Cómo funcionan las fotoceldas: Aquí la respuesta

En este tiempo en donde todos debemos pensar en cuidar y regenerar nuestro planeta, es un excelente momento para conocer las fotoceldas, y todos los beneficios que ellas nos aportan.

fotoceldas

¿Qué son las fotoceldas?

Una fotocélula es un dispositivo electrónico capaz de producir una pequeña cantidad de corriente eléctrica cuando se expone a la luz. Las aplicaciones típicas incluyen, por ejemplo, controlar el encendido y/o apagado de una lámpara o generar suficiente voltaje para recargar una batería, o cualquier otra aplicación que requiera una fuente de voltaje.

Estos dispositivos cuentan con un valor en ohmios, el cual varía dependiendo de los cambios de iluminación a los que sean expuestos; esto se debe porque las fotoceldas están elaboradas con un material que es sensible a la luz, por lo que cuando ella incide en su superficie, sucede una reacción química que produce un cambio en su resistencia eléctrica.

Características

La fotocélula es conocida por estar compuesta por una fotocélula LDR estándar, esto quiere decir, que cuando una gran cantidad de luz incide sobre ella, tiene la propiedad de bloquear el flujo de corriente. Esta característica de reducir la resistencia a más luz se debe en gran parte a las células de cadmio, que la componen; y este material es lo que le permite ser muy cotizada en la electrónica.

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Además de esta importante característica, las fotoceldas también cuentan con otras que mencionamos a continuación

  • Básicamente, una fotocélula consiste en una resistencia que cambia su valor de resistencia en presencia de luz
  • Sus valores de resistencia LDR se dan en Ohmios y fluctúan entre 1 MΩ y 100Ω
  • Son elementos de control automático
  • También están compuestos por un relé

¿Cómo funciona una fotocelda?

Para que la fotocélula funcione, debe tener una conexión de control cerca de la máquina o dispositivo que desea controlar, esta no es una instalación difícil ya que básicamente es como conectar un interruptor a una bombilla.  Una vez hecho esto, la fotocélula puede trabajar de manera eficiente y hacer su trabajo.

Las células fotovoltaicas convierten la luz solar en energía eléctrica, que se conduce a través de un cable a las baterías, donde se almacena hasta que se necesita. En su camino hacia las baterías, la corriente fluye a través del controlador, que corta el flujo de corriente cuando las baterías están completamente cargadas.

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Para algunos dispositivos, la electricidad se puede utilizar directamente de las baterías. Este tipo de corriente se conoce como “corriente continua” o “CC” y puede alimentar dispositivos como

  • Luces de coche
  • Estación de radio
  • Televisores portátiles
  • Luces parpadeantes

Para controlar la mayoría de los dispositivos que encontramos en el hogar, es necesario utilizar corriente alterna o AC, que es producida por un inversor que convierte la corriente continua (DC) en corriente alterna (AC).

Las principales ventajas de usar las fotoceldas son la producción constante de energía, una larga vida útil y un mantenimiento mínimo.

Las células fotovoltaicas vienen en una variedad de tamaños y se clasifican según la producción de vatios por hora de luz solar efectiva. Así, si tenemos una fotocélula con una capacidad de 50 vatios por día con 5 horas de luz solar, entonces produce 250 vatios por día. Dado que la posición del sol en el cielo varía a lo largo del año (más alta en verano y más baja en invierno), se recomienda ajustar el ángulo de la fotocélula según la temporada.

La regla es siempre colocar las celdas perpendiculares al sur, y en invierno su ángulo de latitud es más 15 ° y en verano – 15 °. En términos industriales, el uso de células solares se divide en dos categorías generales

  • La detección se puede realizar sobre una base de todo o nada, cuando el circuito de la fotocélula tiene solo dos estados de salida que indican la presencia o ausencia de un objeto, este tipo de detección se utiliza para contar las piezas que se mueven a lo largo de una cinta transportadora, o para evitar que el mecanismo funcione si el operador no está fuera de la luz de trabajo.
  • Detectar el grado de transparencia (capacidad de transmitir luz) o el grado de luminosidad (capacidad de generar luz) de un líquido o sólido. En estas aplicaciones, el proceso se organiza de modo que la translucidez o el brillo sea una variable importante del proceso. Ejemplos de variables que se pueden medir de esta manera son la densidad, la temperatura y la concentración de un compuesto químico en particular.

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Propósito

El propósito principal de una fotocélula es crear energía eléctrica, y esto sucede principalmente cuando la luz solar pasa a través de ella; esta contiene fotones que, al estar dentro del dispositivo, ingresan a los semiconductores y conducen a este tipo de energía renovable, la cual es muy útil para diversos dispositivos.

Tipos de fotoceldas

Las fotocélulas están fabricadas con materiales simples, son muy fáciles de encontrar en el entorno y son muy sensibles a la luz, por lo que cuando aparece algún tipo de luz sobre ellas, sufren una reacción que cambia su resistencia eléctrica, generando así una cierta cantidad de energía. De acuerdo a la función, existen varios tipos de fotoceldas

Celdas fotovoltaicas

Una celda fotovoltaica es un dispositivo electrónico que convierte la energía luminosa en energía eléctrica. Esto quiere decir, que absorbe fotones de luz para liberar electrones, que puede utilizar en una corriente eléctrica. Los paneles solares no son más que unas pocas células que trabajan juntas para generar más potencial eléctrico.

La historia de las celdas fotovoltaicas comenzó con el descubrimiento del efecto fotoeléctrico en 1839 por el francés Alexander-Edmond Becquerel, quien colocó cloruro de plata en una solución ácida, lo iluminó y le conectó electrodos de platino, creando así una corriente eléctrica.

Estos tipos de celdas también se denominan células solares debido a la forma en que pueden generar energía a partir de los rayos del sol.

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Fotoconductor

Este tipo de dispositivo tiene una variable que cambia la resistencia eléctrica a la que es sometido, esto dependerá principalmente de la intensidad de la luz que incide en su superficie, este tipo de dispositivo está fabricado con un material que es semiconductor, el cual se encarga de absorber la luz, generando que los fotoconductores están llenos de electrones. Estos dispositivos se utilizan comúnmente en radios eléctricas y alumbrado público.

Celdas Golay

Esta fotocelda es un tipo de detector optoacústico, que consiste en una carcasa llena de gas con material absorbente de infrarrojos y una membrana flexible.

Cuando absorbe la radiación infrarroja, calienta el gas y hace que se expanda, y como resultado del aumento de presión, la membrana se deforma.

La luz reflejada de la membrana es detectada por el fotodiodo y el movimiento de la membrana cambia la señal en el fotodiodo. El concepto fue descrito originalmente en 1947 por Marcel J. E. Golei, de quien recibió su nombre.

La celda Golay tiene una alta sensibilidad y una respuesta plana en un rango de frecuencia muy amplio. El tiempo de respuesta es modesto, alrededor de 10 ms. El rendimiento del detector se degrada por la vibración mecánica.

Fotomultiplicadores

Un fotomultiplicador es un dispositivo que detecta la luz con alta sensibilidad. Básicamente, consta de un elemento (fotocátodo), en el que se forma un electrón (fotoelectrón)   que, debido al campo eléctrico creado por una tensión externa, se acelera en la dirección de una fila de electrodos.

Este fotoelectrón inicial se multiplica en diferentes etapas a su paso por los dinodos, recibiendo una corriente notable en el último (ánodo), que puede formar un pulso de voltaje detectable a una resistencia de carga adecuada.

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Los fotones producidos por el centelleador después de detectar el haz  gamma se emiten en unos pocos microsegundos, y la respuesta general del fotomultiplicador consiste en un solo pulso de amplitud proporcional a este número de fotones y, por lo tanto, también proporcional a la energía depositada.

Diferencia entre fotocelda y panel solar

En este punto cabe destacar las diferencias entre fotocélula y panel solar, ya que si bien pueden verse iguales, los dos son objetos completamente diferentes.

Como ya mencionamos antes, básicamente, una fotocélula consiste en una resistencia que cambia su valor de resistencia en presencia de luz; mientras que el panel solar, por otro lado, es un dispositivo que absorbe los rayos del sol y los convierte en electricidad.

Por tanto, la principal diferencia radica en la utilidad tanto de los dispositivos electrónicos como en su capacidad para recibir o controlar la energía. Mientras que la fotocelda necesita el sol para generar energía, el panel solar requiere de cualquier rayo de luz para controlarla.

Por ejemplo, si usted desea trabajar con la luz solar para obtener energía, los paneles solares son la mejor opción; sin embargo, las fotoceldas pueden generar energía eléctrica al exponerse a la luz solar, y son de gran importancia en la vida humana, ya que al usarla se ahorra mucha energía, y estos dispositivos son económicos y muy fáciles de conseguir.

Hoy en día existen varias alternativas al uso de fuentes de energía renovables y limpias en la industria y las comunicaciones, estas fuentes de energía aseguran un desarrollo sustentable que beneficie a los seres humanos y al medio ambiente, por esta razón, se anima a las personas a ser conscientes de esta tecnología.

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¿Cuáles son los usos de la fotocelda?

Este tipo de tecnología, por complicada que parezca, se utiliza hoy en día a diestra y siniestra.

Las fotoceldas se utilizan para controlar automáticamente objetos eléctricos específicos, por ejemplo, sistemas de alumbrado público que miden la cantidad de luz en una habitación. Al hacerlo, pueden determinar por sí mismos cuándo encender la luz y cuándo no.

También se puede ver el uso de fotocélulas en placas de circuitos impresos electrónicos para el conteo de personas, La fotocélula permite y prohíbe el paso de la electricidad cuando la luz se atenúa al caminar; estas vibraciones eléctricas se miden mediante otros mecanismos, lo que permite contar a las personas.

Lo mismo se aplica a las alarmas en términos generales, pueden activarse o desactivarse en un momento determinado simplemente mediante el uso de fotoceldas.

Pero su uso no termina ahí, ya que también se pueden utilizar en otros equipos como cámaras o teléfonos móviles. Al usar una o más fotocélulas, estos dispositivos electrónicos pueden ahorrar más energía en sus baterías. Esto evita no solo la sobrecarga, sino también el ahorro de electricidad, lo cual resulta muy útil.

Para su uso básicamente, necesita conectar una fuente de alimentación de 120 a 220 voltios, puede conectar el contacto restante al dispositivo que desea controlar, por ejemplo, una bombilla que está en contacto con el relé.

La energía que puede soportar una fotocelda varía en función del relé utilizado, dado que es posible que tengan una potencia nominal de hasta 1800W, lo que significa que pueden alimentarla hasta 15 lámparas de 100W.

Aplicaciones

Se pueden tener diferentes aplicaciones para una fotocélula, dándole diferentes usos en función del tipo de trabajo que se desee realizar con la salida de electricidad que se genera a partir de la luz solar, entre las principales aplicaciones se encuentran

  • Controla el encendido o apagado de ciertos dispositivos (generalmente bombillas)
  • Producir el voltaje necesario para recargar dispositivos eléctricos como una batería o cualquier otra fuente de voltaje
  • En muchos casos, su función se utiliza para beneficio público, es decir, regular el alumbrado público para que el alumbrado se apague y se encienda cuando corresponda
  • También tienen algún uso para circuitos de medición electrónicos de varios dispositivos y personas

Las fotoceldas y su importancia en el mundo

El sol es la fuente de la vida y dio origen a otras formas de energía que el hombre ha utilizado a lo largo de su historia, puede satisfacer todas nuestras necesidades, y recordar que es vital para la existencia de vida en nuestro planeta, si aprendemos a utilizar racionalmente la luz que constantemente nos brinda el sol, podremos tener una mejor relación y un mejor desarrollo con el medio ambiente.

Con todo esto, queda claro que la fotocélula es un invento que permanece, su importancia en el mundo radica en el hecho innegable de que puede conducir a tecnologías nuevas y emocionantes.

La automatización está cada vez más de moda, lo que facilita enormemente el estrés manual y mecánico de una persona. Detalles como este son el mayor ejemplo de cómo la autonomía es el futuro de la tecnología y la energía eléctrica.

La importancia de estas fuentes de energía limpias radica en que muchas áreas de otras profesiones, aunque no tengan nada que ver con el medio ambiente, se involucran y se esfuerzan por desarrollarse de manera óptima con él, en este caso computadoras con la invención o creación de tecnologías que, aunque hoy puede que no esté disponible para todos, pero en el futuro todos podremos usarlos y disfrutarlos.

De hecho, una persona ni siquiera utiliza una cuarta parte de su potencial intelectual, y sería genial si pudiéramos poner todo nuestro intelecto y voluntad en el cuidado y preservación del único planeta que tenemos, y que, lamentablemente, a lo largo de los años y en contraste de nuestra evolución es cada vez peor.

¿Qué es una fotorresistencia LDR?

Una fotorresistencia LDR es un componente eléctrico que tiene una resistencia que puede variar en magnitud cuando entra en contacto con diferentes intensidades de luz.

Consiste en una celda fotorreceptora y dos espaciadores; cuando esta célula ya no percibe un cierto nivel de luz (es decir, cuando cae por debajo de un lumen mínimo predeterminado), hace contacto y la luz se enciende.

El componente principal de la fotorresistencia es el sulfuro de cadmio (CdS). Este componente químico es un semiconductor capaz de variar su resistencia en función de la cantidad de luz reflejada en él.

Cuanto mayor sea la intensidad de la luz incidente sobre el sulfuro de cadmio, menor será la resistencia, es decir, más fácil se mueven los electrones. Vale la pena saber que el cambio de resistencia durante cambios repentinos de iluminación no ocurre a la misma velocidad, sino que se retrasa.

Desventajas de las fotoceldas

Aunque hemos hablado de todos los beneficios que nos aportan las fotoceldas, no podemos concluir este post, sin mencionarle las desventajas de estos dispositivos.

  • Respuesta espectral estrecha (sensibilidad del fotorresistor a diferentes tipos de ondas de luz)
  • Influencia de la histéresis (tendencia a mantener el estado de salida; inercia o retraso)
  • Estabilidad a baja temperatura para los materiales más rápidos. El cambio en el valor de resistencia tiene un retardo diferente si se transmite de oscuro a claro o de claro a oscuro; esto limita el uso del OTDR en aplicaciones donde la señal de luz cambia rápidamente
  • Respuesta lenta a materiales estables
  • No linealidad entre resistencia e iluminación

Como hemos podido constatar a lo largo de este post, las fotoceldas son unos dispositivos que favorecen sobremanera no solo nuestra economía, sino también el medio ambiente, por ello le instamos en la medida de sus posibilidades, a hacer uso de ellas en su hogar y oficina.

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