Fabricación de nanocontactos para células solares: invisibilidad y resonancias plasmónicas

Los dispositivos opto-electrónicos, tales como las células solares, las pantallas planas y los diodos LED (del inglés light emitting diodes), necesitan contactos eléctricos en la cara frontal por la que entra o sale la luz del dispositivo. Estos contactos causan pérdidas por reflexión y absorción de luz (sombra) y por resistencia eléctrica. En una primera aproximación estas pérdidas son contrapuestas, lo que mejora la sombra empeora la resistencia y viceversa. Hasta ahora esto se ha entendido como un compromiso inevitable que limita la eficiencia de conversión energética de los dispositivos opto-electrónicos: disminuir las pérdidas por resistencia eléctrica implica necesariamente aumentar las pérdidas ópticas por sombra. Esta tesis se ha encaminado a tratar de superar esta dificultad a través de la nanoestructuración de la malla de contacto frontal, con especial énfasis en el caso de las células solares de concentración. El objetivo es poder reducir simultáneamente las pérdidas por sombreado y resistencia en serie de la malla. Hemos encontrado, en base a experimentos, teoría y simulaciones, que para tamaños de linea pequeños, en el umbral del régimen de Rayleigh, pero no lo suficientemente pequeños como para que se den las resonancias plasmónicas más intensas (de tipo dipolar), los contactos hacen menos sombra de la que corresponde a su área geométrica. Se puede decir que los contactos se vuelven parcialmente invisibles. En una primera parte de introducción se ha presentado la influencia de la malla en las pérdidas por resistencia en serie producidas en la célula. Se ha analizado el peso de las distintas variables y se ha escogido la reducción del espaciado entre líneas como alternativa a desarrollar. Para no afectar a otras variables, se ha reducido acordemente la anchura de línea manteniendo el factor de sombra geométrico de las células estado del arte. Se ha calculado que para un caso ideal la ganancia puede ser de un 4% absoluto para mallas con líneas de anchura 400-600 nm distribuidas en periodos de 10-20 μm. Se ha visto como otros efectos eléctricos apuntan también a ese rango como óptimo...

Modelización y simulación de la configuración de un campo solar para centrales termosolares de torre: influencia de la óptica del concentrador sobre la generación de energía

Las energías renovables como alternativa a las plantas de producción eléctrica tradicionales que utilizan combustibles fósiles, suponen hoy en día una solución a los problemas de dependencia energética, y emisiones de CO2 no deseadas a la atmósfera, habiéndose producido un fuerte desarrollo en la tecnología especialmente eólica y solar en la última década. Empresas como Abengoa, Acciona, Aries, ACWA, Sener, Brightsource entre otras, están apostando fuerte por la energía solar, y es concretamente dentro de la compañía Abengoa, dónde surge la propuesta de esta tesis doctoral. El estudio aquí realizado surge como resultado del trabajo desempeñado dentro del Departamento de Investigación y Desarrollo de Abengoa Solar New Technologies, y posteriormente dentro de Abengoa Research, empresa creada para concentrar el I+D de toda la compañía. El objetivo final consiste en optimizar las plantas solares termoeléctricas de torre, centrándonos en el campo de heliostatos (espejos) que lo componen y en su influencia sobre la producción eléctrica de la planta pudiendo así facilitar unas pautas de optimización del campo según el tipo de heliostato utilizado, y plantear una alternativa a la configuración de campos de heliostatos ya existente. Para ello, se estudian dos posibles escenarios, en el que se contemplan dos tipos de facetas diferentes, siendo las facetas las diferentes unidades o espejos por los que está constituido el heliostato. Un primer escenario que consiste en un campo de heliostatos con facetas esféricas, y un segundo escenario que consiste en heliostatos con facetas planas, estando dichas facetas en ambos casos canteadas esféricamente, es decir, orientadas su normales adecuadamente para que conformen una superficie “imaginaria”, lo más cercana posible a la esférica...

Sensor IoT para monitorización de consumo de energía en continua

Hoy en día la mayor parte de los sensores de energía IoT (Internet of Things) están orientados a la medida de corriente alterna (AC). No son aptos para monitorizar equipos que no estén conectados a la red eléctrica (baterías, paneles fotovoltaicos, etc.) o que formen parte de otros equipos más grandes y que estén situados detrás del transformador (ej. aceleradores de cómputo en supercomputadores). El presente trabajo tiene como objetivo principal construir un sistema, con una instalación sencilla y reducida, que permita la monitorización de consumo de dispositivos conectados a corriente continua. Toda la información recogida será mostrada a través de una interfaz web, que nos permitirá observar los cambios en el consumo en tiempo real con un intervalo de actualización especificado por el usuario. Además el sistema será robusto, con bajo coste de implementación y permitirá una alta escalabilidad, ya que el objetivo del proyecto es que sea escalable a nivel de centro de datos o institución.

Sistemas de iluminación de altas prestaciones aplicados a bienes de interés cultural

Esta memoria de tesis recoge el trabajo realizado con el objetivo de proponer mejoras en los sistemas que se utilizan para la iluminación de bienes de interés cultural. Para poder conseguir este objetivo, se han estudiado los procesos que relacionan la iluminación con la visualización y el deterioro de los materiales que componen los bienes culturales. Se ha desarrollado una metodología de caracterización óptica precisa adaptada al estudio de bienes culturales, que permite medir el factor de reflectancia con una alta precisión, tanto espectralmente como en el posicionamiento espacial del área medida. La metodología desarrollada se ha utilizado para la caracterización óptica de cuatro bienes culturales de muy alta relevancia, las obras “Mujer en Azul” y “Guernica”, del pintor Pablo Picasso, expuestas en el Museo Nacional Centro de Arte Reina Sofía, la obra “Muchacho con turbante y ramillete de flores” del pintor Michiel Sweerts, perteneciente a la colección Thyssen-Bornemisza y las pinturas rupestres de la Cueva del Castillo, en Puente Viesgo, incluidas en la lista de Patrimonio Mundial de la UNESCO. El análisis de los datos obtenidos tras el proceso de caracterización ha permitido por un lado generar una base de datos espectrales para la evaluación del estado de conservación de los bienes estudiados y por otro ha servido como herramienta de análisis objetivo de los resultados visibles tras procesos de restauración. Se ha desarrollado una metodología de optimización de la distribución espectral de fuentes de iluminación aplicadas a bienes culturales, la optimización está basada en criterios de conservación y percepción que pueden variar en función de las necesidades específicas de cada caso de aplicación. La metodología permite asignar distinta importancia a los diferentes parámetros a optimizar de modo que hace posible encontrar soluciones individualizadas para problemas específicos. Se ha aplicado dicha metodología en la iluminación de cuatro paneles de arte rupestre en la “Cueva del Castillo” (Puente Viesgo), y se ha desarrollado un sistema de iluminación utilizando la tecnología LED que ilumina los paneles de arte rupestre con una distribución espectral optimizada para producir un mínimo daño sobre la pintura rupestre, un máximo contraste entre el color de la pintura y el color de la piedra sobre la que está pintada y una mínima diferencia entre el color de la pintura observado bajo el iluminante propuesto y bajo un iluminante similar al que utilizó el autor de las pinturas.