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
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?
Energía nuclear, Energía Solar
Un querido de energia nuclear y de
celdas solares
Universidad de Chicago, 02 dic. 1942
“The Italian navigator has landed in the new world”
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
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 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. 2010
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
11%
10%
Nuclear
5%
3%
Geotermia
2.9%
2%
Viento
Técnicas Limpias…
0.1%
2%
10% 41.5 TWh FV?
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
LED
Energía
eléctrica
blanco
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)
4
1
2
3
Sustentabilidad y celdas solares: Sí funciona!
Casa: Antonio Sarmiento Galán
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
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
1.1 eV
Sb2S3 a-Sb2S3
1.88 eV
2.3 eV
L. M. Peter, Towards sustainable photovoltaics: the search for new materials Phil. Trans. R. Soc. A 2011 369, 1840Shockley, 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
41 de 193 países con menor
poblan. que Morelos; 26 de
193 con menor área que
Morelos, The Economist , 2011
Poblacion
Area km2
Belize
300,000
23,000
6,740
Guatemala
800,000
109,000
4,760
Panama
3,400,000
77,000
12,500
Uruguay
3,400,000
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
5,000
14,570
Pais
Poblacion
Area km2
Brunei
400,000
6,000
50,820
Cyprus
900,000
9,000
26,920
Luxembourg
500,000
3,000
78,920
Qatar
900,000
11,000
121,740
4,500,000
1,000
49,320
Bahrain
800,000
1,000
34,900
Norway
4,700,000
324,000
58,710
Singapore
PIB (usd ’08)
PIB (usd ’08)
Morelos – un país de oportunidades
Cve
Municipio
Superficie
territorial
(km2)
Temperatura Precipitación
media anual pluvial anual
(° C)
(mm)
001 Amacuzac
92.3
30
1,187
019 Tepalcingo
360.1
24
943
002 Atlatlahucan
47.1
20
1,005
020 Tepoztlán
279.0
28
1,384
003 Axochiapan
147.5
22
894
021 Tetecala
89.2
22
981
004 Ayala
303.5
20
964
022
111.6
20
2,341
Coatlán del
005
río
83.6
22
967
023 Tlalnepantla
131.3
17
913
006 Cuautla
181.4
22
895
024 Tlaltizapán
301.1
24
840
007 Cuernavaca
244.7
20
1,096
025 Tlaquiltenango
467.6
18
910
Emiliano
Zapata
66.7
21
894
026 Tlayacapan
84.2
19
913
027 Totolapan
70.1
17
913
009 Huitzilac
134.4
12
980
028 Xochitepec
99.1
24
840
010 Jantetelco
165.8
22
988
029 Yautepec
140.9
22
895
011 Jiutepec
70.5
21
1,021
030 Yecapixtla
180.5
22
890
012 Jojutla
106.9
26
930
013 Jonacatepec
64.2
22
870
014 Mazatepec
76.1
24
1,194
015 Miacatlán
219.8
23
1,112
016 Ocuituco
79.8
21
2,472
333.6
25
930
75.8
17
946
008
017
Puente de
Ixtla
018 Temixco
Tetela del
volcán
031
Zacatepec de
Hidalgo
26.8
24
886
032
Zacualpan de
Amilpas
60.1
20
943
45.9
20
943
4,941.2
22
1,057
33 Temoac
Estado
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
Celdas solares e Innovación Social - Morelos
Municipio con el menor
porcentaje de analfabetismo.
Municipio con el mayor número
338,706 habitantes.
de habitantes.
Cuernava
representan el
ca
21.8%
del total del Estado
Municipio con el menor número
5,626 habitantes.
Tlalnepan
de habitantes.
representan el 0.36%
tla
del total del Estado
Municipio con el mayor
porcentaje de analfabetismo.
3.29 %.
Cuernavac
El estatal es del 7.418
a
%.
Temoac
Municipio con el mayor
porcentaje de población
económicamente activa.
35 %.
Cuernavac
El estatal es del 30 %.
a
Municipio con el menor
porcentaje de población
económicamente activa.
Jantetelco
y Temoac
Municipio con la mayor altitud.
Huitzilac
2,550 m.s.n.m.
Municipio con la menor altitud.
Jojutla
890 m.s.n.m.
Jiutepec
Municipios con la menor densidad de
población.
Tlalnepantla
43 hab./km2.
Municipio con el mayor porcentaje de
superficie sembrada.
Yecapixtla
63.31% del
municipio.
Ayala
5,036,089 cabezas.
representan el 19.1%
de la estatal.
Municipio con mayor población ganadera.
23 %.
2,420 hab./km2.
Municipio con la mayor densidad de
población.
Municipio con menor población ganadera.
23.13%.
133,587 cabezas.
Zacualpan de Amilpas 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
79.2 kW
100 miembros de ACMor
60 escuelas
Total 226 sistemas ;
900 MWh/anio
240.0 kW
144.0 kW
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
240 kW
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!
T
1
26
7
8
21
www.cie.unam.mx/lifycs