Haben Sie sich jemals gefragt, wie die Außenleuchten von Gewerbeflächen oder einer dunklen Straße auf einmal eingeschaltet? Höchstwahrscheinlich wurden sie mit Fotozellen automatisiert.
Fotozellen oder Fotosteuerungen können Ihr Leben erleichtern, wenn sie in intelligente Leuchten integriert sind. Dann müssen Sie sich keine Sorgen mehr über zusätzlichen Energieverbrauch machen! Diese Fotozellen schalten die Lichter je nach verfügbarem Umgebungslicht automatisch ein oder aus. Außerdem kann dieses Zubehör verwendet werden in stimmungsvolle Beleuchtung, Einbruchalarme und automatische Türen, um Ihnen maximalen Komfort zu bieten.
Lesen Sie also weiter und entdecken Sie einige der besten Konvertierungsoptionen, um die richtige Fotozelle für Ihre Einrichtung zu finden.
Was ist eine Fotozelle?
Eine Fotozelle ist ein kleines, stromsparendes und einfach zu bedienendes lichtempfindliches Modul. Es handelt sich um einen Sensor, der den Widerstand eines Stromkreises abhängig von der Lichtmenge in der Umgebung ändert. So können intelligente Leuchten und andere Geräte automatisch gesteuert werden. Fotozellen sind in verschiedenen Formen und Größen erhältlich und eignen sich für verschiedene Leuchten.
Woraus besteht die Fotozelle?
Halbleitermaterial
Das Halbleitermaterial ist der Hauptbestandteil einer Fotozelle. Der Mechanismus einer Fotozelle hängt von der Art des Halbleitermaterials ab, das seinen elektrischen Widerstand als Reaktion auf die Lichtintensität ändert.
Cadmiumsulfid (CdS) wird am häufigsten in Fotozellen verwendet. Tatsächlich werden Fotozellen manchmal auch CdS-Zellen genannt. Es reagiert empfindlich auf sichtbares Licht und ist relativ günstig. Darüber hinaus werden Cadmiumselenid (CdSe), Silizium (Si), Germanium (Ge) und Cäsium (Cs) für spezielle Anwendungen verwendet.
Kapselung
Ein Gehäuse schützt das empfindliche Halbleitermaterial vor rauen Umwelteinflüssen. Diese Kapselung erhöht die Lebensdauer und Leistung der Fotozelle.
Elektroden
Zwei Elektroden sind mit dem Halbleiter verbunden, der bei Lichteinwirkung den Stromfluss ermöglicht. Eine Elektrode besteht aus leitfähigen Materialien wie Metallen, die andere aus transparenten Leitern wie Indiumzinnoxid (ITO).
Anschlusskabel
An den Elektroden sind Drähte, sogenannte Anschlussleitungen, angebracht. Wie der Name schon sagt, stellen sie eine Verbindung zwischen der Fotozelle und dem Beleuchtungssystem her. Über diese Leitungen wird ein elektrisches Signal übertragen.
Schutzanstrich
Manchmal wird für zusätzlichen Schutz eine Schutzschicht über dem Halbleitermaterial aufgebracht. Sie schirmt den Halbleiter vor äußeren Einflüssen ab und erhöht seine Haltbarkeit.
Gehäuse
Das Gehäuse ist das robuste Gehäuse oder die Ummantelung, in der sich die Fotozelle befindet. Es ist für die einfache Installation und Montage der Fotozelle in Beleuchtungskörpern und Steuerungssystemen erforderlich.
Optischer Filter (optional)
In einigen Fällen wird in der Fotozelle ein optischer Filter verwendet, um die Wellenlängen des Lichts zu begrenzen, das den Halbleiter erreichen kann. Er steuert die Reaktion der Fotozelle auf bestimmte Lichtquellen oder Umgebungsbedingungen.
Wie funktioniert eine Fotozelle?
Eine Fotozelle oder ein Lichtsensor ahmt das Funktionsprinzip des photoelektrischen Effekts nach, den Albert Einstein 1905 beschrieb. Dabei verwendet die Fotozelle einen lichtabhängigen Widerstand (LDR), der ein Halbleitermaterial enthält. Normalerweise wird hierfür Cadmiumsulfid verwendet.
Trifft Licht auf die Fotozelle, regt die Lichtenergie die Elektronen zur Bewegung an und erzeugt elektrischen Strom. Gleichzeitig sinkt der Widerstand der Fotozelle, was einen stärkeren Elektronenfluss ermöglicht. Dieser Elektronenfluss schaltet das Licht aus. Der Sensor erkennt die Lichtintensität. Tagsüber lässt er den Elektronenfluss zu und das Licht wird ausgeschaltet.
Bei Dunkelheit erhöht sich der Widerstand der Fotozelle, der Stromfluss wird unterbrochen und der Sensor schaltet das Licht ein. Dieser automatische Betrieb ermöglicht eine energieeffiziente Lichtsteuerung ohne manuelle Bedienung.
Arten von Fotozellen
Basierend auf dem Industriestandard und der Anwendung
1. NEMA-Fotozellen
NEMA-Fotozellen stehen für Fotozellen der National Electrical Manufacturers Association, die mit drahtgebundenen Fotosteuerungs- und Twist-Lock-Lichtsteuerungssystemen ausgestattet sind. Häufiger wird es zum einfachen Ein- und Ausschalten von Lichtern verwendet. Die 3-poligen, 5-poligen und 7-poligen NEMA-Buchsen werden üblicherweise für Straßenlaternen oder Flutlichter. Es verfügt jedoch über eingeschränkte Funktionalität hinsichtlich der Kompatibilität mit intelligente Lichter.
2. Zhaga-Fotozellen
Zhaga-Fotozellen bestehen aus einer Zhaga-Fassung und einem Sensor. Sie werden auch für moderne und intelligente LED-Beleuchtungssysteme verwendet. Sie sind flexibel und ermöglichen verschiedene Funktionen wie Dimmen, Sensorintegration, erweiterte Steuerung usw. Darüber hinaus ist bei der Installation dieser Fotozelle keine Verkabelung erforderlich.
Basierend auf dem Funktionsprinzip
1. Photoleitende Zellen
Dieses elektrische Gerät funktioniert als lichtempfindlicher Widerstand. Es wird auch als lichtabhängiger Widerstand (LDR) oder Fotowiderstand bezeichnet. Dieses Halbleiterbauelement ändert seinen elektrischen Widerstand je nach Lichtintensität. Bei stärkerer Lichtintensität auf der Zelle sinkt der Widerstand und es fließt mehr Strom. Bei schwacher Lichtintensität hingegen steigt der Widerstand und es fließt weniger Strom.
2. Photovoltaik-Zellen
Photovoltaikzellen wandeln Sonnenenergie in elektrische Energie um. Genauer gesagt absorbiert das Halbleitermaterial der Zellen die Photonen des Sonnenlichts und erzeugt einen Elektronenfluss. Dadurch entsteht elektrischer Strom, der als Solarstrom bezeichnet wird.
3. Photoemissive Zellen
Photoemittierende Zellen, auch Photoröhren genannt, basieren auf dem photoelektrischen Effekt. Das Material dieser Zelle emittiert Elektronen, wenn es mit Energie versorgt wird. Zunächst werden die Elektronen im Material angeregt und springen in höhere Bahnen. Anschließend geben sie Energie ab und kehren in ihre ursprünglichen Bahnen zurück.
4. Golay-Zellen
Golay-Zellen funktionieren durch die Erfassung von Infrarotstrahlung. Beispielsweise wird ein geschwärzter Metallplattenzylinder an einem Ende mit Xenongas gefüllt. Anschließend trifft Infrarotenergie auf die geschwärzte Platte und erhitzt das Gas. Das erhitzte Gas verbiegt die flexible Membran am anderen Ende des Zylinders. Diese Bewegung reguliert dann das Ausgangsenergieniveau.
5. Ladungsgekoppelte Bauelemente (CCDs)
Ladungsgekoppelte Geräte weisen im Vergleich zu anderen Fotozellen die höchste Genauigkeit auf. Wenn ein Objekt Photonen reflektiert, fängt dieses Gerät diese ein und zerlegt das Bild in Pixel.
6. Photomultiplier
Es handelt sich um einen sehr empfindlichen Detektortyp. Dieser Photomultiplier kann unklares Licht um das 100-Millionenfache vervielfachen.
Basierend auf dem Ausgabetyp
1. Analoge Fotozellen
Analoge Fotozellen erzeugen eine kontinuierliche Spannung oder Stromstärke, die sich proportional zur erfassten Lichtmenge ändert. Diese Fotozellen ermöglichen eine genaue Messung der Lichtintensität. Daher werden sie in Kameras und wissenschaftlichen Instrumenten zur Steuerung von Belichtungszeit und Lichtstärke eingesetzt. Ein Fotowiderstand ist ein Beispiel für eine analoge Fotozelle.
2. Digitale Fotozellen
Digitale Fotozellen erzeugen normalerweise einen binären Ausgang basierend auf der eingestellten Lichtschwelle. Sie werden zum Schalten von Lichtern verwendet, wenn die Lichtstärke unter einen bestimmten Wert fällt. Auch automatisierte Straßenlaternen und Alarmanlagen nutzen diese Fotozelle.
Anwendungen von Fotozellen
Outdoor Lighting
Fotozellen werden häufig zur Steuerung der Außenbeleuchtung von Gärten, Terrassen, Einfahrten, Durchgängen, Türen usw. verwendet. Der Einsatz von Fotozellen in diesen Bereichen erhöht die Sichtbarkeit und Sicherheit automatisch entsprechend der Umgebungsbeleuchtung Ebene.
Straßenbeleuchtung
Fotozellen in Straßenlaternen tragen zu einem geringeren Energieverbrauch bei. Sie schalten beispielsweise das Licht bei Dämmerung ein und bei Tagesanbruch aus, ohne dass eine manuelle Bedienung erforderlich ist.
Innenbeleuchtung
Sie können die Fotozellen in die Innenbeleuchtung integrieren, um die Helligkeit automatisch anzupassen.
Security Systems
Fotozellen werden auch in verschiedenen Sicherheitssystemen wie Einbruchmeldeanlagen eingesetzt, um durch die Erkennung von Unterbrechungen im Lichtstrahl einen Alarm auszulösen. Darüber hinaus werden sie zur Zugangsüberwachung von Räumen oder Gebäuden eingesetzt. Sie zeichnen das Ein- und Austreten von Lichtstrahlen auf, wenn der Lichtstrahl unterbrochen wird.
Automatiktüren
Eine weitere weit verbreitete Anwendung von Fotozellen ist die Automatisierung des Öffnens und Schließens von Türen. Wenn die Lichtstrahl Wird die elektrische Energie unterbrochen, öffnet sich ein Stromkreis und ein Relais wird aktiviert. Dadurch wird genügend Strom bereitgestellt, um die Tür automatisch zu öffnen oder zu schließen. Mit anderen Worten: Die Fotozellen der automatischen Türen ermöglichen einen freihändigen Betrieb.
camera Control
Fotozellen in Belichtungsmessern werden bei Kameras für bessere Fotografie verwendet. Um ein gutes Foto zu erhalten, ist es hilfreich, den richtigen Belichtungszeitpunkt zu kennen.
Lichtmessgeräte
In Belichtungsmessern vorhandene Fotozellen messen die Lichtintensität. Dabei fungieren die Fotozellen als Sensoren, die die Lichtintensität in elektrische Signale umwandeln. Anschließend hilft dieses Signal, die Beleuchtungssysteme automatisch zu steuern.
Timer
Mithilfe von Fotozellen in Zeitnehmern werden die Zeit und Geschwindigkeit der Rennfahrer bei Rennen berechnet.
Wie kann eine Fotozelle umgangen werden?
Wenn Sie Ihr Licht ständig eingeschaltet lassen oder über den vorhandenen Schalter oder Timer steuern möchten, umgehen Sie die Fotozelle mit den folgenden Methoden.
Methode 1: Verwenden einer Kurzschlusskappe
Wenn die Fotozellen extern über Drehverschlussbuchsen oder Adapter montiert sind, ersetzen Sie die Fotozelle durch eine Kurzschlusskappe. Dann können Sie die Leuchte in den Dauerbetrieb versetzen, während der Stromkreis der LED-Leuchte geschlossen bleibt. Außerdem können Sie die Leuchten extern über eine zentrale Fotozelle oder ein Schaltsystem steuern.
Methode 2: Verwendung eines DIP-Schalters oder Schiebeschalters
In Vordachleuchten und Scheunenleuchten finden Sie DIP-Schalter oder Schiebeschalter. Mit diesen schalten Sie den Fotozellensensor je nach Bedarf ein oder aus. Bei dieser Methode ist keine Neuverdrahtung oder der Austausch von Komponenten erforderlich.
Methode 3: Trennen der Verkabelung
Fotozellen in Wandmontagesets lassen sich leicht umgehen, indem man die Verkabelung trennt. Ziehen Sie also den Stecker der Fotozelle und steuern Sie die Beleuchtung nach Belieben.
Methode 4: Den Sensor vorübergehend abdecken
Anstatt die Fotozelle dauerhaft zu umgehen, können Sie sie auch vorübergehend umgehen, indem Sie den Sensor abdecken. Suchen Sie zunächst den kleinen runden oder quadratischen schwarzen Sensor an der Leuchte. Decken Sie ihn dann mit schwarzem Isolierband oder einem dicken Tuch ab. So täuscht der Sensor vor, es sei Nacht, und das Licht schaltet sich ein.
Wie wählt man die richtige Fotozelle aus?
Montagetypen
Bei der Auswahl der Fotozelle müssen Sie die Montageart berücksichtigen. Beispielsweise variiert der Typ der Fotozelle je nach Montageort an einem Mast, einer Wand oder in einer Vorrichtung. Wählen Sie daher die passende Fotozelle entsprechend dem Montageort.
Beleuchtungstyp
Das Design der Fotozelle ändert sich je nach GlühbirnentypenÜberlegen Sie sich also, mit welcher Art von Licht Sie arbeiten, z. B. LED, Glühlampe oder andere, bevor Sie die Fotozelle auswählen.
Spektrale Empfindlichkeit
Jede Fotozelle verfügt über ein spezifisches Fotoleitermaterial mit einer einzigartigen spektralen Reaktion. Deshalb muss die spektrale Reaktion bei der Auswahl einer Fotozelle für eine bestimmte Anwendung berücksichtigt werden.
Kompatibilität und Spannungsanforderungen
Stellen Sie vor dem Kauf sicher, dass die Fotozellen mit Ihrem vorhandenen Beleuchtungssystem kompatibel sind. Stellen Sie beispielsweise sicher, dass Ihre Fotozelle die Spannungsanforderungen Ihres Systems erfüllt, um Schäden oder Fehlfunktionen zu vermeiden.
Umweltbewertungen
Es gibt UV-Beständigkeitsbewertungen und Eindringschutz (IP)-Einstufungen unter der Kategorie der Umweltbewertungen für Fotozellen. Die IP-Bewertung gibt an, inwieweit eine Fotozelle vor Staub und Wasser geschützt ist. Sie besteht aus zwei Ziffern, wobei die erste Ziffer den Schutz vor Feststoffen wie Staub, Schmutz usw. angibt. Die zweite Ziffer gibt den Schutz vor Flüssigkeiten wie Wasser an. Je höher die Bewertung, desto höher das Schutzniveau. Beispielsweise bedeutet die Bewertung IP65, dass eine Fotozelle vor Staub und Niederdruckwasserstrahlen aus jeder Richtung geschützt ist. Darüber hinaus bedeutet die Bewertung IP67, dass sie bis zu 30 Minuten lang vor Staub und Eintauchen in Wasser geschützt ist.
Zweitens bedeutet die UV-Beständigkeit, ob die Fotozellen standhalten können ultraviolettes Licht Belichtung im Außenbereich. Fotozellen mit ausreichender UV-Beständigkeit können längere Sonneneinstrahlung ohne Leistungseinbußen vertragen.
Preis- und Kosten-Nutzen-Analyse
Sie müssen den anfänglichen Kaufpreis und andere langfristige Kosten berücksichtigen, die mit Fotozellen verbunden sind, einschließlich Wartungskosten, potenzieller Ersatzkosten usw. Stellen Sie dann fest, ob sich dieser Kostenbetrag angesichts des Werts und der Vorteile, die sie bieten, lohnt.
Verpackungs-
Für die Verpackung von Fotozellen kommen verschiedene Beschichtungen zum Einsatz, beispielsweise Glas-, Metall- oder Kunststoffbeschichtungen. Wägen Sie die Vor- und Nachteile aller Verpackungsarten ab und wählen Sie die passende für Sie aus. Wählen Sie beispielsweise eine Metallbeschichtung für maximalen Schutz. Wenn Sie ein begrenztes Budget haben und Fotozellen für die Straßenbeleuchtung benötigen, ist eine Kunststoffbeschichtung die bessere Wahl.
Temperaturbereich
Die fotoleitenden Materialien funktionieren besser im Temperaturbereich von –40 °C bis 75 °C. Berücksichtigen Sie daher vor dem Kauf der Fotozellen die Temperatur des Standorts.
Wie installiere ich eine Fotozelle?
Hier ist die professionelle Anleitung, wie Sie eine Lichtschranke einfach und sicher installieren können:
Schritt 01: Auswahl des Installationsorts der Fotozelle
Fotozellen werden an verschiedenen Orten und für unterschiedliche Zwecke installiert. Beispielsweise werden wandmontierte Fotozellen für die Außenbeleuchtung, deckenmontierte Fotozellen für Innenbereiche und mastmontierte Fotozellen für Straßenlaternen eingesetzt. Die Entscheidung über den Installationsort ist daher Ihre erste Aufgabe. Achten Sie außerdem darauf, dass der Standort keinen extremen Temperaturen, Feuchtigkeit oder direkter Sonneneinstrahlung ausgesetzt ist.
Schritt 02: Höhe und Winkel für die Installation auswählen
Wählen Sie die passende Höhe und den passenden Winkel für die Fotozellenmontage. Im Allgemeinen wird eine Höhe von 6 bis 8 Metern empfohlen. Der Winkel der Fotozelle sollte auf den zu beleuchtenden Bereich ausgerichtet sein.
Schritt 03: Ausschalten des Leistungsschalters
Schalten Sie nun den Leistungsschalter aus, um die Stromquelle Ihres Beleuchtungssystems abzuschalten.
Schritt 04: Demontage des Gehäuses mit den Lichtern
Nehmen Sie nun die Komponenten des Gehäuses auseinander, in dem sich die Lampen befinden. Trennen Sie auch das schwarze Kabel, das das Haus mit der Leuchte verbindet.
Schritt 05: Anschließen der Fotozelle
An den Fotozellen befinden sich zwei schwarze Kabel. Verbinden Sie nun eines dieser Kabel mit den schwarzen Kabeln, die vom Gebäude kommen. Verdrillen Sie den freiliegenden Kupferdraht, um eine feste Verbindung zu gewährleisten. Verbinden Sie anschließend das zweite Kabel der Fotozelle mit dem schwarzen Kabel der Leuchte.
Schritt 06: Abdecken der neuen Verbindungen
Decken Sie nun die neuen Anschlüsse mit Isolierkappen ab. Achten Sie zur Sicherheit darauf, dass keine Kupferdrähte freiliegen. Testen Sie anschließend die Fotozelle, indem Sie den Strom am Leistungsschalter wieder einschalten. Decken Sie die Fotozelle mit den Händen ab. Wenn das Licht angeht, funktioniert die Leuchte einwandfrei. Beenden Sie die Arbeit, indem Sie die Leuchte wieder zusammenbauen.
Wartungstipps für Fotozellen
Regelmäßige Reinigung
Reinigen Sie die Oberfläche der Fotozelle mit einem weichen, trockenen Tuch, um oberflächlichen Schmutz zu entfernen. Verwenden Sie keine aggressiven Chemikalien, die den Sensor beschädigen können.
Hindernisse beseitigen
Prüfen Sie, ob die Fotozelle durch physische Objekte blockiert wird. Entfernen Sie diese, um die volle Funktionsfähigkeit der Fotozelle zur Lichterkennung sicherzustellen.
Elektrische Anschlüsse prüfen
Überprüfen Sie, ob alle elektrischen Verbindungen fest und korrosionsfrei sind. Reparieren Sie lose Verbindungen umgehend, um weitere Schäden zu vermeiden.
Sicherstellung der richtigen Ausrichtung
Wenn Ihr Beleuchtungssystem über separate Sender- und Empfängereinheiten verfügt, richten Sie diese für eine bessere Leistung der Fotozelle richtig aus.
Häufige Probleme und Tipps zur Fehlerbehebung
Keine Sorge, wenn Sie Probleme mit Ihrer Fotozelle haben. Lesen Sie einfach die folgenden Tipps zur Fehlerbehebung und erhalten Sie sofort eine Lösung!
Problem 01: Lichter gehen nicht an oder aus
Lösung: Prüfen Sie zunächst, ob die Sicht der Fotozelle auf die Lichtquelle blockiert ist. Entfernen Sie das Hindernis und überprüfen Sie erneut. Überprüfen Sie außerdem mit einem Multimeter, ob die Kabelverbindungen fest sitzen. Achten Sie außerdem auf Risse oder Wasserschäden. Bei schweren Schäden kann ein Austausch erforderlich sein.
Problem 02: Flackerndes Licht
Lösung: Überprüfen Sie die Verkabelung auf lose oder fehlerhafte Anschlüsse und beheben Sie diese entsprechend. Stellen Sie außerdem sicher, dass die Fotozelle kein Licht von anderen Quellen erfasst. Verwenden Sie für Bereiche mit schwankendem Licht außerdem eine Fotozelle mit integrierter Verzögerung.
Problem 03: Fotozellen reagieren nicht auf Lichtveränderungen
Lösung: Passen Sie die Empfindlichkeit der Fotozellen an die Umgebung an. Vermeiden Sie es außerdem, die Fotozellen während der Installation direkt auf das zu steuernde Licht zu richten.
Problem 04. Übermäßiges Klickgeräusch
Lösung: Wenn Ihre Fotozelle übermäßige Klickgeräusche erzeugt, prüfen Sie, ob ein interner Fehler vorliegt, und beheben Sie ihn entsprechend. Darüber hinaus kann das Sichern der Stromversorgung und der angeschlossenen Last dieses Problem lösen.
Problem 05: Lichter gehen zur falschen Zeit an
Lösung: Vermeiden Sie direktes Kunstlicht bei der Montage der Fotozelle. Sie ist nur reflektiertem Licht ausgesetzt. Wählen Sie daher einen Ort, der vor direkten Lichtquellen geschützt ist.
Häufig gestellte Fragen
Fazit
Fotozellen sind eine wichtige Ergänzung zum automatisierten Beleuchtungssystem eines Ortes. Sie eignen sich sowohl für den Innen- als auch für den Außenbereich. Nachdem Sie nun die Vorteile der Verwendung von Fotozellen in intelligenten LED-Leuchten kennengelernt haben, wählen Sie LED-Beleuchtungsoptionen, beginnend mit moderne lineare Balken, LED-Streifenbis hin zu LED Neon Flex von LEDYi-Beleuchtung.
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