Fotocelda

Una fotocelda es un dispositivo electrónico que transforma la energía luminosa (los fotones) en electricidad (electrones) a partir del efecto fotovoltaico, se elaboran a partir de materiales sensibles a la luz.

Una fotocelda es un dispositivo electrónico de control automático que cierra o abre un circuito dependiendo de la intensidad de la luz procesada por una fotorresistencia (cerrado cuando está oscuro, abierto cuando está claro). Se utiliza ampliamente en el control del alumbrado público en plazas, carreteras y autopistas.

Qué es una fotocelda

Una fotocelda es un dispositivo electrónico que transforma fotones en energía eléctrica, en forma de voltios. Pueden calibrarse y detectan un espectro amplio de niveles de luz produciendo una cantidad variable de electricidad.

Las fotoceldas tienen un nivel alto de durabilidad, son de pequeño tamaño y bajo costo. Se fabrican, en general, a partir de silicio, el material más comúnmente usado y obtenido por reducción de la sílice, compuesto abundante en la corteza de la Tierra, en la arena o en el cuarzo.

Para obtener grado de semiconductor el silicio metalúrgico, puro al 98% (se obtiene de pedazos de piedras de cuarzo provenientes de un filón mineral), se purifica mediante procedimientos químicos (Lavado y Decapado) hasta que la concentración de impurezas es inferior al 0.2 partes por millón.

Características de las fotoceldas

• Las fotoceldas se componen de un material afín al efecto fotoeléctrico, es decir, un material que absorbe fotones de luz y emite electrones. Cuando estos son capturados, el resultado es una corriente eléctrica susceptible de ser utilizada como electricidad.
• Las fotoceldas tienen una eficiencia de conversión media que está entre el 11 y 12%, en el caso de células producidas con silicio monocristalino, ampliamente disponibles en el mercado.
• Sin embargo, de acuerdo con la tecnología que se utilice puede variar desde el 6% de las células de silicio amorfo hasta el 14 y 19% de las células hechas a partir de silicio monocristalino.
• Adicionalmente, existen celdas multicapa, generalmente elaboradas a partir de Arseniuro de galio, que son capaces de alcanzar eficiencias del 30%. Incluso, en laboratorio se ha llegado a superar el 42% con paneles experimentales.
• La vida útil promedio a máximo rendimiento de estas fotoceldas, está ubicada alrededor de los 25 años, momento en el cual la potencia entregada comienza a disminuir.

Cómo funciona una fotocelda

Una fotocelda requiere una conexión por dos de sus tres contactos a una fuente de voltaje, esta fuente de alimentación puede ser de 110 o 220 voltios. El contacto restante va conectado al dispositivo que se pretende controlar con la fotocelda.

Un ejemplo es el sistema de alumbrado público regulado por una fotocelda, en un diagrama del circuito, el contacto es interrumpido por un dispositivo electromagnético que abre o cierra dicho circuito cuando recibe una corriente eléctrica (este dispositivo es el comúnmente llamado relé).

Respecto a la potencia de operación de las fotoceldas, es variable y dependen del relé que se use. Va desde una potencia entre 1500 W y 1800 Wque pueden alimentar aproximadamente de 15 a 18 bombillas de 100 W cada una.

El funcionamiento general de un semiconductor expuesto a la luz, sucede lo siguiente: un fotón de energía arranca un electrón, creando al pasar un “hueco”. Así es, el electrón ubica rápidamente un hueco para volver a llenarlo, y la energía suministrada por el fotón, se disipa.

El principio es obligar a los electrones y los huecos a avanzar para el lado opuesto del material en lugar de recombinarse en él, produciendo una diferencia de potencial -y de tensión- entre las dos partes del material, análogo a como sucede en una pila.

Tipos de fotoceldas

Entre los tipos de fotoceldas podemos mencionar:

Celdas fotovoltaicas

Las celdas fotovoltaicas son utilizadas en paneles solares para transformar energía solar en electricidad. Los fotones provenientes de la luz del sol colisionan con los electrones de la celda fotovoltaica y se hace más energética.

A medida que la celda fotovoltaica sea más energética y más alta sea la cantidad de electrones afectados, se dispondrá de más cantidad de energía eléctrica para usar. Los conductores eléctricos se unen a las celdas fotovoltaicas capturando electrones en forma de corriente.

Las Celdas Golay

Funcionan como sensores de luz de alta eficiencia, en general utilizados para la detección de luz infrarroja. Las constituyen cilindros de metal con una lámina metálica oscurecida en una punta, además de una membrana flexible en la otra, contienen gas xenón que incrementa su temperatura cuando la luz infrarroja golpea en la lámina de metal.

El gas que se calienta se expande, la presión en el cilindro origina que la membrana modifique su forma. Luego, una lámpara brilla en la membrana y se produce la separación de la fotocelda usada para medir la salida de la celda Golay. Así, se mide la cantidad de radiación infrarroja que se haya producido.

Para qué sirven las fotoceldas

Veamos algunas de las aplicaciones más usuales otorgadas a las fotoceldas:

• Son utilizadas para el control de encendido y apagado de una lámpara.
• Las fotoceldas se usan en la producción del voltaje requerido para recargar una batería o como fuente de voltaje de múltiples dispositivos.
• Son frecuentemente establecidas como control del encendido automático del alumbrado público.
• Fungen como circuitos contadores electrónicos de objetos y personas.
• Las fotoceldas son versátiles a la hora de convertir la energía solar en electricidad.
• Las fotoceldas a veces se emplean solas para la iluminación de un jardín, en las calculadoras.
• Es posible utilizarlas agrupadas en paneles solares fotovoltaicos.
• Se utilizan para reemplazar baterías (la energía de las baterías es más costosa para el usuario), de aparatos como relojes, una lámpara, etc.
• Se puede aumentar su rango de utilización almacenándola en un condensador o pilas. Para almacenar energía se coloca un diodo en serie para evitar la descarga del sistema durante la noche.
• Se usan en la producción de electricidad para aplicaciones como satélites, parquímetros, entre otros. Para la alimentación de hogares o redes públicas en el caso de una central solar fotovoltaica.

Preguntas Frecuentes sobre Fotocelda