Inhoud

• Waaruit bestaat een fotocel?
• Invoering
• Wat zijn de onderdelen van een fotocel?
• Soorten fotocellen
• Wat zijn de werkingsprincipes van fotocellen voor verlichtingssystemen?
• Samenvatting
• Referenties

Invoering

Inzicht in de componenten van een fotocel is essentieel om de rol ervan in de verlichtingsindustrie te begrijpen. Een fotocel, ook wel foto-elektrische sensor of lichtsensor genoemd, bestaat uit verschillende belangrijke elementen waarmee deze de omgevingslichtniveaus kan detecteren en de verlichting dienovereenkomstig kan aanpassen. Door de anatomie van een fotocel te bestuderen, krijgen we inzicht in de functionaliteit en het belang ervan binnen verlichtingssystemen.

Samengesteld uit halfgeleidermaterialen zoals cadmiumsulfide (CdS) De kernstructuur van een fotocel, gemaakt van silicium, maakt de omzetting van lichtenergie in elektrische signalen mogelijk. Nader onderzoek onthult aanvullende elementen zoals een beschermende behuizing, bedradingsaansluitingen en een besturingscircuit. In deze handleiding ontleden we de samenstelling van een fotocel en onderzoeken we de rol van elk onderdeel bij het mogelijk maken van efficiënte en geautomatiseerde lichtregeling.

Wat zijn de onderdelen van een fotocel?

Fotocellen, ook wel fotoweerstanden genoemd, of lichtgevoelige weerstanden (LDR's), Ze spelen een cruciale rol bij het aansturen van verlichtingssystemen op basis van de hoeveelheid omgevingslicht. Hieronder een overzicht van de belangrijkste componenten:

Halfgeleidermateriaal

In het hart van een fotocel bevindt zich een halfgeleidermateriaal, meestal cadmiumsulfide (CdS) of cadmiumselenide (CdSe). Deze materialen hebben een unieke eigenschap: hun elektrische weerstand verandert als reactie op variaties in de intensiteit van het invallende licht.

Inkapseling

Om het gevoelige halfgeleidermateriaal te beschermen tegen omgevingsfactoren zoals vocht en verontreinigingen, worden fotocellen ingekapseld in een behuizing. Deze inkapseling garandeert de lange levensduur en betrouwbaarheid van het apparaat.

Elektroden

Fotocellen hebben twee elektroden die verbonden zijn met het halfgeleidermateriaal. Deze elektroden zorgen ervoor dat er stroom door de halfgeleider kan lopen wanneer deze aan licht wordt blootgesteld. De ene elektrode is meestal gemaakt van een geleidend materiaal zoals metaal, terwijl de andere een transparante geleider kan zijn, zoals bijvoorbeeld een halfgeleider. indiumtinoxide (ITO).

Verbindingskabels

Aansluitdraden zijn draden die aan de elektroden zijn bevestigd, waardoor de fotocel in een circuit kan worden geïntegreerd. Deze draden maken de overdracht van elektrische signalen mogelijk tussen de fotocel en andere componenten van het verlichtingssysteem, zoals een besturingseenheid of voeding.

Beschermende coating

In sommige gevallen wordt een beschermende laag aangebracht op het halfgeleidermateriaal om het verder te beschermen tegen invloeden van buitenaf en de duurzaamheid te verhogen. Deze coating kan ook helpen bij het optimaliseren van de lichtgevoeligheid van de fotocel.

Huisvesting

De fotocel bevindt zich in een stevige behuizing of omhulsel, Dit biedt niet alleen fysieke bescherming, maar maakt ook eenvoudige installatie en montage in diverse verlichtingsarmaturen of besturingssystemen mogelijk.

Optisch filter (optioneel)

Afhankelijk van de specifieke toepassing en omgevingsomstandigheden kan een fotocel een optisch filter bevatten om de golflengten van het licht dat het halfgeleidermateriaal kan bereiken te beperken. Dit filter helpt bij het nauwkeurig afstemmen van de responsiviteit van de fotocel op specifieke lichtbronnen of omgevingsomstandigheden.

Door deze componenten te combineren, detecteren fotocellen effectief veranderingen in lichtniveaus en regelen ze de werking van verlichtingssystemen dienovereenkomstig. Dit draagt bij aan energie-efficiëntie, veiligheid en gebruiksgemak bij diverse binnen- en buitenverlichtingstoepassingen.

Soorten fotocellen 

1. Cadmiumsulfide (CdS) fotocellen

Cadmiumsulfide-fotocellen zijn een van de meest voorkomende typen. Ze werken door hun weerstand aan te passen aan de hoeveelheid licht die erop valt. In het donker is hun weerstand hoog en naarmate er meer licht is, neemt hun weerstand af. Deze verandering in weerstand wordt gebruikt om de verlichting aan en uit te schakelen, waardoor ze ideaal zijn voor buitenverlichting zoals straatlantaarns en beveiligingslampen.

2. Fotodiodes

Fotodiodes zijn halfgeleidercomponenten die een stroom opwekken wanneer ze aan licht worden blootgesteld. Ze zijn sneller en gevoeliger dan CdS-fotocellen, waardoor ze geschikt zijn voor toepassingen waar snelle reactietijden vereist zijn, zoals in automatische belichtingsregelingssystemen voor camera's en optische communicatieapparatuur.

3. Fototransistoren

Net als fotodiodes genereren fototransistors stroom als reactie op licht. Ze hebben echter een ingebouwde transistor die de stroom versterkt, wat zorgt voor een hogere gevoeligheid en een betere signaal-ruisverhouding. Fototransistors worden veel gebruikt in lichtsensoren voor automatische helderheidsregeling in beeldschermen en in nabijheidssensoren voor het detecteren van objecten.

4. Infrarood (IR) fotocellen

Deze fotocellen detecteren infraroodstraling, niet zichtbaar licht. Ze zijn ideaal voor plekken waar de hoeveelheid licht kan variëren door bijvoorbeeld het weer of nabijgelegen gebouwen. IR-fotocellen zorgen voor een stabiele lichtsterkte, waardoor ze perfect zijn voor tuinverlichting of padverlichting waar je een constante verlichting wilt.

5. Ultrasone fotocellen

Deze fotocellen zijn wat geavanceerder. Ze gebruiken ultrasone golven om niet alleen licht te detecteren, maar ook beweging. Ze vormen dus een soort combinatie voor buitenverlichting. Wanneer ze een verandering in licht of beweging detecteren, schakelen ze de verlichting in, wat een extra laag veiligheid en beveiliging biedt.

Elk type fotocel heeft zijn eigen voordelen en beperkingen, waardoor ze geschikt zijn voor verschillende verlichtingstoepassingen op basis van factoren zoals gevoeligheid, reactietijd en omgevingsomstandigheden. Het kiezen van het juiste type fotocel is cruciaal om optimale prestaties en energie-efficiëntie in verlichtingssystemen te garanderen.

Wat zijn de werkingsprincipes van fotocellen voor verlichtingssystemen?

Fotocellen, Fotocellen, ook wel lichtsensoren genoemd, werken op basis van het detecteren van lichtniveaus om verlichtingssystemen aan te sturen. Hieronder een overzicht van hun werkingsprincipes:

Fotocellen bestaan uit een halfgeleidermateriaal dat een elektrische stroom opwekt wanneer het aan licht wordt blootgesteld. Wanneer licht het oppervlak van de fotocel raakt, stimuleert het het halfgeleidermateriaal, waardoor elektronen vrijkomen. Dit creëert een elektrische stroom die evenredig is met de intensiteit van het licht.

De stroom die door het halfgeleidermateriaal loopt, verandert de weerstand ervan. Bij fel licht worden meer elektronen aangeslagen, wat resulteert in een lagere weerstand en een hogere stroomsterkte. Omgekeerd worden bij weinig licht minder elektronen aangeslagen, wat leidt tot een hogere weerstand en een lagere stroomsterkte.

Fotocellen zijn ontworpen met een drempelwaarde die bepaalt bij welk lichtniveau ze een reactie activeren. Deze drempelwaarde kan worden aangepast aan de specifieke eisen van het verlichtingssysteem. Wanneer het omgevingslicht de drempelwaarde overschrijdt, wat duidt op duisternis of weinig licht, activeert de fotocel het verlichtingssysteem.

Daarnaast dient de variatie in stroomsterkte, veroorzaakt door veranderingen in lichtintensiteit, als stuursignaal voor het verlichtingssysteem. Fotocellen worden doorgaans geïntegreerd in lichtregelcircuits, waar het gedetecteerde lichtniveau bepaalt of de verlichting aan, uit of gedimd moet worden.

Een van de belangrijkste voordelen van het gebruik van fotocellen in verlichtingssystemen is hun bijdrage aan energie-efficiëntie. Door de lichtopbrengst automatisch aan te passen aan de omgevingslichtniveaus, zorgen fotocellen ervoor dat de verlichting alleen wordt ingeschakeld wanneer dat nodig is. Dit leidt tot een lager energieverbruik en minimaliseert lichtverspilling.

Fotocellen zijn bovendien veelzijdig en kunnen in diverse binnen- en buitenomgevingen worden ingezet. Ze zijn in staat om de hoeveelheid natuurlijk licht nauwkeurig te meten, waardoor ze de kunstmatige verlichting daarop kunnen aanpassen. Deze aanpasbaarheid maakt ze geschikt voor toepassingen variërend van straatverlichting tot binnenruimtes.

Door hun solid-state constructie en eenvoudige werkingsprincipe zijn fotocellen betrouwbare componenten in verlichtingssystemen. Ze hebben een lange levensduur en vereisen minimaal onderhoud, waardoor ze een kosteneffectieve oplossing zijn voor het regelen van verlichting in zowel woon- als bedrijfsruimten.

Samenvatting

Een fotocel bestaat in essentie uit slechts enkele componenten, waaronder een fotoweerstand en een behuizing. De fotoweerstand, ook wel lichtgevoelige weerstand (LDR) genoemd, is het hart van de fotocel en detecteert veranderingen in lichtintensiteit. De fotocel is ingekapseld in beschermend materiaal, waardoor de delicate componenten worden afgeschermd van omgevingsinvloeden en een betrouwbare werking wordt gegarandeerd. Inzicht in de interne architectuur van een fotocel geeft inzicht in de mechanische werking ervan.

Referenties 

• https://en.wikipedia.org/wiki/Cadmium_sulfide
• https://www.electricity-magnetism.org/light-dependent-resistors-ldrs/
• https://en.wikipedia.org/wiki/Indium_tin_oxide