Күн батареясы мен фотоэлементтің айырмашылығы неде?

Күн батареялары мен фотоэлементтер жарықты пайдаланады, бірақ әртүрлі жұмыстар үшін. Күн батареялары (немесе фотоэлектрлік элементтер) күн сәулесін тікелей электр энергиясына айналдырып, үйлерден бастап шағын гаджеттерге дейін қуат береді. Фотоэлементтер, екінші жағынан, жарық детекторлары; олар автоматты көше шамдары немесе камера параметрлері сияқты басқару құрылғыларындағы жарық өзгерістерін сезеді, бірақ айтарлықтай қуат бермейді.

Күн батареялары энергия генераторы, ал фотоэлементтер жарық детекторлары болып табылады. Екеуі де тиімдірек және экологиялық тұрғыдан саналы шешімдерге көмектесетін жарықты пайдаланады, олардың әрқайсысы арнайы түрде.

Негізгі қорытындылар

• Функция:Күн батареялары электр энергиясын шығарады; фотоэлементтер жарықты анықтайды.
• Шығару:Күн батареялары пайдалы қуат шығарады; фотоэлементтер жарықтың өзгеруіне сигнал береді.
• Қолданба фокусы:энергиямен қамтамасыз ету үшін күн батареялары; сезу/қосу үшін фотоэлементтер.
• Материалдар:Күн батареялары кремнийді жиі пайдаланады; фотоэлементтер әртүрлі жарыққа сезімтал материалдарды пайдаланады.
• Өнімділік:Күн батареясының тиімділігі - қуатты түрлендіру; фотоэлемент өнімділігі – сезімталдық/жауап.
• Спектр:Күн батареялары кең жарық спектрін пайдаланады; фотоэлементтер белгілі бір толқын ұзындығын нысанаға алады.
• Эволюция:Екі технология да тиімділік, баға және қолданбаларды жақсарту үшін дамып келеді.

Күн батареялары және фотоэлектрлік элементтермен таныстыру

Күн батареялары мен фотоэлектрлік элементтер жаңартылатын энергия мен жарықты анықтаудағы, күн сәулесін электр энергиясына немесе электр сигналдарына түрлендірудегі негізгі технологиялар болып табылады.

Күн элементтерінің анықтамасы

А күн батареясы кең мағынада жарық энергиясын тікелей электр энергиясына түрлендіретін электр құрылғысына жатады. Бұл жартылай өткізгіш құрылғылар, әдетте әртүрлі электрлік қасиеттері бар кремний қабаттары ішкі электр өрісін жасайды. Күн сәулесі (фотондар) жасушаға түскенде, фотон энергиясы электрондарды босатады, ал ішкі өріс осы электрондарды қозғап, ток тудырады.

Пішіндерге мыналар кіреді:

• Монокристалды кремний жасушалары: Бір кремний кристалы, ең жоғары тиімділік (15-22% коммерциялық), біркелкі сыртқы түрі.
• Поликристалды кремний жасушалары: Бірнеше кремний фрагменттері, тиімділігі сәл төмен (13-16%), төмен құны.
• Жұқа қабықшалы күн батареялары: Аморфты кремний (a-Si), кадмий теллуриді (CdTe) немесе мыс индий галлий селениді (CIGS) сияқты материалдардың жұқа қабаттары; икемді, аз материал, көбінесе тиімділігі төмен.

Фотоэлектрлік элементтерді анықтау

Термин фотоэлектрлік (PV) ұяшық негізінен энергия өндіруге арналған «күн батареясының» синонимі болып табылады. «Фотоэлектрлік» (грек тілінен аударғанда «phos»-жарық және «вольт-электр») тікелей жарықтың электрге айналу процесін сипаттайды.

PV ұяшықтары 1839 жылы Эдмонд Беккерел байқаған фотоэлектрлік эффект арқылы жұмыс істейді. Әдеттегі ұяшықта электр өрісін тудыратын pn түйісуін құрайтын p-типті (оң заряд тасымалдаушылар) және n-типті (теріс заряд тасымалдаушылар) жартылай өткізгіш қабаттары болады. Күн сәулесі электрондарды қоздырады, электронды тесік жұптарын жасайды. Өріс осы жұптарды ажыратады, сыртқы тізбекте ток жасау үшін электрондарды қозғайды. Заманауи PV жасушалары тиімділікті арттыру үшін көп түйіспелі дизайнды және беттік текстураны пайдаланады.

Күн және фотоэлектрлік технологиялардың тарихи дамуы

Эдмон Беккерел алғаш рет құжаттаған фотоэлектрлік әсер 1839 ж.

Маңызды серпіліс келді 1954 ж. Bell Laboratories, мұнда Дэрил Чапен, Кальвин Фуллер және Джералд Пирсон алғашқы практикалық кремний күн батареясын жасады (шамамен 6% тиімділігі). Бұл әсіресе спутниктерді қуаттандыруға деген қызығушылықты тудырды.

1970-1990 жылдар аралығындағы зерттеулер тиімділікті арттыруға және шығындарды азайтуға бағытталған:

• 1980 жылдар: Кіріспе көп қосылыс жасушалары.
• 1990 жылдар: жетістіктер жұқа пленка технологияларыжәне ерте ғимаратқа біріктірілген фотоэлектрлік құрылғылар (BIPV).

2000 жылдардың басында коммерциялық панельдердің тиімділігі 15-20%-ге жетті. Мамандандырылған жасушалар үшін соңғы зертханалық тиімділік 40%-ден асады. Ағымдағы инновациялар кіреді перовскит күн батареялары, жоғары тиімділікті және төмен өндірістік шығындарды уәде етеді.

Дизайн және композиция

Фотоэлектрлік элементтер (қуат үшін) және фотоэлементтер (анықтау үшін) олардың функцияларын көрсететін әртүрлі конструкциялар мен материалдық композицияларға ие. PV жасушалары энергия өндіру үшін оңтайландырылған; сезімтал жарықты анықтауға арналған фотоэлементтер.

Фотоэлектрлік элементтердің материалдық құрамы

Көбінесе PV жасушалары қолданылады жартылай өткізгіштер, бірге кремний (Si) ең көп тараған.

• Монокристалды кремний: Жоғары тиімділік, қымбатырақ.
• Поликристалды кремний: Азырақ қымбат, сәл төмен тиімділік.
• Жұқа қабықшалы жасушалар: сияқты материалдар CdTe, CIGS, немесе a-Si; аз материал, икемді.

Бұл материалдар оңтайлы болып таңдалады фотоэлектрлік қасиеттер, кең күн спектрін сіңіру және заряд тасымалдаушыларды тиімді өндіру. Жетілдірілген көп түйіскен (тандемді) жасушалар әртүрлі толқын ұзындығын түсіру үшін әртүрлі жартылай өткізгіштерді жинап, тиімділікті арттырады. Перовскиттер перспективалы зерттеу саласы болып табылады.

Құрылымдық айырмашылықтар мен ұқсастықтар

Фотоэлементтердің конструкциясы әдетте энергия өндіретін күн батареяларына қарағанда қарапайымырақ.

• Типтік фотоэлемент (мысалы, фоторезистор)өткізгіш контактілері бар оқшаулағыш субстратта жарыққа сезімтал материал (селен, CdS, PbS) бар, кедергіні өзгерту немесе шағын сигнал генерациялау үшін оңтайландырылған.

Энергия үшін күн батареялары күрделі қабатты құрылымды қажет етеді:

1. Қорғаныс инкапсуляциясы(мысалы, әйнек алдыңғы, берік артқы парақ).
2. Шағылысқан жабынжарық сіңіруді барынша арттыру үшін.
3. Металл контактілері(алдыңғы тор, артқы қабат) ток жинау үшін.
4. pn түйісуі(негізгі p-типті және n-типті қабаттар) фотоэлектрлік эффект пайда болатын жерде.

Екеуі де жартылай өткізгіштерді пайдаланғанымен, күн батареялары белсенді аумақты ұлғайтуға басымдық береді энергияны түрлендіру тиімділігі. Фотоэлементтерге басымдық беріледі анықтау сезімталдығы, жауап беру уақыты, және жиі спектрлік селективтілік.

Жұмыс принциптері

Күн батареялары мен фотоэлементтер жарықпен әрекеттеседі, бірақ олардың жарықты түрлендіру әдістері мен шығыстарын белгілейтін нақты принциптер бойынша жұмыс істейді.

Фотоэлектрлік жасушалар жарықты электрге қалай түрлендіреді

PV жасушалары арқылы жұмыс істейді фотоэлектрлік әсер. Ішкі электр өрісімен pn түйісетін жартылай өткізгіштерден (әдетте кремний) құрастырылған, процесс:

1. Жарық сіңіру: жеткілікті энергиясы бар фотондар жұтылады.
2. Электрондық-тесік жұптарының генерациясы: Жұтылған энергия электрон-тесік жұптарын жасайды.
3. Зарядты бөлу: pn түйісуінің электр өрісі бұл жұптарды ажыратады.
4. Ағымдағы ұрпақ: Электрондар сыртқы тізбек арқылы ағып, тұрақты ток жасайды.

Негізгі компоненттер: жарықты жұтатын жартылай өткізгіш қабаттар, шағылыстыруға қарсы жабын, металл контактілері, субстрат және инкапсуляция.

Жұмыс механизмдерінің салыстырмалы талдауы

Фотоэлементтер (фотодетекторлар, LDR) жұмыс істейді фотоэффект немесе фотоөткізгіш әсер, жарықты анықтау және қарсылықты өзгерту немесе айтарлықтай қуатты емес, шағын электр сигналын шығару арқылы жауап беру.

Фотоэлемент механизмдерінің түрлері:

• Фоторезисторлар (LDR): Қарсылық төмендейдібірге ұлғайту жарық қарқындылығы.
• Фотодиодтар: Жартылай өткізгішті pn өткелдері; шағын кернеуді (фотоэлектрлік режим) генерациялай алады немесе әдетте сезу үшін (фотоөткізгіш режим) олардың кері тогы жарық қарқындылығымен артады. Жылдам жауап.
• Фототранзисторлар: Жарықпен басқарылатын транзисторлар; фотондар коллекторлық токты күшейтетін базалық ток жасайды. Фотодиодтарға қарағанда жоғары сезімталдық, әдетте баяу.

Айырмашылық:

• Күн батареялары (PV жасушалары): Пайдаланылатын электр қуатын белсенді түрде өндіру, энергияны түрлендіру жылдамдығымен өлшенетін тиімділік (мысалы, 15-22% коммерциялық).
• Фотоэлементтер: Ең алдымен сенсорлар/қосқыштар. Шығару - кедергінің өзгеруі немесе шағын сигнал. Сезімталдық, динамикалық диапазон және жауап беру уақыты бойынша бағаланған өнімділік.

Қолданбалар

Күн батареялары мен фотоэлементтердің ерекше функциялары өнеркәсіп салаларында әртүрлі орналастыруға әкеледі.

Өнеркәсіптік және коммуналдық масштабтағы қолданбалар

Күн батареялары (фотоэлектрлік панельдер):

• Коммуналдық масштабтағы күн фермалары: Торлық масштабтағы электр энергиясын өндіру.
• Коммерциялық және өнеркәсіптік шатырлар: Электр қуатының шығындарын азайтып, тұрақтылық мақсаттарына қол жеткізіңіз.
• Қашықтағы өнеркәсіптік операциялар: Тау-кен өнеркәсібі, телекоммуникация және т.б. үшін желіден тыс қуатпен қамтамасыз ету.

Фотоэлементтер:

• Автоматтандырылған басқару жүйелері: Процесті басқаруға арналған сенсорлық жарық, қауіпсіздік перделері.
• Сапаны бақылау және сұрыптау: Өнімдерді анықтау, туралауды тексеру, элементтерді санау.
• Қауіпсіздік және бақылау жүйелері: Қозғалыс детекторларында, периметрлік дабылда қолданылады.
• Көше мен аумақты жарықтандыруды басқару: Сыртқы жарыққа негізделген жарықтандыруды автоматтандыру.

Жаңадан пайда болған және нише қолданбалары

Күн батареялары:

• Тағатын технологиялар және IoT құрылғылары: Қуат немесе батареяның қызмет ету мерзімін ұзарту.
• Ғимаратта біріктірілген фотоэлектрлік құрылғылар (BIPV): Күн батареялары құрылыс материалдары ретінде (терезелер, қасбеттер).
• Тасымалдау: EV-ге, қайықтарға арналған қосалқы қуат; күн машиналары/дрондары үшін негізгі.
• Ауыл шаруашылығы (Агроволтайка): Ауыл шаруашылығы дақылдарымен бірге орналасу; қашықтан суаруға арналған қуат.
• Ғарышты зерттеу: Роверлер мен миссияларға арналған қуат.

Фотоэлементтер:

• Ғылыми-аналитикалық құралдар: спектрофотометрлерде дәл жарықты өлшеу және т.б.
• Жетілдірілген камера жүйелері: Автофокус, ақ баланс, кескінді тұрақтандыру.
• Медициналық құрылғылар: Пульсоксиметрлер, глюкоза мониторлары, жарық терапиясын бақылау.
• Өнерді сақтау: Мұражайлардағы жарық деңгейін бақылаңыз.
• Оптикалық байланыс: талшықты-оптикалық қабылдағыштарды енгізіңіз.

Қорытынды

Күн батареялары мен фотоэлементтер жарық-интерактивті болғанымен, әртүрлі технологиялық мақсаттарға қызмет етеді. Күн батареялары ең алдымен күн сәулесінен электр энергиясын өндіреді жаңартылатын энергия үшін өте маңызды фотоэлектрлік эффект арқылы.

Фотоэлементтер, керісінше әрекет етеді жарық сенсорлары, жарыққа жауап ретінде электрлік қасиеттердің өзгеруі. Бұл автоматты жарықтандыру және камера жүйелері сияқты анықтау, өлшеу және басқару қолданбаларына сәйкес келеді.

Материал таңдаулар осы функцияларды көрсетеді: күн батареяларына арналған кремний (энергияны түрлендіру); CdS немесе фотоэлементтерге арналған арнайы кремний сияқты материалдар (сезімталдық/жауап).

Тиімділік туралы ойлар ерекшеленеді: күн батареялары үшін қуатты түрлендіру пайызы; фотоэлементтердің сезімталдығы мен жауап беру уақыты.

Екі өріс те қарқынды, ҒЗТКЖ тиімділігін, құнын және әмбебаптығын жақсартады. Олардың негізгі айырмашылықтарын түсіну күн энергиясын пайдалану немесе жарыққа жауап беретін жүйелерді енгізу үшін дұрыс технологияны таңдаудың кілті болып табылады.

Күн энергиясының пайдасын барынша арттыру үшін тиімді сақтау маңызды. Deye ESS тамаша шешімдерді ұсынады: Төмен вольтты күн батареяларының сериясы үйлер мен шағын бизнес үшін масштабталатын LFP батареясын қамтамасыз етеді, сонымен бірге Жоғары вольтты (HV) сериясы үлкен коммерциялық және коммуналдық қажеттіліктерді қанағаттандырады. Біздің өнім ұсыныстарын зерттеңіз және бізбен хабарласыңы қосымша ақпарат алу үшін!