2.6 foto transductores

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FOTOTRANSDUCTORES S E N S O R E S Y T R A N S D U C T O R E S INST. CARLOS RAMOS GONZALES

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FOTOTRANSDUCTORES

SENSORES

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USO

• Receptores:• comunicación por fibra óptica• mandos a distancia• Lectores ópticos:• CD, DVD• códigos de barras• Sensores:• presencia, ángulo,• composición química, ...• Monitores de luz:• control de láseres• Cámaras: vídeo, visión nocturna

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ESPECTRO DE LUZ

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TIPOS DE TRANSDUCTORES DE LUZ A ENERGIA ELECTRICA

• DISPOSITIVOS FOTOEMISORES

• DISPOSITIVOS FOTOCONDUCTORES

• DISPOSITIVOS FOTOVOLTAICOS

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DISPOSITIVOS FOTOEMISORES

Los detectores modernos general una señal como resultado de losfotones que llegan y chocan con él. Esta señal activa una aguja, envíauna señal digital a un microprocesador y/o activa un graficador.El ruido, como ya se ha mencionado anteriormente, se refiere a unaseñal de fondo generada por la vecindad del instrumento con otrosaparatos y/o por cambios mismos en el sistema electrónico en eldetector. Un buen instrumento debe reunir los siguientesrequerimientos:

a) El ruido debe ser mínimo para que no interfiera con la señalrecibida.

b) El tiempo de respuesta debe ser corto.c) Debe ser estable durante un largo período de tiempo.

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FOTOTUBOS

consiste de:A) un cilindro al alto vacío (con una ventana de cuarzo para

UV)B) un cátodo semicilíndrico, el cual tiene en su superficie un

compuesto, con propiedades tales que los electrones de ésa substancia se pueden desprender con relativa facilidad. Este compuesto generalmente es un óxido de un metal alcalino (litio, sodio, potasio, etc.) o Alcalinotérreos (calcio, bario, estroncio, etc.)

C) un ánodo que es un alambre metálico. A este sistema se le aplica una diferencia de potencial de Aproximadamente 90 volts.

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FOTOTUBOS

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La radiación que atraviesa la celda de muestra o de referencia pasa a través de unaventana de vidrio pyrex o cuarzo del cilindro, y choca con la superficie fotoemisiba delcátodo. Los fotones son absorbidos y transfieren su energía a los electrones débilmenteligados a la superficie del material. Estos electrones son desprendidos del cátodo y soncolectados por el ánodo, generándose un flujo de corriente en el circuito y la corrientegenerada es directamente proporcional al poder radiante de la radiación incidente.

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TUBO FOTO MULTIPLICADOR

Cuando incide radiación sobre una superficiefotoemisiba se genera un desprendimiento deelectrones de dicha superficie. Si estos electronesdesprendidos se aceleran por medio de un campoeléctrico y chocan con otra superficie fotoemisiba,se desprenden más electrones que el primer caso.Si este proceso se repite una y otra vez, se tendráun efecto multiplicador de los fotones. Este es el

principio de un tubo fotomultiplicador el cual serepresenta

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FOTO MULTIPLICADOR

Después de 9 pasos de amplificación, un fotón original ha originado un desprendimiento

de aproximadamente 106 electrones. Los fototubos son utilizados primordialmente para

percibir señales de baja intensidad. Su desventaja más grande es el costo elevado de

este componente electrónico.

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FOTO MULTIPLICADOR

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PRINCIPIO DE LA VISION NOCTURNA

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DISPOSITIVOS FOTOCONDUCTORES

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Una fotorresistencia es un componente electrónico cuya resistencia disminuye

con el aumento de intensidad de luz incidente. Puede también ser llamado foto

resistor, fotoconductor, célula fotoeléctrica o resistor dependiente de la luz, cuya

siglas, LDR, se originan de su nombre en inglés light-dependent resistor. Su

cuerpo está formado por una célula o celda y dos patillas. En la siguiente imagen

se muestra su símbolo eléctrico.

El valor de resistencia eléctrica de un LDR es bajo cuando hay luz incidiendo en

él (puede descender hasta 50 ohms) y muy alto cuando está a oscuras (varios

megaohmios).

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FOTORESISTENCIAS

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FOTODIODO

Un fotodiodo es un semiconductor construido conuna unión PN, sensible a la incidencia de la luzvisible o infrarroja. Para que su funcionamiento seacorrecto se polariza inversamente, con lo que seproducirá una cierta circulación de corrientecuando sea excitado por la luz. Debido a suconstrucción, los fotodiodos se comportan comocélulas fotovoltaicas, es decir, en ausencia de luzexterior generan una tensión muy pequeña con elpositivo en el ánodo y el negativo en el cátodo. Estacorriente presente en ausencia de luz recibe elnombre de corriente de oscuridad.

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PRINCIPIO DE OPERACIÓN

Un fotodiodo es una unión PN o estructura P-I-N. Cuando una luz de suficiente energía llega aldiodo, excita un electrón dándole movimiento ycrea un hueco con carga positiva. Si la absorciónocurre en la zona de agotamiento de la unión, oa una distancia de difusión de él, estosportadores son retirados de la unión por elcampo de la zona de agotamiento, produciendouna fotocorriente.

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PRINCIPIO DE OPERACIÓN

Los diodos tienen un sentido normal de circulaciónde corriente, que se llama polarización directa. Enese sentido el diodo deja pasar la corriente eléctricay prácticamente no lo permite en el inverso. En elfotodiodo la corriente (que varía con los cambios dela luz) es la que circula en sentido inverso alpermitido por la juntura del diodo. Es decir, para sufuncionamiento el fotodiodo es polarizado demanera inversa. Se producirá un aumento de lacirculación de corriente cuando el diodo es excitadopor la luz.

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COMPOSICIÓNEl material empleado en la composición de un fotodiodo es un factor crítico para definir sus propiedades. Suelen estar compuestos de silicio, sensible a la luz visible (longitud de onda de hasta 1µm); germanio para luz infrarroja (longitud de onda hasta aprox. 1,8 µm ); o de cualquier otro material semiconductor.

También es posible la fabricación de fotodiodos para su uso en el campo de los infrarrojos medios (longitud de onda entre 5 y 20 µm), pero estos requieren refrigeración por nitrógeno líquido.antiguamente se fabricaban exposímetros con un fotodiodo de selenio de una superficie amplia.

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DISPOSITIVOS FOTOVOLTAICOS

Los módulos fotovoltaicos o colectores solares fotovoltaicos(llamados a veces paneles solares, aunque esta denominación abarca otros dispositivos) están formados por un conjunto de celdas (células fotovoltaicas) que producen electricidad a partir de la luz que incide sobre ellos (electricidad solar). El parámetro estandarizado para clasificar su potencia se denomina potencia pico, y se corresponde con la potencia máxima que el módulo puede entregar bajo unas condiciones estandarizadas, que son:• - radiación de 1000 W/m²• - temperatura de célula de 25 °C (no temperatura

ambiente).

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DISPOSITIVOS FOTOVOLTAICOS

• Centrales conectadas a red con subvención a la producción.• Estaciones repetidoras de microondas y de radio.• Electrificación de pueblos en áreas remotas (Electrificación rural).• Instalaciones médicas en áreas rurales.• Corriente eléctrica para casas de campo.• Sistemas de comunicaciones de emergencia.• Sistemas de vigilancia de datos ambientales y de calidad del agua.• Faros, boyas y balizas de navegación marítima.• Bombeo para sistemas de riego, agua potable en áreas rurales y abrevaderos para el ganado.• Balizamiento para protección aeronáutica.• Sistemas de protección catódica.• Sistemas de desalinización.• Vehículos de recreo.• Señalización ferroviaria.• Sistemas para cargar los acumuladores de barcos.• Fuente de energía para naves espaciales.• Postes SOS (Teléfonos de emergencia de carretera).• Parquímetros.• Recarga de Scooters Eléctricos

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DISPOSITIVOS FOTOVOLTAICOS

• Las placas fotovoltaicas se dividen en:• Cristalinas

– Monocristalinas: se componen de secciones de un único cristal de silicio (reconocibles por su forma circular u octogonal, donde los 4 lados cortos, si se observa, se aprecia que son curvos, debido a que es una célula circular recortada).

– Policristalinas: cuando están formadas por pequeñas partículas cristalizadas.

• Amorfas: cuando el silicio no se ha cristalizado.Su efectividad es mayor cuanto mayores son los cristales, perotambién su peso, grosor y coste. El rendimiento de lasprimeras puede alcanzar el 20% mientras que el de las últimaspuede no llegar al 10%, sin embargo su coste y peso es muyinferior.

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Para Generar electricidad solar Fotovoltaica senecesita:

Un Generador Fotovoltaico (conjunto de módulosconectados entre sí).Soportes de la instalación (estructura).Un Inversor para transformar la electricidadproducida por un generador (corriente continua)con las mismas características de la redconvencional (corriente alterna a 127volts o220volts y una frecuencia de 60hz). Se instalaentre le generador fotovoltaico y el punto deconexión a la red.Medidor Bidireccional que de cuenta de laelectricidad recibida de la red eléctrica y laproducida por la instalación misma.

SISTEMAS

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BENEFICIOS DEL SISTEMA

NO dañan el Ambiente.

Gran ahorro en gasto de energía.

Larga vida útil.

Son sistemas de gran simplicidad, silencio y

duración.

Sistemas Seguros y requieren poco mantenimiento.

El montaje es corto, y el costo de operación y

mantenimiento es bajo.

Contribuye a disminuir la vulnerabilidad del

sistema de energía eléctrica.

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Requerimientos Básicos

Área disponible

Estudio de sombras

Potencia requerida

(recibo CFE y equipos instalados)

Evaluación Local del Inmueble

(Orientación)

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Los modelos fotovoltaicos que DESMEX

propone para la aplicación industrial son

Interconexión

Autoconsumo.

MODELOS DE GENERACIÓN DE

ENERGÍA

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MODELO DE INTERCONEXIÓN

Para Sistema Residencial

La potencia máxima a instalar para un sistemaresidencial es menor a 10KW.Para el caso del los servicios en baja tensiónesta será menor a 30 KW.Para la facturación el cliente únicamentepagará la energía obtenida por la diferenciaentre la entregada por el sistema fotovoltaico ala red, y la consumida por el cliente de la red.Cuando la diferencia sea negativa, seconsiderará como un crédito a favor del clienteque produce y podrá ser compensado dentrodel periodo de 12 meses siguientes.

En caso de no utilizarlo este se perderá.** Diario Oficial de la Federación 27 Junio 2007

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Consiste en generar energía con el sistema

fotovoltaico, del cuál se aprovechará en un

100%, mientras se cumplan los parámetros de

generación.

El modelo trabaja como un sistema híbrido, en

caso de requerir más energía de la

suministrada por el sistema, se tomará de la

red eléctrica (CFE).

Los parámetros de funcionamiento del sistema

están fijados por las horas de radiación durante

el día, esto significa que mientras haya

radiación suficiente para operar los

componentes del sistema, estos estarán

generando energía.

MODELO DE AUTOCONSUMO

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Mantenimiento del Sistema

El mantenimiento de los sistemas

fotovoltaicos conectados a la red es mínimo,

De carácter preventivo,

No tiene partes móviles sometidas a desgaste,

ni requiere cambio de piezas ni lubricación.

Se considera recomendable, realizar

revisiones periódicas de las instalaciones,

para asegurar que todos los componentes

funcionan correctamente.

Aspectos Importantes

SENSORES

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Paneles Solares Transparentes

es importante ofrecer productos que optimicen la unión de forma y

funcionamiento ya que van de la mano con el diseño que convenza

estéticamente.

Por eso ofrecemos a nuestros clientes la opción de paneles

transparentes que cumplan con las altas exigencias estéticas de

nuestros clientes.

Tanto en el tejado como en la

fachada: la alta variabilidad de los

paneles permite unir un diseño

atractivo con la producción de

energía sin emisión de sustancias

nocivas y respetando siempre el

medio ambiente.

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Protección térmica

Insonorización

Protección solar

Protección antirrobo

Diseño innovador

Producción de energía de

forma respetuosa con el

medio ambiente

Reciclaje de los elementos

de la fachada

Estructuras Multifuncionales de los

paneles transparentes:

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Diagrama de radiación

El gráfico muestra la radiación solar anual media en Europa

con distintos ángulos de inclinación y orientaciones

representada en tanto por ciento de la radiación máxima.

Por ejemplo, la radiación en un tejado plano (el punto medio

del círculo) es de aprox. el 85% de la radiación máxima.

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Instalaciones de los Paneles Transparentes

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Paneles Solares Flexibles

Paneles Flexibles es la mejor membrana sintética generadora de energía que se utiliza para los sistemas fotovoltaicos integrados en el techo. Los selladores para techo están hechos de membrana de alta calidad, flexibles y ligeros, se emplean con módulos fotovoltaicos como una protección confiable para los edificios contra la lluvia y para la conversión directa de energía solar en energía eléctrica.

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Ventajas de los paneles flexibles:

• Son flexibles, sin vidrio o marcos

• Tienen el peso muy ligero y pueden ser

instalados arriba de los techos

diseñados con estructuras ligeras;

• Proporcionan la producción hasta 20%

superior que los módulos de células

solares cristalinas de la misma

clasificación.

• Certificado con ESTI-Ispra según IEC

61646/CEC 701 y con Technical

Supervisory Association TÜV Rheinland

como material de protección Clase II

Paneles Solares Flexibles

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Paneles Solares Flexibles

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Paneles Solares Flexibles

Paneles Solares FlexiblesSENSORES

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Funcionamiento continuo todo el año encualquier zona geográfica.

Los módulos fotovoltaicos generanelectricidad durante todo el año, mientrasllegue radiación solar.

En verano se genera más electricidad,aunque la inclinación de los módulostambién es importante.

En los días nublados también se generaelectricidad, aunque el rendimientoenergético se reduce proporcionalmenteen la reducción de la intensidad de laradiación.

Aspectos Importantes

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Terrazas,

Tejados,

Patios,

Fachadas,

Ventanas,

Balcones,

Paredes y

Cornisas.

Aspectos Importantes

¿Dónde y cómo deberían situarse los módulos

fotovoltaicos?

La localización tiene que ser donde NO

exista sombra (al menos durante las horas

centrales del día); vegetación, edificios

que bloqueen, etc.

Debe analizarse orientación e inclinación

de los módulos para optimizar incidencia

del sol.

SENSORES

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Page 38: 2.6 foto transductores

Con el sistema fotovoltaico instalado en

conexión con la red.

El excedente de electricidad producido

por el sistema fotovoltaico puede

volcarse a la red, mientras que se sigue

consumiendo electricidad de la red con

normalidad como antes.

Aspectos Importantes

¿Qué sucede si se genera más electricidad de la

que se consume, o se consume más de la que se

genera?

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Page 39: 2.6 foto transductores

Aspectos Importantes

¿Cuánta electricidad produce?

Depende del tipo y cantidad de

módulos instalados,

Orientación, inclinación,

La radiación solar que les llegue,

La calidad de la instalación,

Potencia nominal (en vatios pico o

Kilovatios pico) de los módulos.

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Aspectos Importantes

Tiempo de vidaLos módulos fotovoltaicos tienen una vida

óptima de 35-40 años; y las garantías para los

mismos ya son de 20-25 años.

La experiencia demuestra que en realidad estos

componentes nunca (hasta ahora) dejan de

generar electricidad, aunque con el paso del

tiempo las celdas fotovoltaicas tienden a bajar su

rendimiento energético.

Las celdas son fabricadas a partir del silicio.(uno

de los elementos mas abundantes en el planeta).

Diseñados para resistir inclemencias del tiempo.

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Integración Arquitectónica

SENSORES

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Page 42: 2.6 foto transductores

Esta tarifa se aplicará a los servicios que

destinen la energía a cualquier uso,

suministrados en media tensión, con una

demanda menor a 100 kW.

OM - ¿Qué es OM?

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Page 43: 2.6 foto transductores

Esta tarifa se aplicará a los servicios que

destinen la energía a cualquier uso,

suministrados en media tensión, con una

demanda de 100 kilowatts o más.

HM - ¿Qué es HM?

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Page 44: 2.6 foto transductores

Se plantea un sistema de 100KW de

capacidad instalada.

Consiste en 572 módulos de 175watts

Área: 788.1m2

Ejemplo:

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Descubren nuevo foto transductor

Desde hace más de cien años que los médicos y científicos saben quela sustancia retinol juega un papel crucial en el sentido de la vista. Elretinol, o vitamina A, es la vitamina que faculta a cierto tipo de célulasnerviosas a que se comporten como una foto celda, reconociendo nosolo la luminosidad sino también el color. A las células que contienenesta vitamina, y funcionan para convertir la luz en impulsos eléctricos,se les denomina foto transductores. Los científicos de la Universidadde California Irvine descubrieron casi por accidente nuevas células queactúan como foto transductores, pero que basan su funcionamiento enuna proteína denominada criptocroma, misma que es un derivado dela vitamina B2. Este compuesto se encontró en una serie de células, yellas actuaban como foto transductores de la luz que recibían delambiente. Anteriormente no se habían descubierto estas funciones, yaque se estimaba que esta proteína criptocroma solo actuaba enprocesos lentos de conducción de impulsos eléctricos causados por lailuminación circundante.

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Page 47: 2.6 foto transductores

Descubren nuevo foto transductor

Con este descubrimiento, loscientíficos tienen oportunidad deprobar nuevos enfoques en cuanto asensores de luz, pero también aposibles desarrollos de tecnologíamédica que, por un lado permita curarla ceguera y, por otro lado, alterar elcomportamiento de estos receptoresde luz para ofrecer alternativas aafecciones visuales de muchísimaspersonas en el mundo. Además, enexperimentos en otras áreas seráposible encontrar manera de detectarluz sin que intervenga el retinol,permitiendo la creación de posiblesdetectores o sensores orgánicos queutilicen esta proteína

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