Celdas fotoconductivas

I.- FUNDAMENTO TEORICO

CELDAS FOTOCONDUCTIVAS

La celda fotoconductiva es un dispositivo semiconductor de dos terminales cuya resistencia terminal variará (linealmente) con la intensidad de la luz incidente. Por razones obvias, con frecuencia se llama dispositivo fotorresistivo.

celdas fotoconductivas

Entre los materiales fotoconductivos que se utilizan más a menudo se encuentran el sulfuro de cadmio (CdS) y el selenuro de cadmio (CdSe). La respuesta espectral máxima del CdS ocurre a aproximadamente 5100 Å y para el CdSe de 6150 Å. El tiempo de respuesta de las unidades de CdS es de alrededor de 100 mS y de 10 mS para las celdas de CdSe. La celda fotoconductiva no tiene una unión como la del fotodiodo. Una capa delgada de material conectada entre los terminales simplemente se expone a la energía luminosa incidente.

celdas fotoconductivas

Cuando aumenta la intensidad de la iluminación sobre el dispositivo, se incrementa también el estado de energía de un gran número de electrones en la estructura debido al aumento de disponibilidad de los paquetes de fotones de energía. El resultado es un número mayor de electrones relativamente “libres” en la estructura y una disminución de la resistencia del terminal. La curva de sensibilidad para un dispositivo fotoconductivo típico aparece en la Fig. 2. Nótese de la linealidad (cuando se grafica empleando una escala log–log) para el cambio indicado de iluminación.

CELDAS SOLARES

celdas fotoconductivas

La construcción básica de una celda solar de unión p-n de silicio se presenta en la Fig. 3. Como se muestra en vista superior, se hace todo tipo de esfuerzos para asegurar que el área superficial perpendicular al sol sea máxima. Además nótese que la capa metálica conectada al material tipo p y el grosor de este mismo son tales que aseguran que un número máximo de fotones de energía luminosa alcancen la unión. Un fotón de energía luminosa en esta región puede chocar con un electrón de valencia e impartir suficiente energía para que abandone el átomo padre. El resultado es una generación de electrones libres y huecos. Este fenómeno ocurrirá a cada lado de la unión. En el material tipo p los nuevos electrones generados son portadores minoritarios y se moverán con bastante libertad a través de la unión, como en el caso de la unión p-n básica sin polarización aplicada. Un argumento similar se cumple para los huecos generados en el material tipo n. El resultado es un aumento en el flujo de portadores minoritarios, cuya dirección es opuesta a la de la corriente directa convencional de una unión p-n.

El selenio y el silicio son los materiales que más se usan en las celdas solares, aunque también se emplean, entre otros, el arseniuro de galio, el arseniuro de indio y el sulfuro de cadmio. La longitud de onda incidente afectará la respuesta de la unión p-n ante los fotones incidentes.

II.- EQUIPO Y MATERIALES

  • Una fotoresistencia
  • Una fotocelda
  • Un termistor
  • Un reflector
  • Una regla graduada de 1 m
  • Un multitester Analógico y digital
  • 1 termómetro
  • Agua y hielo

III.- PROCEDIMIENTO

A.- CON LA FOTORESISTENCIA

Para cada distancia se mide el valor de la resistencia en el multitester y estos valores se apuntan en la tabla siguiente:

Distancia en c.m Resistencia en Ohmios
85 2200
80 2000
75 1500
70 1300
65 1250
60 1200
55 1100
50 900
45 800
40 650
35 550
30 480
25 350
20 320

B.- PARA LA FOTOCELDA

Para cada distancia se mide el valor de la corriente en el multitester y estos valores se apuntan en la tabla siguiente:

Distancia en c.m Corriente en mA
85 0.3
80 0.4
75 0.5
70 0.7
65 0.8
60 0.9
55 0.95
50 0.98
45 1.4
40 1.5
35 1.7
30 2
25 2.2

C.- PARA EL TERMISTOR

Para cada grado 3º C se mide el valor de la resistencia en el multitester y estos valores se apuntan en la tabla siguiente:

Temperatura en ºC Resistencia en Ohmios
1 245
4 233
7 214
10 190
13 173
16 150
19 137
22 122
25 110
28 98
31 89
34 80

Tenemos la Ecuación:

celdas fotoconductivas

Luego:

ln R = ln A + (B/T)ln e

ln R = ln A + (1/T) (B ln e)

pero si Y = A’ + B’ X;

Resulta que Y = ln R

X = 1/T

Nº Temperatura(oC) Resistencia(Ω) Xi Yi Xi2 XiYi
1 1 245 1 5.501258211 1 5.501258211
2 4 233 0.25 5.451038454 0.0625 1.362759613
3 7 214 0.142857143 5.365976015 0.020408163 0.766568002
4 10 190 0.1 5.247024072 0.01 0.524702407
5 13 173 0.076923077 5.153291594 0.00591716 0.396407046
6 16 150 0.0625 5.010635294 0.00390625 0.313164706
7 19 137 0.052631579 4.919980926 0.002770083 0.258946365
8 22 122 0.045454545 4.804021045 0.002066116 0.218364593
9 25 110 0.04 4.700480366 0.0016 0.188019215
10 28 98 0.035714286 4.584967479 0.00127551 0.163748839
11 31 89 0.032258065 4.48863637 0.001040583 0.144794722
12 34 80 0.029411765 4.382026635 0.000865052 0.128883136
Σ     1.8677505 59.609336 1.1123489 9.9676169

El valor de A’ esta dado por:

celdas fotoconductivas

Reemplazando resulta:

A’ = 4.837

El valor de B’ esta dado por:

celdas fotoconductivas

Reemplazando resulta:

B’ = 0.839

celdas fotoconductivas

Φ = 9.859

Entonces :

Y = 4.837 + 0.839 X

A’ = ln A

A = e A’

A = e4.837

A = 126

B’= B ln e

B = B’/lne

B = 0.839/1

B = 0.839

IV.- CONCLUSIONES

  • En la fotoresistencia, al disminuir la distancia de la lámpara hasta el dispositivo fotoresistivo disminuye la resistencia.
  • En la fotocelda, al disminuir la distancia de la lámpara hasta el dispositivo fotovoltaico aumenta la corriente.
  • Para el termistor, al aumentar la temperatura disminuye la resistencia.

Diccionario electrónico

¿Qué es una Batería de plomo - ácido?

Una batería de plomo-ácido es un tipo de batería recargable que utiliza una combinación de placas de plomo y electrolito ácido para almacenar y liberar energía química en forma de electricidad. Fue inventada en el siglo XIX y ha sido ampliamente utilizada en una variedad de aplicaciones, desde vehículos automotores hasta sistemas de respaldo de energía y almacenamiento de energía renovable. Aquí tienes una explicación detallada sobre qué es una batería de plomo-ácido:

Estructura y Funcionamiento:

Una batería de plomo-ácido consta de varias celdas individuales conectadas en serie. Cada celda contiene dos placas de plomo sumergidas en una solución de ácido sulfúrico, que actúa como electrolito. Una placa de plomo se conecta al polo negativo (ánodo) de la batería, mientras que la otra placa se conecta al polo positivo (cátodo).

Durante la descarga de la batería (cuando se suministra energía eléctrica a través de un circuito externo), ocurren reacciones químicas entre el ácido sulfúrico y las placas de plomo. Esto resulta en la liberación de electrones en la placa de plomo negativa y la captura de electrones en la placa de plomo positiva, generando una corriente eléctrica a través del circuito externo.

Durante la recarga de la batería (cuando se aplica una corriente eléctrica al revés a través del circuito externo), las reacciones químicas se revierten, devolviendo los electrones a las placas de plomo y restaurando la capacidad de la batería para almacenar energía.

Tipos de Baterías de Plomo-Ácido:

  1. Baterías de Arranque, Iluminación y Encendido (SLI): Son las baterías utilizadas en vehículos automotores, como automóviles y motocicletas. Estas baterías están diseñadas para entregar ráfagas de energía intensa para arrancar el motor y suministrar energía eléctrica para luces y sistemas eléctricos.

  2. Baterías Estacionarias: Son baterías diseñadas para aplicaciones de almacenamiento de energía, como sistemas de respaldo de energía, sistemas de energía renovable y sistemas de alimentación ininterrumpida (UPS).

  3. Baterías de Ciclo Profundo: Están diseñadas para descargarse a niveles más profundos de capacidad sin dañar la batería. Son ideales para aplicaciones de almacenamiento de energía y sistemas de energía renovable.

Ventajas:

  • Son económicas y tienen una buena relación costo-eficacia.
  • Son ampliamente disponibles y bien establecidas en el mercado.
  • Tienen una capacidad de corriente alta, lo que las hace adecuadas para aplicaciones de arranque en vehículos.
  • Son recargables y pueden someterse a numerosos ciclos de carga y descarga.

Desventajas:

  • Tienen una vida útil más corta en comparación con algunas baterías más modernas, como las de iones de litio.
  • Son más pesadas y voluminosas en relación con su capacidad de energía.
  • Requieren mantenimiento ocasional, como la comprobación y reposición del nivel de electrolito.

En resumen, una batería de plomo-ácido es un dispositivo de almacenamiento de energía que utiliza reacciones químicas entre placas de plomo y electrolito ácido para generar electricidad. Aunque tienen algunas limitaciones en comparación con tecnologías más modernas, siguen siendo una opción popular y versátil para diversas aplicaciones de almacenamiento de energía y respaldo.

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