Declinación solar

Sabemos que el eje que forma La Tierra con el Sol, junto con el eje que une al Sol en su movimiento aparente alrededor de la Tierra, forma un ángulo que se llama declinación. Dicho ángulo es cero durante los equinoccios ( días en que dura la noche y el día el mismo número de horas: 21 marzo y 21 de septiembre aproximadamente), y alcanza su mayor valor en los solsticios (21 de jnuio (día más largo) y 21 de diciembre (nocha más larga). Si representamos la variación de la declinación a lo largo del

año Juliano de 365 días de duración, obtenemos una onda de tipo sinusoidal.

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Variación de la radiación solar entre Málaga y Berlín

Mostramos los gráficos de radiación sobre Berlín y Málaga, en enero y julio, como promedio global. Se nota el efecto norte en la radiación solar si comparamos Berlín con Málaga. En Málaga se pasa a cielo despejado de una media global de 580 W/m2 en enero a algo más de 1000 en Junio.

En Alemania pasamos de unos 270 W/m2 en enero a 980 en junio, para la global a cielo despejado.

La radiación Solar:
Datos de la variación de la radiación solar sobre Málaga a lo largo del año.

En el gráfico que vemos, podemos ver la evolución mensual de la radiación global en Málaga, durante el año 2.005. La curva roja es el máximo, la verde (la media del 82 al 2.004) y la azul clara la mínima. Además hay una curva azul oscura del año agrícola que va de mediado de septiembre a mediado de enero (que es la radiación en ese periodo para el año 2.005. Me falta saber los demás meses). En el eje y vemos que la irradiancia la expresan en KJ/m2 (potencia por unidad de superficie).
Los valores de la curva se encuentran entre 725 (mínima) y 1000 (máxima) a primeros de enero. A primero de junio, tendríamos sobre Málaga entre 2.300 (mínima) y 2.850 (máxima).
La oscilación notoria se debe al cambio estacional.

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Células fotovoltaicas electroquímicas Grätzel

Un dispositivo nanoestructurado muy celebrado es una nueva clase de células solares descubierta por Michael Grätzel en 1991 La célula solar de dióxido de titanio nanoestructurado ilustra varios aspectos característicos de los dispositivos de nanoescala. Se forma con nanopartículas de dióxido de titanio (esferitas grises de la figura), un material muy abundante y no tóxico. La nanoestructura de dichas esferitas grises, multiplica en un factor 1000 el área en que un colorante absorbido en la superficie (esferitas violetas), puede ser fotoexcitado y generar fotocorriente, con una eficiencia de conversión de luz en electricidad de 10%. Simula de forma artificial la fotosíntesis que se realiza en las plantas. Por ahora este dispositivo está limitado por problemas de estabilidad. En general el control de los procesos físico-químicos en las interfaces es un aspecto fundamental para el éxito de los dispositivos de nanoescala.

Información obtenida de:

http://www.elp.uji.es/paperspdf/2005%20almacen%20energia.pdf

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Tandem Cell

La empresa Hydrogen Solar, recientemente constituida, ha anunciado un sistema para producir hidrógeno, rompiendo el agua directamente a partir de la luz solar. El dispositivo, denominado Tandem Cell, ha sido desarrollado por Michael Grätzel y colaboradores. El sistema se basa en la utilización de dos fotosistemas nanocristalinos conectados en serie (Fig. 6). Una película delgada de trióxido de Wolframio, WO3, o de Fe2O3 sirve como absorbente de la luz solar en la región ultravioleta-azul del espectro solar. El segundo fotosistema consiste en una celda solar de TiO2 nanocristalino sensitivizado con colorante como las descritas anteriormente. Este último fotosistema se dispone debajo del anterior para absorber la radiación correspondiente a la parte verde y roja del espectro solar. La combinación de las dos células proporciona el potencial necesario para disociar las moléculas de agua en el electrolito. Se ha comunicado una eficiencia de conversión de luz solar a gas hidrógeno del 8%, que podría incrementar a 15% con más desarrollo.

Datos obtyenidos de apuntes de Juan Bisquert (Sistemas electroquímicos y nanotecnología para el almacenamiento de energía limpia)

http://www.elp.uji.es/paperspdf/2005%20almacen%20energia.pdf

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La naturaleza es matemáticas en acción

Mirar este curioso video, que os hará reflexionar sobre la naturaleza que nos envuelve.


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Células solares de Banda Intermedia

Las células solares de banda intermedia, basadas en puntos cuánticos, consiguen implementar dichos puntos mediante técnicas epitaxiales en el seno de una célula de AsGa. La finalidad es aprovechar los fotones de intensidad inferior al gap, que de otra forma no serían absorbidos, mejorando la eficiencia de la célula.
En la figura de la derecha, vemos como el InAs (Indio-Arseniuro) se encuentra alojado en el centro de la matriz de AsGa. Un fotón de intensidad inferior al GAP (ancho de la banda prohibida) puede generar un par electrón hueco, desde la BV a la BI, para que posteriormente otro fotón lo haga saltar de la BI a la BC. de esta manera se incrementa la corriente fotogeneradora.

Me gustaría reflexionar un poco sobre los seudoniveles de Fermi, que guardan relación con los gases de electrones libres que se mueven en sus respectivas bandas de energía (BV, BI y BC), y que acoplados radiativamente (generación de pares electrones huecos entre bandas mediante la absorción de fotones de luz de E> Eg, y recombinación, de carácter predominantemente radiativo (como sucede con el AsGa)). En la figura de la izquierda, mostramos la estructura de una célula de BI en equilibrio. El material insertado en mitad de la banda prohibida o zona donde inicialmente la densidad de carga es cero, sería lo que llamamos base (esto en la célula de AsGa se podría realizar con (InAs) mediante epitaxia, constituyendo lo que se llaman puntos cuánticos), y constituye la Banda Intermedia ó BI. Por encima de él esta la zona con dopaje "n", y debajo la zona "p". Los saltos energéticos a sobrepasar son : E_G(entre BV y BC), E_H(entre BV y BI) y E_L (entre BI y BC). Cuando los fotones de luz inciden en la cara "n" de la célula, vemos en la parte derecha de la figura, que podemos encontrarnos fotones muy energéticos (tipo 3), capaces de generar pares electrón hueco (e-h) entre la BV y la BC, y menos energéticos (tipo 1 y 2), capaces de generar pares e-h entre BV y BI y entre BI y BC (estos electrones que saltarían de BI a BC, lo harían en un doble salto, que como sabemos es lo que se busca para aumentar la corriente fotogeneradora que se extraería por el terminal n de la célula (la corriente convencional es opuesta al movimiento real de los electrones).

En la figura de la derecha, E_FV, E_FI y E_FC, representan los tres seudoniveles de Fermi correspondientes a los gases de los electrones de las distintas bandas acoplados radiativamente. La radiación luminiscente que origina los posibles pares de e-h citados, tendrán un potencial químico µ_bo-bf electroluminiscente resultante de la diferencia de energías entre las bandas inicial (bo) y final (bf) entre las que se ha generado el salto. Si dividimos dicho potencial, entre la carga del electrón "e", obtendremos la tensión V a la que se inyectaría la corriente.

Curiosamente, y este es el éxito de esta teoría, se puede ver que la tensión mayor, se produce entre la BV y la BC, pero se puede reproducir igualmente con el doble salto. Por eso se consigue el aumento de la corriente fotogeneradora, sin pérdida de tensión (es importante para ello que la BI quede aislada del exterior, o en conexión serie). Veamos por qué:

V = (µ_BV-µ_BC )/e = (E_FC-E_FV)/e = (E_FC-E_FV)+(E_FC-E_FV)

Datos obtenidos de A. Luque y A Martín (Desarrollo de células solares de banda intermedia. Resúmen extenso).

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Nanotecnología, el futuro se hace cada vez más presente.

Estoy cursando un máster de Fotovoltaica en UNIA, y tocando el tema de mejora en los procesos de fabricación, ha salido la nanotecnología. Para aquellos que quieran hacerse una idea del alcance que tendrá, les diré que al igual que la informática con sus recursos ha supuesto un cambio drástico en nuestra vida, y en como entender los trabajos en todos los ámbitos, la nanotecnología supondrá una revolución aún mayor. Su nombre viene porque se trabaja a una escala de mil millonésima parte del milímetro. Ya se han diseñado algunas máquinas experimentales, cuyas aplicaciones las veremos en el ámbito de la salud, pero también en la de los procesos de fabricación. Mirad estos pequeños videos, y decidme que os parece....alucinante.