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Sustentabilidad Energética y celdas solares P. Karunakaran Nair, CIE-UNAM, 24 agosto 2012,

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Presentación del tema: "Sustentabilidad Energética y celdas solares P. Karunakaran Nair, CIE-UNAM, 24 agosto 2012,"— Transcripción de la presentación:

1 Sustentabilidad Energética y celdas solares P. Karunakaran Nair, CIE-UNAM, 24 agosto 2012,

2 Viajes y la vida terrestre…

3 Sustentabilidad Energética y celdas solares 1.Instituto de Energías Renovables: IER-UNAM 2. Sustentabilidad Energética – Energía nuclear, Energía solar Fukushima, The Great German Energy Experiment Energía eléctrica en México 3. Celdas solares – ¿si funciona? Sí funciona! Investigación en celdas solares- LIFYCS-CIE-UNAM 4. Morelos – el país Celdas solares y Innovación Social 5. Sustentabilidad energética- Podemos hacer algo sustentable?

4 Un querido de energia nuclear y de celdas solares Energía nuclear, Energía Solar Universidad de Chicago, 02 dic The Italian navigator has landed in the new world

5 Top-ten nuclear power countries, MIT Technology Review, Nov-Dec TWh

6 The dream that failed: Nuclear power will not go away, but its role may never be more than marginal, Oliver Morton, Mar 10th 2012 | The Economist

7 Energia electrica - és nuclear un opción? The Economist, March 10, 2012

8 Can Japan Thrive without Nuclear Power? After shutting down its last reactor, Japan is now even more heavily dependent on imported oil, gas, and coal. Mike Orcutt Tuesday, May 22, 2012, MIT-TR, July Aug 2012Mike Orcutt The dream that failed Nuclear power will not go away, but its role may never be more than marginal, says Oliver Morton, Mar 10th 2012 | The Economist

9 The Great German Energy Experiment Germany has decided to pursue ambitious greenhouse-gas reductionswhile closing down its nuclear plants. Can a heavily industrialized country power its economy with wind turbines and solar panels? David TalbotDavid Talbot MIT Technology Review July- Aug. 2012

10 Cooling towers at a nuclear power plant in Gundremmingen visible behind homes taking advantage of solar-power subsidies. The nuclear plant is marked for closure. Credit: David Talbot | MIT Technology Review July-Aug 2012 Planta nuclear: FP 0.9 Planta celdas solar: FP 0.12 en Alemania Capacidad FV para substituir 1100 Por 8000 MW

11 The Great German Energy Experiment Can Germany to pursue ambitious greenhouse-gas reductionswhile closing down its nuclear plants, power its economy with wind turbines and solar panels? David Talbot, MIT-TR, July – Aug. 2012David Talbot

12 Generación de energía eléctrica, EUA, MIT Technology Review Nov. Dec. 2010

13 A Glut of Natural Gas Leaves Nuclear Power Stalled The outlook is bleak in the U.S. and complicated in other countries. Martin LaMonica Thursday, August 9, 2012 Nuclear slowdown: At the construction site of the delayed Vogtle nuclear power plant in Waynesboro, Georgia, two cooling towers are seen at left and a new reactor vessel bottom head stands at right. AP | David Goldman

14 categória Gas natural48% de TWh59% de TWh Combustoleo21% 3% Carbon12%11% Hidroelectrico11%10% Nuclear 5% 3% Geotermia 2.9% 2% Viento Técnicas Limpias… 0.1% 2% 10% 41.5 TWh FV? Consumo de energía eléctrica 2009: TWh = 235,110,000 MWh Potencia constante 24 h = 235,110,000/325x24h = 26,839 MW Capacidad instalada: 55,000 MW; Factor de Planta F.P. Global: 0.5 Energía eléctrica en México - Pablo Mulas, Unión de Morelos, 13 de agosto 2012, CFE – Programa de Obras e Instalaciones del Sector Eléctrico (POISE-2025)

15 Sustentabilidad Energética y Celdas Solares: 41.5 TWh por celdas solares en TWh = 41,500,000 MWh 4 MWh por ao de sistema PV 2.4 kW …10,000,000 sistemas Potencia: 10,000,000 x 2.4 kW……24,000 MW modulos FV …2,000 MW en promedio por ao por 12 aos Producción anual FV: 20,000 MW Demanda de México 10% producción mundial Población de México: 1.4% población mundial Por estar seguro, mejor desarrollamos tecnologías de celdas solares

16 Solar PV… Celda solar, su funcionamiento, y semiconductores 1. Absorción de fotones en la unión y creación de pares e-h 2. Separación de e-h a e y h por el campo eléctrico 3. Colección de e y h por los electrodos 4. Trabajo útil (iluminación, bombeo, batería) Energía solar Energía eléctrica LED blanco

17 Sustentabilidad y celdas solares: Sí funciona! Casa: Antonio Sarmiento Galán

18 Julia y Manuel, 8x240 WSantha y Karuna 10x240 W – porque? Dulceria, Jojutla, 200x240 W Voc: 36.9 V; Vmp: 29.8 V; 60 celdas Isc: 8.59 A; Imp: 8.06 A 166 cm largo, 99 cm ancho, 4.6 cm fondo; 21 kg Max voltage 600 V: 20 en serie

19 14.3 kWh/día Inversor-controlador, para interconexion FV-Red y procesamiento de datos Annual: 330x12 4 MWh

20 ¿Aficionado a sustentabilidad o Inversionista inteligente?

21 Costo y Garantia – vida útil 40 aos? MODULOS FOTOVOLTAICOS: 1.- UNA GARANTIA LIMITADA DE 2 AÑOS POR DEFECTOS DE MANO DE OBRA Y MATERIALES. 2.- UNA GARANTIA LIMITADA DE 20 AÑOS CON UNA DEGRADACION MAXIMA DEL 20% EN SU POTENCIA NOMINAL, DE ACUERDO A LAS MEDICIONES STANDARD DE KYOCERA. INVERSOR SUNNY BOY 3000US : 10 AÑOS DE GARANTIA SUNNY WEBBOX : 5 AÑOS DE GARANTÍA Equipo FV usd534por modulo inter-conectado a la red: $141,110MN 16%: $22,577MN Total: $163,688MN Componentes, mano de obra local y IVA: 45% aprox del costo total Mano de obra instalacion: 100 h o 2.5 personas por semana (creacion de empleo)

22 Fotovoltaico solar… energía sustentable? Top 7 polysilicon manufacturers had 2009 capacity of 114,500 t, up 98% from 2008, Solarbuzz, March 2010

23 Fotovoltaico solar… energía sustentable? 2009 PV manufacture – China + Taiwan 49% Solarbuzz, July PV: 7,500 MWp 2009 PV: Europe installed 77%; 74% of which was imported Solarbuzz, March : Half of worlds PV production capacity is now in China and 2/3 growth is there. The Economist, April 17th 2010

24 Fotovoltaico solar… energía sustentable? Si, es! Yangtzi, Salween: 13, Mekong: 8, The Economist, July 10th 2010 KedaXu, ICF congress, 2002 Hugh Rudnick, Aysen, June 2008

25 CIGS flexible PV CuInGaSe2/CdS/ZnO DSSC scheme: M. R. Jones 27 May 2009, Wikipedia S. Babar, Wikipedia 28 Feb 10 Celdas solares: posibilidades sin limites

26 Antimony Sulfide Absorbers in Solar Cells Stibnite (Sb 2 S 3 ) crystals from Henan Province, China, size: 16.8 x 5.4x5.4 cm, Wikipedia Purple gray, Red, Reddish gray coatings of metastibnite (amorphous Sb 2 S 3 ) with yellow sulfur. Location: Steamboat Springs, Washoe County, Nevada, USA. © Jeff Weissman / Photographic Guide to Mineral SpeciesJeff Weissman / Photographic Guide to Mineral Species

27 Antimony sulfide as a PV absorber Sb 2 Se 3 Sb 2 S 3 a-Sb 2 S eV 1.88 eV 2.3 eV L. M. Peter, Towards sustainable photovoltaics: the search for new materials Phil. Trans. R. Soc. A , Shockley, W., Queisser, H. J: Detailed balance limit.. solar cells. J. Appl. Phys , 510-

28 Sb 2 S 3 solar cell module

29 Work in progress… Meta: η 5%; Voc 600 mV

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31 Sustentabilidad Energetica y Celdas Solares- nacional o estatal? Mexico: 2,000,000 km2; 200,000,000 ha; 2 ha/persona

32 Morelos…..un país: 1,800,000 gente; 4,900 km 2 (400,900 ha) 23 en 32 en población; 30 en 32 en area 1869

33 PaisPoblacionArea km2PIB (usd 08) Belize 300,000 23,000 6,740 Guatemala 800,000109,000 4,760 Panama3,400,000 77,000 12,500 Uruguay3,400,000176,000 12,740 Trinidad,Tobago1,300,000 5,000 25,000 Jamaica2,700,000 7,720 11,000 Morelos1,800,000 5,000 14,570 PaisPoblacionArea km2PIB (usd 08) Brunei 400,000 6,000 50,820 Cyprus 900,000 9,000 26,920 Luxembourg 500,000 3,000 78,920 Qatar 900,000 11,000121,740 Singapore4,500,000 1,000 49,320 Bahrain 800,000 1,000 34,900 Norway4,700, ,000 58,710 Países comparable con Morelos en área o población 41 de 193 países con menor poblan. que Morelos; 26 de 193 con menor área que Morelos, The Economist, 2011

34 CveMunicipio Superficie territorial (km 2 ) Temperatura media anual (° C) Precipitación pluvial anual (mm) 001Amacuzac , Atlatlahucan , Axochiapan Ayala Coatlán del río Cuautla Cuernavaca , Emiliano Zapata Huitzilac Jantetelco Jiutepec , Jojutla Jonacatepec Mazatepec , Miacatlán , Ocuituco , Puente de Ixtla Temixco Tepalcingo Tepoztlán , Tetecala Tetela del volcán , Tlalnepantla Tlaltizapán Tlaquiltenango Tlayacapan Totolapan Xochitepec Yautepec Yecapixtla Zacatepec de Hidalgo Zacualpan de Amilpas Temoac Estado4, ,057 Morelos – un país de oportunidades Fuente: CEDEMUN, Elaborada con datos de INEGI, CONAPO, Banco de México y del Gobierno del Estado de Morelos, México 2000.

35 COMISION ESTATAL DE ENERGIA - ESTADO DE MORELOS

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38 Municipio con la mayor altitud. Huitzilac 2,550 m.s.n.m. Municipio con la menor altitud. Jojutla 890 m.s.n.m. Municipio con la mayor densidad de población. Jiutepec 2,420 hab./km 2. Municipios con la menor densidad de población. Tlalnepantla43 hab./km 2. Municipio con el mayor porcentaje de superficie sembrada. Yecapixtla 63.31% del municipio. Municipio con mayor población ganadera. Ayala 5,036,089 cabezas. representan el 19.1% de la estatal. Municipio con menor población ganadera. Zacualpan de Amilpas 133,587 cabezas. representan el 0.51 % de la estatal. Municipio con el menor porcentaje de analfabetismo. Cuernavac a 3.29 %. El estatal es del %. Municipio con el mayor porcentaje de analfabetismo. Temoac23.13%. Municipio con el mayor porcentaje de población económicamente activa. Cuernavac a 35 %. El estatal es del 30 %. Municipio con el menor porcentaje de población económicamente activa. Jantetelco y Temoac 23 %. Municipio con el mayor número de habitantes. Cuernava ca 338,706 habitantes. representan el 21.8% del total del Estado Municipio con el menor número de habitantes. Tlalnepan tla 5,626 habitantes. representan el 0.36% del total del Estado Celdas solares e Innovación Social - Morelos Fuente: CEDEMUN, Elaborada con datos de INEGI, CONAPO, Banco de México y del Gobierno del Estado de Morelos, México 2000.

39 Celdas solares e Innovación Social Morelos– Planes Estratégicos deputados local 79.2 kW 33 presidentes municipales 79.2 kW 100 miembros de ACMor240.0 kW 60 escuelas144.0 kW Total 226 sistemas ; 900 MWh/anio 464 kW; h instalación, empleos: Prep., Lic., Maestría 1. Acción – visibilidad sistemas FV 2.4 kW residencial/escuelas 2. Acción – proyectos productivos sector rural, 24 kW/c.u. 33 consorcios de 10 académicos c/u, avalado por ACMor – uno por municipio 792 kW 3. Acción – proyectos industrial y comercial 12 kW promedio 20 centros comerciales240 kW 20 industrias productores240 kW Total: 300 instalaciones; empleados en instl. Asesoría- Lic., Maest., Doct. 1,635 kW, 2,725 MWh, 2.7 GWh/ ao

40 1911 Autumn Solvay Congress, Brussels: Radiation and Quanta Seated: L-R: W. Nernst, M. Brillouin, E. Solvay, H. Lorentz, E. Warburg, J. Perrin, W. Wien, M. Curie, H. Poincaré Standing: L-R: R. Goldschmidt, M. Planck, H. Rubens, A. Sommerfeld, F. Lindemann, M. L. de Broglie, M. Knudsen, F. Hasenöhrl, G. Hostelet, E. Herzen, J. H. Jeans, E. Rutherford, H. Kamerlingh Onnes, A. Einstein, P. Langevin Are we doing it right for sustainability….?

41 Solvay Congress, Brussels, Fall-1927: Electrons and Photons Back L-R: A. Piccard, E. Henriot, P. Ehrenfest, Ed. Herzen, Th. De Donder, E. Schrödinger, J.E. Verschaffelt, W. Pauli, W. Heisenberg, R.H. Fowler, L. Brillouin Middle: P. Debye, M. Knudsen, W.L. Bragg, H.A. Kramers, P.A.M. Dirac, A.H. Compton, L. de Broglie, M. Born, N. Bohr Front: I. Langmuir, M. Planck, Mme. Curie, H.A. Lorentz, A. Einstein, P. Langevin, Ch. E. Guye, C. T. R.Wilson, O.W. Richardson

42 Lord Rayleigh (Physics, 1904) Sir J.J. Thomson (Physics, 1906) Lord Ernest Rutherford (Chemistry, 1908) Sir Lawrence Bragg (Physics, 1915) Charles Barkla (Physics, 1917) Francis Aston (Chemistry, 1922) Charles Wilson (Physics, 1927) Arthur Compton (Physics, 1927) Sir Owen Richardson (Physics, 1928) Sir James Chadwick (Physics, 1935) Sir George Thomson (Physics, 1937) Sir Edward Appleton (Physics, 1947) Lord Patrick Blackett (Physics, 1948) Sir John Cockcroft (Physics, 1951) Ernest Walton (Physics, 1951) Francis Crick (Physiology or Medicine, 1962) James Watson (Physiology or Medicine, 1962) Max Perutz (Chemistry, 1962) Sir John Kendrew (Chemistry, 1962) Dorothy Hodgkin (Chemistry, 1964) Brian Josephson (Physics, 1973) Sir Martin Ryle (Physics, 1974) Antony Hewish (Physics, 1974) Sir Nevill Mott (Physics, 1977) Philip Anderson (Physics, 1977) Pjotr Kapitsa (Physics, 1978) Allan Cormack (Physiology or Medicine, 1979) Sir Aaron Klug (Chemistry, 1982) Norman Ramsey (Physics, 1989) Since the founding of the Nobel Prizes by Alfred Nobel in 1895, 29 members of the Cavendish Lab Cambridge have won these prizes. Note that not all of the Prizes are in physics. – materials teaching learning packages, Cambridge University

43 T Viajes y la vida terrestre…Gracias!


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