Vad är skillnaden mellan solcell och fotocell

Solceller och fotoceller använder båda ljus, men för olika uppgifter. Solceller (eller fotovoltaiska celler) omvandla solljus direkt till elektricitet, vilket driver allt från hem till små prylar. Fotoceller, å andra sidan, är ljusdetektorer; de känner av ljusförändringar för att styra enheter som automatiska gatubelysningar eller kamerainställningar, men producerar inte betydande ström.

Solceller är energigeneratorer och fotoceller är ljusdetektorer. Båda utnyttjar ljus, var och en på sitt specialiserade sätt, vilket främjar effektivare och miljömedvetnare lösningar.

Viktiga takeaways

• Fungera:Solceller genererar elektricitet, fotoceller detekterar ljus.
• Produktion:Solceller producerar användbar energi medan fotoceller signalerar ljusförändringar.
• Applikationsfokus:Solceller för energiförsörjning; fotoceller för avkänning/omkoppling.
• Material:Solceller använder ofta kisel medan fotoceller använder olika ljuskänsliga material.
• Prestanda:Solcellers effektivitet är effektomvandling; fotocellers prestanda är känslighet/respons.
• Spektrum:Solceller använder ett brett ljusspektrum; fotoceller kan rikta in sig på specifika våglängder.
• Evolution:Båda teknikerna utvecklas för bättre effektivitet, kostnad och tillämpningar.

Introduktion till solceller och fotovoltaiska celler

Solceller och fotovoltaiska celler är viktiga tekniker inom förnybar energi och ljusdetektering, där de omvandlar solljus till elektricitet eller elektriska signaler.

Definiera solceller

A solcell hänvisar i stort sett till en elektrisk anordning som omvandlar ljusenergi direkt till elektricitet. Dessa halvledaranordningar, vanligtvis kisellager med olika elektriska egenskaper, skapar ett internt elektriskt fält. När solljus (fotoner) träffar cellen frigör fotonenergi elektroner, och det interna fältet driver dessa elektroner och skapar ström.

Blanketterna inkluderar:

• Monokristallina kiselcellerEnkel kiselkristall, högsta effektivitet (15-22% kommersiell), enhetligt utseende.
• Polykristallina kiselcellerFlera kiselfragment, något lägre effektivitet (13-16%), lägre kostnad.
• TunnfilmssolcellerTunna lager av material som amorft kisel (a-Si), kadmiumtellurid (CdTe) eller kopparindiumgalliumselenid (CIGS); flexibel, mindre material, ofta lägre effektivitet.

Definiera fotovoltaiska celler

Termen solcell (PV) är i huvudsak synonymt med "solcell" för energiproduktion. "Fotovoltaisk" (från grekiska "phos" - ljus och "voltaisk" - elektricitet) beskriver den direkta omvandlingsprocessen från ljus till elektricitet.

PV-celler fungerar via den fotovoltaiska effekten, observerad av Edmond Becquerel år 1839. En typisk cell har p-typ (positiva laddningsbärare) och n-typ (negativa laddningsbärare) halvledarlager som bildar en pn-övergång, vilket skapar ett elektriskt fält. Solljus exciterar elektroner och skapar elektronhålpar. Fältet separerar dessa par och driver elektroner för att skapa en ström i en extern krets. Moderna PV-celler använder flerövergångsdesigner och ytstruktur för att öka effektiviteten.

Historisk utveckling av sol- och solcellsteknik

Edmond Becquerel dokumenterade först fotovoltaisk effekt år 1839. År 1883 byggde Charles Fritts den första solid-state-solcellen med selen, och uppnådde en effektivitet på <1%.

Det avgörande genombrottet kom 1954 på Bell Laboratories, där Daryl Chapin, Calvin Fuller och Gerald Pearson utvecklade den första praktiska kiselsolcellen (med en effektivitet på runt 6%). Detta väckte intresse, särskilt för att driva satelliter.

Från 1970- och 1990-talen fokuserade forskningen på att förbättra effektiviteten och minska kostnaderna:

• 1980-taletIntroduktion av multi-junction celler.
• 1990-taletFramsteg inom tunnfilmsteknikeroch tidigt byggnadsintegrerade solceller (BIPV).

I början av 2000-talet nådde kommersiella panelers effektivitet 15–20%. Nyligen uppnåddes laboratorieeffektiviteter för specialiserade celler som överstigit 40%. Nuvarande innovationer inkluderar perovskit solceller, vilket lovar hög effektivitet och lägre tillverkningskostnader.

Design och komposition

Fotovoltaiska celler (för kraft) och fotoceller (för detektering) har olika design och materialsammansättningar som återspeglar deras funktioner. PV-celler är optimerade för energigenerering, fotoceller för känslig ljusdetektering.

Materialsammansättning av fotovoltaiska celler

PV-celler använder huvudsakligen halvledare, med kisel (Si) är vanligast.

• Monokristallint kiselHögre effektivitet, dyrare.
• Polykristallint kiselBilligare, något lägre effektivitet.
• TunnfilmscellerMaterial som CdTe, CIGARETTER, eller a-Si; mindre material, flexibel.

Dessa material är valda för optimal fotovoltaiska egenskaper, absorberar ett brett solspektrum och genererar effektivt laddningsbärare. Avancerad multi-junction (tandem) celler stapla olika halvledare för att fånga olika våglängder, vilket ökar effektiviteten. Perovskites är ett lovande forskningsområde.

Strukturella skillnader och likheter

Fotoceller har generellt enklare konstruktioner än kraftgenererande solceller.

• En typisk fotocell (t.ex. fotoresistor)har ett ljuskänsligt material (selen, CdS, PbS) på ett isolerande substrat med ledande kontakter, optimerat för resistansförändring eller generering av små signaler.

Solceller för energi kräver en komplex lagerstruktur:

1. Skyddande inkapsling(t.ex. glasfront, slitstark baksida).
2. Antireflexbeläggningför att maximera ljusabsorptionen.
3. Metallkontakter(främre rutnät, bakre lager) för att samla ström.
4. PN-övergången(kärnans p-typ och n-typ lager) där den fotovoltaiska effekten uppstår.

Medan båda använder halvledare, prioriterar solceller att maximera den aktiva ytan för energiomvandlingseffektivitetFotoceller prioriterar detektionskänslighet, svarstid, och ofta spektral selektivitet.

Arbetsprinciper

Solceller och fotoceller interagerar med ljus men fungerar enligt olika principer som dikterar deras ljusomvandlingsmetoder och utdata.

Hur fotovoltaiska celler omvandlar ljus till elektricitet

PV-celler fungerar via fotovoltaisk effektProcessen är konstruerad av halvledare (vanligtvis kisel) som bildar en pn-övergång med ett internt elektriskt fält:

1. LjusabsorptionFotoner med tillräcklig energi absorberas.
2. Generering av elektron-hålparAbsorberad energi skapar elektron-hål-par.
3. LaddningsseparationPn-övergångens elektriska fält separerar dessa par.
4. Nuvarande generationElektroner flödar genom en extern krets och skapar likström.

Nyckelkomponenter: ljusabsorberande halvledarskikt, antireflexbeläggning, metallkontakter, substrat och inkapsling.

Jämförande analys av arbetsmekanismer

Fotoceller (fotodetektorer, LDR) fungerar på fotoelektrisk effekt eller fotokonduktiv effekt, detekterar ljus och reagerar genom att ändra resistans eller producera en liten elektrisk signal, inte betydande effekt.

Typer av fotocellmekanismer:

• Fotoresistorer (LDR)Motstånd minskarmed ökande ljusintensitet.
• FotodioderHalvledar-pn-övergångar; kan generera en liten spänning (fotovoltaiskt läge) eller, vanligare för avkänning (fotokonduktivt läge), deras backström ökar med ljusintensiteten. Snabb respons.
• FototransistorerLjusstyrda transistorer; fotoner genererar basström, som förstärker kollektorströmmen. Högre känslighet än fotodioder, generellt långsammare.

Skillnaden:

• Solceller (PV-celler)Producerar aktivt användbar elektrisk kraft, effektivitet mätt i energiomvandlingshastighet (t.ex. 15-22% kommersiell).
• FotocellerPrimärt sensorer/brytare. Utgången är en resistansförändring eller liten signal. Prestanda värderas utifrån känslighet, dynamiskt omfång och svarstider.

Ansökningar

Solcellers och fotocellers olika funktioner leder till olika användningsområden inom olika branscher.

Industriella och allmännyttiga tillämpningar

Solceller (fotovoltaiska paneler):

• Solcellsparker i stor skalaGenerera el i nätskala.
• Kommersiella och industriella takMinska elkostnaderna och uppnå hållbarhetsmålen.
• Fjärrstyrd industriell verksamhetTillhandahålla ström från elnätet för gruvdrift, telekom etc.

Fotoceller:

• Automatiserade styrsystemSensing-ljus för processkontroll, säkerhetsridåer.
• Kvalitetskontroll och sorteringIdentifiera produkter, verifiera uppriktning, räkna artiklar.
• Säkerhets- och övervakningssystemAnvänds i rörelsedetektorer, perimeterlarm.
• Gatu- och områdesbelysningskontrollAutomatisera belysning baserat på omgivande ljus.

Framväxande och nischade applikationer

Solceller:

• Bärbar teknik och IoT-enheter: Strömförsörjning eller förlängning av batteritiden.
• Byggnadsintegrerade solceller (BIPV)Solceller som byggmaterial (fönster, fasader).
• TransportHjälpkraft för elbilar och båtar; primärt för solcellsbilar/drönare.
• Jordbruk (agrivoltaik)Samlokalisering med grödor; ström för fjärrbevattning.
• RymdutforskningKraft för rovers och uppdrag.

Fotoceller:

• Vetenskapliga och analytiska instrumentPrecisionsljusmätning i spektrofotometrar etc.
• Avancerade kamerasystemAutofokus, vitbalans, bildstabilisering.
• Medicinska apparaterPulsoximetrar, glukosmonitorer, ljusterapikontroll.
• KonstvårdÖvervaka ljusnivåerna i museer.
• Optisk kommunikationMata in fiberoptiska mottagare.

Slutsats

Solceller och fotoceller, även om båda är ljusinteraktiva, tjänar olika tekniska syften. Solceller primärt generera elektricitet från solljus via den solcellseffekten, avgörande för förnybar energi.

Fotoceller, omvänt, agera som ljussensorer, som ändrar elektriska egenskaper som svar på ljus. Detta passar för detekterings-, mätnings- och styrtillämpningar som automatisk belysning och kamerasystem.

Material Valen återspeglar dessa funktioner: kisel för solceller (energiomvandling); material som CdS eller specialiserat kisel för fotoceller (känslighet/respons).

Effektivitetsöverväganden skiljer sig åt: effektomvandlingsprocent för solceller; känslighet och svarstid för fotoceller.

Båda områdena är dynamiska, med kontinuerlig forskning och utveckling som förbättrar effektivitet, kostnader och mångsidighet. Att förstå deras grundläggande skillnader är nyckeln till att välja rätt teknik för att utnyttja solenergi eller implementera ljuskänsliga system.

För att maximera fördelarna med solenergi är effektiv lagring nyckeln. Deye ESS erbjuder utmärkta lösningar: Lågspänning (LV) solbatteriserie tillhandahåller skalbar LFP-batterilagring för hem och småföretag, medan Högspänning (HV)-serien tillgodoser större kommersiella och allmännyttiga behov. Utforska våra produkterbjudanden och kontakta oss för mer information!