични лампи или настройки на камери, но не произвеждат значителна мощност.

Слънчевите клетки са генератори на енергия, а фотоклетките са детектори на светлина. И двете използват светлината, всяка по свой специализиран начин, насърчавайки по-ефективни и екологично съобразени решения.

Ключови изводи

• Функция:Слънчевите клетки генерират електричество; фотоклетките откриват светлина.
• Изход:Слънчевите клетки произвеждат използваема енергия; фотоклетките сигнализират за промени в светлината.
• Фокус на приложението:Слънчеви клетки за захранване с енергия; фотоклетки за измерване/превключване.
• Материали:Слънчевите клетки често използват силиций; фотоклетките използват различни светлочувствителни материали.
• Производителност:Ефективността на слънчевите клетки е преобразуване на енергия; производителността на фотоклетката е чувствителност/реакция.
• Спектър:Слънчевите клетки използват широк светлинен спектър; фотоклетките могат да се насочват към специфични дължини на вълните.
• Еволюция:И двете технологии се развиват за по-добра ефективност, цена и приложения.

Въведение в слънчевите клетки и фотоволтаичните клетки

Слънчевите клетки и фотоволтаичните клетки са ключови технологии в областта на възобновяемата енергия и откриването на светлина, преобразувайки слънчевата светлина в електричество или електрически сигнали.

Дефиниране на слънчеви клетки

А слънчева клетка Най-общо казано, терминът „електрическо устройство“, преобразуващо светлинната енергия директно в електричество. Тези полупроводникови устройства, обикновено силициеви слоеве с различни електрически свойства, създават вътрешно електрическо поле. Когато слънчевата светлина (фотони) попадне върху клетката, фотонната енергия освобождава електрони и вътрешното поле задвижва тези електрони, създавайки ток.

Формулярите включват:

• Монокристални силициеви клеткиМонокристален силиций, най-висока ефективност (15-22% търговски), равномерен външен вид.
• Поликристални силициеви клеткиМножество силициеви фрагменти, малко по-ниска ефективност (13-16%), по-ниска цена.
• Тънкослойни слънчеви клеткиТънки слоеве от материали като аморфен силиций (a-Si), кадмиев телурид (CdTe) или медно-индиево-галиев селенид (CIGS); гъвкави, по-малко материал, често по-ниска ефективност.

Дефиниране на фотоволтаични клетки

Терминът фотоволтаична (PV) клетка е по същество синоним на „слънчева клетка“ за производство на енергия. „Фотоволтаична“ (от гръцки „phos“ - светлина и „voltaic“ - електричество) описва процеса на директно преобразуване на светлината в електричество.

Фотоволтаичните клетки работят чрез фотоволтаичния ефект, наблюдаван от Едмон Бекерел през 1839 г. Типичната клетка има p-тип (носители на положителен заряд) и n-тип (носители на отрицателен заряд) полупроводникови слоеве, образуващи pn преход, който създава електрическо поле. Слънчевата светлина възбужда електрони, създавайки електрон-дупкови двойки. Полето разделя тези двойки, карайки електрони да създават ток във външна верига. Съвременните фотоволтаични клетки използват многопреходни конструкции и текстуриране на повърхността, за да повишат ефективността.

Историческо развитие на слънчевите и фотоволтаичните технологии

Едмонд Бекерел пръв документира фотоволтаичен ефект през 1839 г. През 1883 г. Чарлз Фритс построява първата твърдотелна слънчева клетка, използваща селен, постигайки ефективност <1%.

Решителният пробив дойде, 1954 г. в Bell Laboratories, където Дарил Чапин, Калвин Фулър и Джералд Пиърсън разработиха първата практическа силициева слънчева клетка (с ефективност около 6%). Това предизвика интерес, особено за захранване на сателити.

От 70-те до 90-те години на миналия век изследванията са фокусирани върху подобряване на ефективността и намаляване на разходите:

• 80-те години на миналия векВъведение на многосъединителни клетки.
• 90-те години на миналия векНапредък в тънкослойни технологиии рано фотоволтаици, интегрирани в сградата (BIPV).

В началото на 2000-те години ефективността на търговските панели достигна 15-20%. Последните лабораторни ефективности за специализирани клетки надхвърлят 40%. Настоящите иновации включват перовскитни слънчеви клетки, обещавайки висока ефективност и по-ниски производствени разходи.

Дизайн и композиция

Фотоволтаичните клетки (за захранване) и фотоклетките (за детектиране) имат различни конструкции и материални състави, отразяващи техните функции. Фотоволтаичните клетки са оптимизирани за генериране на енергия; фотоклетките за чувствително детектиране на светлина.

Материален състав на фотоволтаичните клетки

Фотоволтаичните клетки използват предимно полупроводници, с силиций (Si) като най-често срещани.

• Монокристален силицийПо-висока ефективност, по-скъпо.
• Поликристален силицийПо-евтин, малко по-ниска ефективност.
• Тънкослойни клеткиМатериали като CdTe, CIGSили a-Siпо-малко материал, гъвкав.

Тези материали са избрани за оптимално фотоволтаични свойства, абсорбирайки широк слънчев спектър и ефективно генерирайки носители на заряд. многосъединителни (тандемни) клетки комбинират различни полупроводници, за да улавят различни дължини на вълните, увеличавайки ефективността. Перовскити са обещаваща област на изследване.

Структурни разлики и прилики

Фотоклетките обикновено имат по-прост дизайн от слънчевите клетки, генериращи енергия.

• Типично фотоклетка (напр. фоторезистор)има светлочувствителен материал (селен, CdS, PbS) върху изолационен субстрат с проводими контакти, оптимизиран за промяна на съпротивлението или генериране на малки сигнали.

Слънчевите клетки за енергия изискват сложна слоеста структура:

1. Защитно капсулиране(напр. стъклена предна част, издръжлив заден лист).
2. Антирефлексно покритиеза да се увеличи максимално поглъщането на светлина.
3. Метални контакти(предна решетка, заден слой) за събиране на ток.
4. PN преходът(основни слоеве от p-тип и n-тип), където се проявява фотоволтаичният ефект.

Въпреки че и двете използват полупроводници, слънчевите клетки дават приоритет на максимизирането на активната площ за... ефективност на преобразуване на енергияФотоклетките дават приоритет чувствителност на откриване, време за реакцияи често спектрална селективност.

Принципи на работа

Слънчевите клетки и фотоклетките взаимодействат със светлината, но работят на различни принципи, които диктуват техните методи за преобразуване на светлината и изходи.

Как фотоволтаичните клетки преобразуват светлината в електричество

Фотоволтаичните клетки функционират чрез фотоволтаичен ефектИзградени от полупроводници (обикновено силиций), образуващи pn преход с вътрешно електрическо поле, процесът е:

1. Поглъщане на светлинаФотоните с достатъчна енергия се абсорбират.
2. Генериране на електронно-дупкови двойкиАбсорбираната енергия създава електрон-дупкови двойки.
3. Разделяне на зарядаЕлектрическото поле на pn прехода разделя тези двойки.
4. Сегашно поколениеЕлектроните протичат през външна верига, създавайки постоянен ток.

Ключови компоненти: светлопоглъщащи полупроводникови слоеве, антиотражателно покритие, метални контакти, субстрат и капсулиране.

Сравнителен анализ на работните механизми

Фотоклетките (фотодетекторите, LDR) работят на фотоелектричен ефект или фотопроводящ ефект, откривайки светлина и реагирайки чрез промяна на съпротивлението или генериране на малък електрически сигнал, а не значителна мощност.

Видове фотоклетъчни механизми:

• Фоторезистори (LDR)Съпротивление намалявас нарастващ интензитет на светлината.
• ФотодиодиПолупроводникови pn преходи; могат да генерират малко напрежение (фотоволтаичен режим) или, по-често за сензори (фотопроводящ режим), обратният им ток се увеличава с интензитета на светлината. Бърза реакция.
• ФототранзисториТранзистори, управлявани от светлина; фотоните генерират базов ток, усилвайки колекторния ток. По-висока чувствителност от фотодиодите, обикновено по-бавни.

Разграничението:

• Слънчеви клетки (PV клетки)Активно производство на използваема електрическа енергия, ефективността се измерва в коефициент на преобразуване на енергия (напр. 15-22% търговски).
• ФотоклеткиПредимно сензори/превключватели. Изходът е промяна на съпротивлението или малък сигнал. Производителността се оценява чрез чувствителност, динамичен диапазон и време за реакция.

Приложения

Различните функции на слънчевите клетки и фотоклетките водят до различно приложение в различните индустрии.

Промишлени и комунални приложения

Слънчеви клетки (фотоволтаични панели):

• Слънчеви паркове от комунален мащабГенериране на електроенергия в мащаб на мрежата.
• Търговски и промишлени покривиНамалете разходите за електроенергия и постигнете целите за устойчивост.
• Дистанционни промишлени операцииОсигуряване на автономно захранване за минно дело, телекомуникации и др.

Фотоклетки:

• Автоматизирани системи за управлениеСензорна светлина за контрол на процеса, предпазни завеси.
• Контрол на качеството и сортиранеОткриване на продукти, проверка на подравняването, преброяване на артикули.
• Системи за сигурност и видеонаблюдениеИзползва се в детектори за движение, периметърни аларми.
• Контрол на уличното и площното осветление: Автоматизирайте осветлението въз основа на околната светлина.

Нововъзникващи и нишови приложения

Слънчеви клетки:

• Носими технологии и IoT устройства: Захранване или удължаване на живота на батерията.
• Фотоволтаични системи, интегрирани в сградата (BIPV)Слънчеви клетки като строителни материали (прозорци, фасади).
• ТранспортСпомагателно захранване за електрически превозни средства, лодки; основно за слънчеви автомобили/дронове.
• Земеделие (агроволтаика)Съвместно разполагане с култури; захранване за дистанционно напояване.
• Космически изследванияЗахранване за роувъри и мисии.

Фотоклетки:

• Научни и аналитични инструментиПрецизно измерване на светлината в спектрофотометри и др.
• Усъвършенствани системи за камери: Автофокус, баланс на бялото, стабилизация на изображението.
• Медицински изделияПулсови оксиметри, глюкозни монитори, контрол със светлинна терапия.
• Опазване на изкуствотоСледете нивата на осветление в музеите.
• Оптична комуникацияВъвеждане на оптични приемници.

Заключение

Слънчевите клетки и фотоклетките, макар и двете да са интерактивни със светлина, служат за различни технологични цели. Слънчеви клетки предимно генериране на електричество от слънчева светлина чрез фотоволтаичния ефект, който е от решаващо значение за възобновяемата енергия.

Фотоклетки, обратно, действат като сензори за светлина, променяйки електрическите си свойства в отговор на светлина. Това е подходящо за приложения за откриване, измерване и управление, като например автоматично осветление и системи за камери.

Материал Изборът отразява следните функции: силиций за слънчеви клетки (преобразуване на енергия); материали като CdS или специализиран силиций за фотоклетки (чувствителност/реакция).

Съображения за ефективност различават се: процент на преобразуване на мощност за слънчеви клетки; чувствителност и време за реакция за фотоклетки.

И двете области са динамични, като текущите научноизследователски и развойни дейности подобряват ефективността, разходите и гъвкавостта. Разбирането на техните фундаментални различия е ключово за избора на правилната технология за оползотворяване на слънчевата енергия или внедряване на светлочувствителни системи.

За да се увеличат максимално ползите от слънчевата енергия, ефективното съхранение е ключово. Deye ESS предлага отлични решения: Серия слънчеви батерии с ниско напрежение (LV). осигурява мащабируемо LFP батериен капацитет за съхранение на енергия за домове и малки предприятия, докато Серия за високо напрежение (HV). обслужва по-големи търговски и комунални нужди. Разгледайте нашите продуктови предложения и свържете се с нас за повече информация!