Sustentabilidad Energética y celdas solares P. Karunakaran Nair, CIE-UNAM, 24 agosto 2012, pkn@cie.unam.mx

Viajes y la vida terrestre…

Sustentabilidad Energética y celdas solares 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?

Energía nuclear, Energía Solar Universidad de Chicago, 02 dic. 1942 “The Italian navigator has landed in the new world” Un querido de energia nuclear y de celdas solares

Top-ten nuclear power countries, MIT Technology Review, Nov-Dec. 2010 TWh

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

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

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 2012 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

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

Planta celdas solar: FP 0.12 en Alemania Planta nuclear: FP 0.9 Planta celdas solar: FP 0.12 en Alemania Capacidad FV para substituir 1100 MW@0.9 Por FV@0.12= 8000 MW 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

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

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

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 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

Energía eléctrica en México - Pablo Mulas, Unión de Morelos, 13 de agosto 2012, CFE – Programa de Obras e Instalaciones del Sector Eléctrico (POISE-2025) Consumo de energía eléctrica 2009: 235.11 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 categória 2009 2025 Gas natural 48% de 235.11TWh 59% de 414.60TWh Combustoleo 21% 3% Carbon 12% 11% Hidroelectrico 10% Nuclear 5% Geotermia 2.9% 2% Viento Técnicas Limpias… 0.1% 10% 41.5 TWh FV?

Sustentabilidad Energética y Celdas Solares: 41 Sustentabilidad Energética y Celdas Solares: 41.5 TWh por celdas solares en 2025 41.5 TWh = 41,500,000 MWh …. @ 4 MWh por aῆo 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 aῆo por 12 aῆos 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

Solar PV… Celda solar, su funcionamiento, y semiconductores Energía solar Energía eléctrica LED blanco 4 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) 1 2 3

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

Santha y Karuna 10x240 W – porque? Julia y Manuel, 8x240 W Santha y Karuna 10x240 W – porque? 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 Dulceria, Jojutla, 200x240 W

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

¿Aficionado a sustentabilidad o Inversionista inteligente?

Costo y Garantia – vida útil 40 aῆos? Equipo FV 10x240W @ usd534por modulo inter-conectado a la red: $141,110MN IVA @ 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) 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

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

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

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

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

Antimony Sulfide Absorbers in Solar Cells Stibnite (Sb2S3) crystals from Henan Province, China, size: 16.8 x 5.4x5.4 cm, Wikipedia Purple gray, Red, Reddish gray coatings of metastibnite (amorphous Sb2S3) with yellow sulfur. Location: Steamboat Springs, Washoe County, Nevada, USA. © Jeff Weissman / Photographic Guide to Mineral Species

Antimony sulfide as a PV absorber Sb2Se3 Sb2S3 a-Sb2S3 1.1 eV 1.88 eV 2.3 eV L. M. Peter, Towards sustainable photovoltaics: the search for new materials Phil. Trans. R. Soc. A 2011 369, 1840- Shockley, W. , Queisser, H. J: Detailed balance limit .. solar cells. J. Appl. Phys. 1961 32, 510-

Sb2S3 solar cell module

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

www.cie.unam.mx/lifycs

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

Morelos…..un país: 1,800,000 gente; 4,900 km2 (400,900 ha) 23 en 32 en población; 30 en 32 en area 1869

Países comparable con Morelos en área o población Pais Poblacion Area km2 PIB (usd ’08) Belize 300,000 23,000 6,740 Guatemala 800,000 109,000 4,760 Panama 3,400,000 77,000 12,500 Uruguay 176,000 12,740 Trinidad,Tobago 1,300,000 5,000 25,000 Jamaica 2,700,000 7,720 11,000 Morelos 1,800,000 14,570 Pais Poblacion Area km2 PIB (usd ’08) Brunei 400,000 6,000 50,820 Cyprus 900,000 9,000 26,920 Luxembourg 500,000 3,000 78,920 Qatar 11,000 121,740 Singapore 4,500,000 1,000 49,320 Bahrain 800,000 34,900 Norway 4,700,000 324,000 58,710 41 de 193 países con menor poblan. que Morelos; 26 de 193 con menor área que Morelos, The Economist , 2011

Morelos – un país de oportunidades Cve Municipio Superficie territorial (km2) Temperatura media anual (° C) Precipitación pluvial anual (mm) 001 Amacuzac 92.3 30 1,187 002 Atlatlahucan 47.1 20 1,005 003 Axochiapan 147.5 22 894 004 Ayala 303.5 964 005 Coatlán del río 83.6 967 006 Cuautla 181.4 895 007 Cuernavaca 244.7 1,096 008 Emiliano Zapata 66.7 21 019 Tepalcingo 360.1 24 943 020 Tepoztlán 279.0 28 1,384 021 Tetecala 89.2 22 981 022 Tetela del volcán 111.6 20 2,341 023 Tlalnepantla 131.3 17 913 024 Tlaltizapán 301.1 840 025 Tlaquiltenango 467.6 18 910 026 Tlayacapan 84.2 19 027 Totolapan 70.1 028 Xochitepec 99.1 009 Huitzilac 134.4 12 980 010 Jantetelco 165.8 22 988 011 Jiutepec 70.5 21 1,021 012 Jojutla 106.9 26 930 013 Jonacatepec 64.2 870 014 Mazatepec 76.1 24 1,194 015 Miacatlán 219.8 23 1,112 016 Ocuituco 79.8 2,472 017 Puente de Ixtla 333.6 25 018 Temixco 75.8 17 946 029 Yautepec 140.9 22 895 030 Yecapixtla 180.5 890 031 Zacatepec de Hidalgo 26.8 24 886 032 Zacualpan de Amilpas 60.1 20 943 33 Temoac 45.9 Estado 4,941.2 1,057 Fuente: CEDEMUN, Elaborada con datos de INEGI, CONAPO, Banco de México y del Gobierno del Estado de Morelos , México 2000.

COMISION ESTATAL DE ENERGIA - ESTADO DE MORELOS

COMISION ESTATAL DE ENERGIA - ESTADO DE MORELOS

COMISION ESTATAL DE ENERGIA - ESTADO DE MORELOS

338,706 habitantes. representan el 21.8% del total del Estado Celdas solares e Innovación Social - Morelos Municipio con el menor porcentaje de analfabetismo. Cuernavaca 3.29 %. El estatal es del 7.418 %. Municipio con el mayor porcentaje de analfabetismo. Temoac 23.13%. Municipio con el mayor porcentaje de población económicamente activa. 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. Cuernavaca 338,706 habitantes. representan el 21.8% del total del Estado Municipio con el menor número de habitantes. Tlalnepantla 5,626 habitantes. representan el 0.36% del total del Estado 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./km2. Municipios con la menor densidad de población. Tlalnepantla 43 hab./km2. 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. Fuente: CEDEMUN, Elaborada con datos de INEGI, CONAPO, Banco de México y del Gobierno del Estado de Morelos , México 2000.

Celdas solares e Innovación Social Morelos– Planes Estratégicos 2012-2015 1. Acción – visibilidad sistemas FV 2.4 kW residencial/escuelas 33 deputados local 79.2 kW 33 presidentes municipales 100 miembros de ACMor 240.0 kW 60 escuelas 144.0 kW Total 226 sistemas ; 900 MWh/anio 464 kW; 22600 h instalación, empleos: Prep., Lic., Maestría 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 comerciales 240 kW 20 industrias productores Total: 300 instalaciones; empleados en instl. Asesoría- Lic., Maest., Doct. 1,635 kW, 2,725 MWh, 2.7 GWh/ aῆo

Are we doing it right for sustainability….? 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

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

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. 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) www.doitpoms.ac.uk – materials teaching learning packages, Cambridge University

Viajes y la vida terrestre…Gracias! 1 7 26 8 21 www.cie.unam.mx/lifycs