Transport properties of CuGaSe(2)-based thin-film solar cells as a function of absorber composition

The transport properties of thin-film solar cells based on wide-gap CuGaSe(2) absorbers have been investigated as a function of the bulk [Ga]/[Cu] ratio ranging from 1.01 to 1.33. We find that (i) the recombination processes in devices prepared from absorbers with a composition close to stoichiometry ([Ga]/[Cu] = 1.01) are strongly tunnelling assisted resulting in low recombination activation energies (E(a)) of approx. 0.95 eV in the dark and 1.36 eV under illumination. (ii) With an increasing [Ga]/[Cu] ratio, the transport mechanism changes to be dominated by thermally activated Shockley-Read-Hall recombination with similar E(a) values of approx. 1.52-1.57 eV for bulk [Ga]/[Cu] ratios of 1.12-1.33. The dominant recombination processes take place at the interface between CdS buffer and CuGaSe(2) absorber independently from the absorber composition. The increase of E(a) with the [Ga]/[Cu] ratio correlates with the open circuit voltage and explains the better performance of corresponding solar cells.

A technical note on application of internally finned tubes in solar parabolic trough absorber pipes

The heterogeneous incoming heat flux in solar parabolic trough absorber tubes generates huge temperature difference in each pipe section. Helical internal fins can reduce this effect, homogenising the temperature profile and reducing thermal stress with the drawback of increasing pressure drop. Another effect is the decreasing of the outer surface temperature and thermal losses, improving the thermal efficiency of the collector. The application of internal finned tubes for the design of parabolic trough collectors is analysed with computational fluid dynamics tools. Our numerical approach has been qualified with the computational estimation of reported experimental data regarding phenomena involved in finned tube applications and solar irradiation of parabolic trough collector. The application of finned tubes to the design of parabolic trough collectors must take into account issues as the pressure losses, thermal losses and thermo-mechanical stress, and thermal fatigue. Our analysis shows an improvement potential in parabolic trough solar plants efficiency by the application of internal finned tubes.

Electronic and photon absorber properties of Cr-Doped Cu2ZnSnS4

The Cu2ZnSnS4 (CZTS) semiconductor is a potential photovoltaic material due to its optoelectronic properties. These optoelectronic properties can be potentially improved by the insertion of intermediate states into the energy bandgap. We explore this possibility using Cr as an impurity. We carried out first-principles calculations within the density functional theory analyzing three substitutions: Cu, Sn, or Zn by Cr. In all cases, the Cr introduces a deeper band into the host energy bandgap. Depending on the substitution, this band is full, empty, or partially full. The absorption coefficients in the independent-particle approximation have also been obtained. Comparison between the pure and doped host's absorption coefficients shows that this deeper band opens more photon absorption channels and could therefo:e increase the solar-light absorption with respect to the host.

Cu(In,Ga)Se2 absorber thinning and the homo-interface model: Influence of Mo back contact and 3-stage process on device characteristics

Thinning the absorber layer is one of the possibilities envisaged to further decrease the production costs of Cu(In,Ga)Se2 (CIGSe) thin films solar cell technology. In the present study, the electronic transport in submicron CIGSe-based devices has been investigated and compared to that of standard devices. It is observed that when the absorber is around 0.5 μm-thick, tunnelling enhanced interface recombination dominates, which harms cells energy conversion efficiency. It is also shown that by varying either the properties of the Mo back contact or the characteristics of 3-stage growth processing, one can shift the dominating recombination mechanism from interface to space charge region and thereby improve the cells efficiency. Discussions on these experimental facts led to the conclusions that 3-stage process implies the formation of a CIGSe/CIGSe homo-interface, whose location as well as properties rule the device operation; its influence is enhanced in submicron CIGSe based solar cells.

Analysis of SnS2 hyperdoped with V proposed as efficient absorber material

Intermediate-band materials can improve the photovoltaic efficiency of solar cells through the absorption of two subband-gap photons that allow extra electron-hole pair formations. Previous theoretical and experimental findings support the proposal that the layered SnS2 compound, with a band-gap of around 2 eV, is a candidate for an intermediate-band material when it is doped with a specific transition-metal. In this work we characterize vanadium doped SnS2 using density functional theory at the dilution level experimentally found and including a dispersion correction combined with the site-occupancy-disorder method. In order to analyze the electronic characteristics that depend on geometry, two SnS2 polytypes partially substituted with vanadium in symmetry-adapted non-equivalent configurations were studied. In addition the magnetic configurations of vanadium in a SnS2 2H-polytype and its comparison with a 4H-polytype were also characterized. We demonstrate that a narrow intermediate-band is formed, when these dopant atoms are located in different layers. Our theoretical predictions confirm the recent experimental findings in which a paramagnetic intermediate-band material in a SnS2 2H-polytype with 10% vanadium concentration is obtained.

Design Parameter Analysis of Point Absorber WEC via an Evolutionary-Algorithm-Based Dimensioning Tool

Wave energy conversion has an essential difference from other renewable energies since the dependence between the devices design and the energy resource is stronger. Dimensioning is therefore considered a key stage when a design project of Wave Energy Converters (WEC) is undertaken. Location, WEC concept, Power Take-Off (PTO) type, control strategy and hydrodynamic resonance considerations are some of the critical aspects to take into account to achieve a good performance. The paper proposes an automatic dimensioning methodology to be accomplished at the initial design project stages and the following elements are described to carry out the study: an optimization design algorithm, its objective functions and restrictions, a PTO model, as well as a procedure to evaluate the WEC energy production. After that, a parametric analysis is included considering different combinations of the key parameters previously introduced. A variety of study cases are analysed from the point of view of energy production for different design-parameters and all of them are compared with a reference case. Finally, a discussion is presented based on the results obtained, and some recommendations to face the WEC design stage are given.

A resistance emulation approach to optimize the wave energy harvesting for a direct drive point absorber

In general, a major challenge for the exploitation of renewable energies is to improve their efficiency. In electricity generation from the energy of ocean waves, not unlike other technologies, the converter must be optimized to make the energy harvesting economically feasible. This paper proposes a passive tuning control strategy of a point absorber in which the power captured is maximized by controlling the electromagnetic force of the generator with a resistance emulation approach. The proposed strategy consists of mapping the optimal values for regular waves and applying them to irregular waves. This strategy is tested in a wave energy converter in which the generator is connected to a boost rectifier converter whose controller is designed to emulate a resistance. The power electronics system implemented is validated by comparing its performance with the case in which the generator is directly connected to a resistive load. The simulation results show the effectiveness of the proposed strategy as the maximum captured power is concentrated around the optimal values previously calculated and with the same behavior for both excitations.

Comportamiento de hormigones de alta resistencia con fibras de acero frente al impacto de proyectiles

Este trabajo presenta los resultados de la investigación llevada a cabo por los autores sobre el comportamiento de hormigón de 80 MPa de resistencia característica a compresión reforzado con diferentes cuantías de fibras de acero de alto contenido en carbono sometido al impacto de proyectiles de distintos calibres, determinando el espesor de muros de este tipo de hormigón que sería preciso disponer para impedir su perforación por dichos proyectiles, así como los valores máximos de penetración, para que en el caso de no producirse perforación y sólo penetración, no se genera cráter, “scabbing”, en el trasdós de los mismos. Previamente a los ensayos balísticos fue preciso diseñar los hormigones para que, presentaran determinadas características mecánicas, especialmente las relacionadas con la ductilidad, dado que estos hormigones especiales deben absorber la elevada energía que le transmiten los proyectiles y las ondas de choque que los acompañan.

Proyecto de la estación depuradora de aguas residuales de Santa María del Campo Rus (Cuenca)

El presente Proyecto describe el diseño constructivo de las instalaciones correspondientes para el Saneamiento y Depuración del municipio de Santa María del Campo Rus. Por tanto, en este proyecto se definen las condiciones geométricas y técnicas a realizar, valorándose los trabajos y proporcionándose una información completa que permita conocer las obras con suficiente precisión. Las obras e instalaciones incluidas en este Proyecto Constructivo son aquellas que permiten un tratamiento de los caudales actuales, e inmediatamente futuros con el fin de llegar a un tratamiento completo de todos los vertidos producidos, de forma que con ello se consiga el grado de depuración necesario, hasta cumplir en cada momento los límites fijados para su vertido. A parte del fin fundamental indicado, conseguir los resultados de depuración exigidos, se ha considerado a la hora de diseñar y proyectar el presente proyecto, como metas básicas las siguientes: -Dar la solución idónea respecto a la línea de proceso adoptada, dimensionando en sentido amplio las unidades que conformen cada estación, para que puedan absorber las pequeñas variaciones que pudieran presentarse sobre los parámetros básicos establecidos. -Realizar una correcta distribución de los diversos elementos de cada estación atendiendo: a la secuencia lógica del proceso, a las características topográficas y geotécnicas del terreno y a la obtención de una fácil y eficaz explotación, con unos gastos de mantenimiento reducidos. -Dar una calidad a las obras civiles, equipos e instalaciones que nos permitan una relación calidad-precio que se ajuste a este tipo de obras, atendiendo sobre todo al cometido que éstas van a desempeñar. -Dotar a las instalaciones de la flexibilidad suficiente para facilitar las maniobras de operación. -Proyectar cada estación depuradora de manera que forme un conjunto armónico, tanto en aparatos como en acabado de edificios. -Integrar cada E.D.A.R. dentro de los terrenos disponibles. -Por último, definir un proyecto en cuanto a medición y valoración que permita la realización de las obras con el mínimo de variaciones o alteraciones posibles.

E.D.A.R. de Villarreal

El objeto del presente Proyecto es la completa definición y valoración de las obras necesarias para depurar las aguas residuales procedentes del municipio de Villarreal, para lograr los objetivos de depuración descritos en la Directiva Comunitaria 91/271/UE. Las obras que se proyectan son, en esencia, las siguientes: -Construcción de las instalaciones de la nueva E.D.A.R. de Villarreal - Vora Riu-. -Demolición de las instalaciones actuales. A parte del fin fundamental indicado anteriormente, se han considerado a la hora de diseñar y proyectar el presente proyecto, como metas básicas las siguientes: -Dar la solución idónea respecto a la línea de proceso adoptada, dimensionando en sentido amplio las unidades que conformen la estación, para que puedan absorber las pequeñas variaciones que pudieran presentarse sobre los parámetros básicos establecidos. -Realizar una correcta distribución de los diversos elementos de la estación atendiendo: a la secuencia lógica del proceso, a la implantación de las instalaciones existentes y sus posibles interferencias, a las características topográficas y geotécnicas del terreno y a la obtención de una fácil y eficaz explotación, con unos gastos de mantenimiento reducidos. -Utilizar procesos de depuración que permitan una estación depuradora lo más compacta posible. -Dar una calidad a las obras civiles, equipos e instalaciones que permitan una relación calidad-precio que se ajuste a este tipo de obras, atendiendo sobre todo al cometido que éstas van a desempeñar. -Dotar a las instalaciones de la flexibilidad suficiente para facilitar las maniobras de operación, así como de los dispositivos necesarios para reducir al máximo la posibilidad de olores y la producción de vibraciones y ruidos. -Proyectar la Estación Depuradora de manera que forme un conjunto armónico con las obras e instalaciones existentes, tanto en aparatos como en acabado de edificios a fin de adecuarla estéticamente al entorno. -Integrar la Estación dentro de los terrenos actualmente previstos. -Definir un proyecto en cuanto a medición y valoración que permita la realización de las obras con el mínimo de variaciones o alteraciones posibles.

Effect of the oxygen isoelectronic substitution in Cu2ZnSnS4 and its photovoltaic application

The optoelectronic properties of Cu2ZnSnS4 and environmental considerations have attracted significant interest for photovoltaics. Using first-principles, we analyze the possible improvement of this material as a photovoltaic absorber via the isoelectronic substitution of S with O atoms. The evolution of the acceptor level is analyzed with respect to the atomic position of the nearest neighbors of the O atom. We estimate the maximum efficiency of this compound when used as a light absorber. The presence of the sub-band gap level below the conduction band could increases the solar-energy conversion with respect to the host.

Electronic property analysis of O-doped Cu3SbS3

The ternary Cu-Sb-S semiconductors are considered to be sustainable and potential alternative absorber materials in thin film photovoltaic applications. In these compounds, several phases may coexist, albeit in different proportions depending on experimental growth conditions. Additionally, the photovoltaic efficiency could be increased with isoelectronic doping. In this work we analyze the electronic properties of O-doped Cu3SbS3 in two structures: the wittichenite and the skinnerite. We use first-principles within the density functional formalism with two different exchange-correlation potentials. In addition, we estimate the potential of these compounds for photovoltaic applications.

Photovoltaic application of O-doped Wittichenite-Cu 3 BiS 3: from microscopic properties to maximum efficiencies

The electronic properties and the low environmental impact of Cu 3 BiS 3 make this compound a promising material for low-cost thin film solar cell technology. From the first principles, the electronic properties of the isoelectronic substitution of S by O in Cu 3 BiS 3 have been obtained using two different exchange-correlation potentials. This compound has an acceptor level below the conduction band, which modifies the opto-electronic properties with respect to the host semiconductor. In order to analyze a possible efficiency increment with respect to the host semiconductor, we have calculated the maximum efficiency of this photovoltaic absorber material.

Influential factors in determination of biomass termal susceptibility by termal analysis

Las biomasas almacenadas en silos son potencialmente capaces de absorber oxígeno produciendo reacciones exotérmicas de oxidación. Si el calor producido en estas reacciones no se dispersa adecuadamente, provoca un auto-calentamiento de la materia orgánica que puede ser causa de descomposición e inflamación. En el ámbito de la posible auto-combustión en el almacenamiento y manipulación de las biomasas existen diversos factores que influyen en la susceptibilidad térmica de las biomasas, es decir, en su tendencia a la oxidación y posterior inflamación de la materia. Con el fin de analizar este comportamiento se han estudiado diferentes tipos de biomasas. En este estudio se ha trabajado con biomasas de origen agrícola, forestal y residual con distinta composición química. Las muestras de estudio se han acondicionado mediante distintos tratamientos físicos para valorar la influencia de diferentes factores en su auto-combustión.

Huella de carbono y huella ecológica de la empresa Hispánica de Aviación, S.A. aplicación para la toma de decisiones en la intervención contra incendios forestales.

La preocupación sobre el cambio climático continúa en aumento. Las crecientes evidencias de sus implicaciones ambientales, sociales y económicas plantean escenarios de regulaciones y concesiones públicas a empresas verdes. Las organizaciones privadas trabajan para incorporar nuevos indicadores de sostenibilidad ambiental que les permitan adelantarse a la casi segura futura legislación. Con este telón de fondo, aparecen dos indicadores de sostenibilidad denominados “Huella Ecológica” y “Huella de Carbono”. La Huella Ecológica mide la superficie biológicamente productiva (incluyendo agua y tierra), necesaria para producir todos los recursos que consume y absorber los desechos que genera una actividad. La Huella de Carbono cuantifica la totalidad de gases de efecto invernadero emitidos por efecto directo e indirecto como consecuencia de una actividad. En este contexto, la industria del transporte en general, y en particular el sector de la aviación, están en el punto de mira, por ser los sectores que más emisiones generan. Otro gran foco de emisiones es la ocurrencia de los incendios forestales que, además, se ha convertido en uno de los mayores problemas ecológicos que sufren nuestros montes debido a su frecuencia y gravedad en las últimas décadas. El presente Proyecto Final de Carrera tiene dos objetivos. En primer lugar la cuantificación e interpretación de la Huella de Carbono y Huella Ecológica de la empresa Hispánica de Aviación S.A. (HASA), empresa que presta servicios con helicópteros, sector para el que no se han encontrado estudios de Huella de Carbono hasta la fecha. En segundo lugar, determinar el radio de acción de los helicópteros en su actuación contra incendios forestales para que las emisiones de Gases de Efecto Invernadero compensen su intervención. Para ello se ha utilizado el Método Compuesto de las Cuentas Contables v.12.4 determinando como unidad funcional de producto el kilómetro recorrido por un helicóptero. Por último se ha empleado la metodología utilizada por el Ministerio de Agricultura, Alimentación y Medio Ambiente para el cálculo de emisiones por los Incendios Forestales a fin de realizar una estimación de lo que supone en este sentido la intervención de los helicópteros de HASA en las labores de extinción. La Huella de Carbono y Huella Ecológica para el año 2012 de HASA es 5.515 t CO2e y 1.344 haG. Destaca el peso del consumo de queroseno, que contribuye con 3.103 t CO2e y 786 haG. De acuerdo a las unidades funcionales consideradas, el helicóptero con matrícula SP-SUT/EC-LUQ es el que más Huella de Carbono presenta (12 Kg CO2e/Km) a diferencia del helicóptero con matrícula SP-SUC que es el que menos Huella de Carbono manifiesta (6 Kg CO2e/Km). Entre las diferentes conclusiones se destaca que la salida de un helicóptero a un incendio en España, siempre va a valorarse como compensada en términos de Huella de Carbono. Es decir, las emisiones que va a evitar su salida (disminución de la superficie quemada), son considerablemente mayores que las que se pueden producir por su puesta en funcionamiento. El presente proyecto se acompaña de una propuesta de acciones que se consideran de gran utilidad tanto para posteriores evaluaciones como para la mejora del posicionamiento ambiental de HASA.