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MÁSTER UNIVERSITARIO EN ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA

Máster Universitario en Energía Solar Fotovoltaica

Universidad Politécnica de Madrid

Trabajo Fin de

Máster Listado de ofertas

Segundo Semestre Curso 2017-2018

Profesor responsable: Eduardo Lorenzo (lorenzo@ies‐def.upm.es)

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TRABAJOS FIN DE MASTER OFERTADOS POR EL GRUPO DE SISTEMAS

PARA EL CURSO 2017‐18

1) Generador fotovoltaico de capas delgadas

Se trata de acompañar la implantación de un generador fotovoltaico con módulos de

tecnología “Thin Film” (capas delgadas) en la sede del IES‐UPM en Vallecas.

Para ello se dispone de 14 módulos de CIS fabricados por Solar Frontier (SF‐150‐170 S)

y de un sistema fotovoltaico trifásico conectado a la red a través de un inversor de 15

kW.

Los módulos están expuestos al Sol desde marzo del pasado año, para garantizar su

estabilización, y se instalarán en dos series asociadas en paralelo, estando cada serie

constituida por 7 módulos en serie. A su vez, estas series se instalarán en paralelo con

otras constituidas por módulos de silicio cristalino, que están en funcionamiento

regular desde hace tres años. Las tareas del TFM son:

‐ Caracterizar los módulos en simulador solar

‐ Caracterizar los módulos a sol real

‐ Medir la resistencia de aislamiento tanto en seco como en mojado

‐ Instalar las series y ponerlas en funcionamiento

‐ Evaluar su producción a lo largo de un tiempo representativo (mínimo un mes),

comparando su rendimiento con el de las series de silicio cristalino.

2) Caracterización de módulos fotovoltaicos de silicio cristalino a Sol real

Se trata de ensayar procedimientos de medida de la potencia CEM (Condiciones

Estándar de Medida) a sol real y con la menor incertidumbre posible.

Para ello se dispone de 25 módulos de silicio cristalino (Siliken, 220 W) conectados a la

red en dos sistemas fotovoltaicos monofásicos de 5 kW, que funcionan de forma

regular. Cada módulo ha sido calibrado previamente (es decir, que se conoce su

potencia CEM) y, además, cuenta con un sensor de temperatura (PT 1000) adherido a

su cara posterior.

Los módulos deben medirse repetidamente (por ejemplo, una vez por semana a lo

largo de dos meses) mediante una carga capacitiva doble que permite la medida

simultánea de dos módulos: uno patrón, que sirve de referencia, y el módulo a medir.

Se ensayarán diversos procedimientos de corrección de las curvas I‐V así obtenidas a

las CEM, buscando determinar cuál de ellos conlleva el menor error, entendido como

la diferencia entre el valor de potencia CEM resultante de la medida y su posterior

corrección, y el valor de calibración mencionado anteriormente.

3) Análisis de bombeos fotovoltaicos de alta potencia

Un proyecto europeo (información accesible en www.maslowaten.eu) coordinado por

el IES‐UPM condujo a la instalación de 5 sistemas de bombeo fotovoltaico de alta

potencia (entre 150 y 300 kW) destinados al regadío.


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Estos sistemas, están instalados en diferentes lugares, han funcionado con normalidad

durante el período de riego de 2017 (típicamente, entre mayo y octubre) y se dispone

de todos los datos correspondientes a su funcionamiento (irradiancias, potencias DC y

AC y caudales).

El TFM consiste en analizar estos datos para evaluar el funcionamiento de los sistemas,

determinando no sólo los valores absolutos de las magnitudes relevantes

(irradiaciones, energías y volúmenes) sino también algunos índices de calidad

(eficiencias y ratios de utilización, principalmente).

Los alumnos interesados deben saber que:

‐La realización de estos TFMs exige una presencia en la sede del IES en Vallecas estimada en un

día a la semana aproximadamente.

‐El proceso de realización del TFM incluye un seguimiento continuo que obliga al alumno a

presentar oralmente en seminarios internos del grupo sus avances respecto a:

Fecha Asunto

Final de febrero Objetivos y planteamiento Final de abril Primeros experimentos y cálculos Final de mayo Experimentos y cálculos

Este seguimiento tiene el doble objetivo de evaluar el avance de los trabajos y de enseñar al

alumno a realizar presentaciones orales, y responde a la idea general de garantizar que el TFM

resulte de un esfuerzo continuado y extendido en el tiempo, y no de uno puntual y

concentrado en el último mes antes de su presentación. Las carreras de velocidad y de fondo

pueden servir de símil: las de fondo se corren a un ritmo más lento pero mantenido durante

más tiempo y con el resultado de que la distancia recorrida en mucho mayor que la

correspondiente a las carreras de velocidad.


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Título: Generador fotovoltaico de capas delgadas

Objetivo: Se trata acompañar durante la implantación de un nuevo sistema fotovoltaico con módulos de capa delgada en la sede de Vallecas del Instituto de Energía Solar, así como de caracterizar los módulos, el inversor al que esté conectado y el sistema en total.

Realización: Se dispone de un inversor trifásico al que se conectarán módulos de capa delgada. Se deberá acompañar a los obreros durante la instalación del sistema, incluyendo los correspondientes sensores de irradiancia y de temperatura para el posterior análisis del mismo. El alumno deberá responsabilizarse de: ‐ Medida individual de los módulos antes de su instalación ‐ Preparación de dos módulos sensor de irradiancia y de temperatura de célula (cuatro módulos en total).

‐ Colocación de sensores de corriente DC para cada una de las ramas y de un sensor de corriente para el sistema en su totalidad.

‐ Medida y análisis de la eficiencia del inversor. ‐ Medida y análisis de la potencia máxima del generador, tanto con carga capacitiva como con vatímetro/registrador.

‐ Medida y análisis del comportamiento del sistema en funcionamiento durante al menos un día soleado.

La exigencia de tiempo de permanencia en el laboratorio es del orden de 1‐1.5 día/semana durante tres meses.

Otros comentarios: Un TFM similar, pero con módulos de silicio cristalino, se realizó en el curso 2015‐16.


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Título: Caracterización de módulos fotovoltaico a Sol real

Objetivo: Se trata caracterizar módulos fotovoltaicos a Sol real utilizando la “Solar Box” desarrollada por el grupo de Sistemas Fotovoltaicos. Dicha caja permite caracterizar el módulo en Condiciones Estándar de Medida (CEM), así como de obtener los coeficientes de temperatura y de eficiencia a diferentes irradiancias. Se busca caracterizar durante varios meses 2 o 3 módulos y analizar los resultados obtenidos.

Realización: Se pondrán a disposición del alumno de varios módulos para que pueda medir en días soleados curvas IV a Sol real mediante el empleo de una carga capacitiva y de la “Solar Box”, que permite medir los módulos a diferentes temperaturas e irradiancias. El alumno deberá responsabilizarse de: ‐ Preparación de los módulos para su medida dentro de la solar box. ‐ Medida de la curva I‐V tanto a CEM como a medida que se calienta el módulo. ‐ Medida de la curva I‐V a 25ºC y a otras dos irradiancias: 600 y 200 W/m2. ‐ Procesado y análisis de las medidas realizadas, sacando los parámetros de interés. La exigencia de tiempo de permanencia en el laboratorio es del orden de 1‐1.5 día/semana durante tres meses.

Otros comentarios: El trabajo podría incluir también la comparación de dichas medidas a Sol real con las obtenidas a partir de un simulador solar. Se adjuntan tres artículos, que muestran la carga capacitiva y la “Solar Box”.

Oferta de Trabajo Fin de Máster del Máster Universitario en Energía Solar Fotovoltaica – UPM

Curso 2017‐2018

Título: Degradación de módulos en sistemas BIPV: el edificio de Yingli Green Energy Spain Tutores: Estefanía Caamaño Martín, José María Román (Yingli Green Energy Spain) Grupo de Investigación: Generación Distribuida Renovable y Control Inteligente Carácter (teórico/práctico): teórico y práctico Estimación porcentual aproximada de los bloques de estudio / teoría / implementación: 20/30/50 Breve descripción del TFM: Una de las aplicaciones fotovoltaicas de mayores perspectivas de desarrollo es la integración de sistemas de energía solar fotovoltaica en edificios, donde los módulos fotovoltaicos, además de generar energía eléctrica, cumplan funcionalidades arquitectónico‐constructivas que generen un valor añadido para los edificios. En particular, la inminente entrada en vigor de la Directiva Europea 2010/31/UE relativa a la eficiencia energética de los edificios ofrece una posibilidad inmejorable para que la tecnología fotovoltaica demuestre su máximo potencial, actuando como envolvente activa y generando electricidad en el mismo lugar en el que se consume, contribuyendo a una mayor eficiencia energética del edificio y del sistema eléctrico al que está conectado, y proporcionando beneficios económicos, sociales y ambientales. En este escenario de oportunidad, resulta de gran importancia una adecuada supervisión del comportamiento de la instalación fotovoltaica, cuyo diseño está afectado por distintos condicionantes que, en muchas ocasiones, conducen a ubicaciones de los módulos fotovoltaicos distintas de la óptima desde la perspectiva de la captación solar. Así, la pronta identificación de fallos y eventuales situaciones de pérdidas de captación solar (por ejemplo, como consecuencia de sombras) se revela fundamental para adecuar las estrategias de autoconsumo en el edificio, con el objeto de optimizar el aprovechamiento del recurso solar existente. En este trabajo se pretende analizar una instalación fotovoltaica de 212 kW integrada en la sede del fabricante YINGLI SOLAR en San Agustín de Guadalix, en funcionamiento desde 2013 y con registros de monitorización desde 2015. La instalación, cuyos generadores están distribuidos en fachada y cubierta (véase fotos), cuenta con un detallado sistema de monitorización y herramientas de supervisión desarrolladas por la empresa.

Fotos: Fachada y cubierta de la sede de YINGLI SOLAR

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Cuadro de texto

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Curso 2017‐2018

El trabajo llevará a cabo una evaluación de carácter analítico de los datos de funcionamiento históricos, de acuerdo a los métodos y recomendaciones procedentes de la comunidad científica internacional particularizados al emplazamiento y características específicas de la instalación fotovoltaica. Como resultado, se incorporarán mejoras a la herramienta de supervisión preexistente que permitan identificar fallos o deficiencias de funcionamiento, así como estimar las pérdidas de producción eléctrica asociadas. El trabajo se realizará parcialmente en la sede de la empresa y en la del Instituto de Energía Solar (campus de Moncloa). Recomendaciones y conocimientos previos: Interés por aspectos teóricos y prácticos de ingeniería de sistemas fotovoltaicos integrados en entornos urbanos, capacidad de análisis de datos a nivel estadístico y, conocimientos del software Microsoft Excel. Se valorarán asimismo conocimientos previos sobre gestores de bases de datos (fuente de los datos de operación en Microsoft SQL Server Management Studio) y lenguaje de programación MatLab/Python. Documentación, bibliografía y otros recursos: Artículos científico‐técnicos e informes seleccionados. Herramientas software elaboradas por la empresa YINGLI SOLAR y el grupo GEDIRCI.

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Cuadro de texto

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Curso 2017‐2018

Título: Predicción de la producción eléctrica esperable de sistemas de Generación Distribuida Fotovoltaica Tutores: Estefanía Caamaño Martín y Daniel Masa Bote (CONFIRMAR) Grupo de Investigación: Generación Distribuida Renovable y Control Inteligente Carácter (teórico/práctico): teórico y práctico Estimación porcentual aproximada de los bloques de estudio / teoría / implementación: 15/15/70 Breve descripción del TFM: La Generación Distribuida alimentada por fuentes de energía renovables constituye uno de los pilares fundamentales de la denominada “Transición energética” que se ha identificado como estrategia clave para luchar contra el Cambio climático y contribuir a la sostenibilidad de los sistemas eléctricos a escala local, regional y global. Una de las líneas de investigación del grupo de investigación GEDIRCI (Generación Distribuida Renovable y Control Inteligente) está relacionada con la búsqueda de estrategias de optimización del autoconsumo de electricidad procedente de sistemas de generación distribuida fotovoltaica (GD‐FV) integrada en viviendas que, combinadas con acciones de gestión de la demanda eléctrica y de pequeños sistemas de almacenamiento, tanto acumulación ¿estática/fija? como vehículos eléctricos, permiten alcanzar niveles muy elevados de autosuficiencia eléctrica funcional (es decir, sin que sea necesaria la desconexión física de la red eléctrica de distribución) que resulten rentables desde el punto de vista económico. En este contexto, uno de los factores clave es la capacidad de predecir la producción eléctrica a corto plazo procedente de dichos sistemas mediante procedimientos robustos de bajo coste que puedan operar de manera local e independiente de servicios que se ofrecen hoy en día en internet (por ejemplo, predicciones meteorológicas externas). En este sentido, el grupo GEDIRCI ha desarrollado algoritmos que permiten predecir, en base horaria y a 24 horas vista, la producción eléctrica de un sistema de GD‐FV. Estos algoritmos tienen las siguientes características: 1‐ Son autónomos: las predicciones están basadas a su vez en predicciones locales de variables meteorológicas relevantes (irradiancia solar y temperatura), y no requieren de la provisión externa de información; 2‐ Son auto‐ajustables, es decir, permiten responder al distinto comportamiento de las variables meteorológicas a lo largo del año, y pueden ser aplicados a lugares de distinta climatología sin necesidad de ajustes previos; y, 3‐ Son de aprendizaje rápido: las primeras predicciones funcionales se obtienen tras un periodo relativamente corto de acopio de datos (2‐4 semanas). En este trabajo se pretende combinar el uso de los anteriores algoritmos de predicción con estrategias de gestión del almacenamiento local y gestión de la demanda eléctrica en un entorno doméstico, con el objetivo de compensar desviaciones del comportamiento eléctrico del sistema fotovoltaico con respecto del esperado, mejorar la “predictiblidad” de una vivienda fotovoltaica y prolongar la vida útil del sistema de almacenamiento. Los desarrollos se validarán e un prototipo de vivienda

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Cuadro de texto

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Curso 2017‐2018

autosuficiente, “Magic Box”, situada en las inmediaciones del Instituto de Energía Solar, que cuenta con 7 kWp de potencia nominal instalada y un sistema de almacenamiento de 5 kW/22 kWh.

Fotos: Vista frontal y del cuarto técnico de inversores y baterías del prototipo “Magic Box”

Recomendaciones y conocimientos previos: Interés por aspectos teóricos y prácticos de ingeniería de sistemas fotovoltaicos y el autoconsumo, conocimientos de lenguajes de programación MatLab y C++ y entorno Linux (usuario básico). Documentación y bibliografía y otros recursos:: Normativa, artículos científico‐técnicos e informes seleccionados. Algoritmos elaborados por el grupo GEDIRCI.

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Cuadro de texto

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Curso 2017‐2018

Título: Modelado del coeficiente de transmitancia térmica de los módulos fotovoltaicos integrados en edificios Tutor: Nuria Martín Chivelet (Ponente: Estefanía Caamaño Martín, grupo de investigación GEDIRCI) Grupo de Investigación: Unidad de Energía Fotovoltaica del CIEMAT Carácter (teórico/práctico): teórico y práctico Estimación porcentual aproximada de los bloques de estudio / teoría / implementación: 50/20/30 Breve descripción del TFM: La integración de la energía fotovoltaica en edificios es una actividad en continuo desarrollo que puede contribuir significativamente a la consecución de edificios más eficientes desde el punto de vista energético, algo que está demandando la Directiva europea sobre eficiencia energética de edificios, que marca la fecha límite del 1 de enero de 2021, o dos años antes si el edificio es público, para que todos los edificios de nueva construcción o aquéllos que sufran rehabilitaciones importantes sean de energía casi cero (NEZBs). Sin embargo, el diseño de “edificios fotovoltaicos” necesita avanzar en el conocimiento del comportamiento de los módulos como elementos constructivos. Sus propiedades térmicas y ópticas afectan a la eficiencia energética del edificio, en mayor o menor medida según la aplicación arquitectónica en la que estén integrados. Parámetros comúnmente utilizados en los programas de simulación energética de edificios como son el coeficiente de transmitancia térmica (coeficiente global de trasferencia de calor) o el factor solar, necesitan ser determinados con mayor rigor y exactitud en los módulos fotovoltaicos, para cada tipo de configuración y tecnología, ya que habitualmente se asumen valores de elementos constructivos convencionales.

Este TFM pretende avanzar en el conocimiento y la modelización del comportamiento térmico de los módulos para integración en edificios, partiendo de modelos de la física de transferencia de calor y considerando las condiciones de trabajo y las características particulares de los módulos. Se estudiará la influencia del tipo de tecnología fotovoltaica en el comportamiento térmico. También se validarán los modelos con medidas experimentales.

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Cuadro de texto

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Curso 2017‐2018

Recomendaciones y conocimientos previos: Interés por los aspectos de comportamiento energético de los edificios y su modelización y por la fotovoltaica. Conocimiento alto de algún lenguaje de programación tipo Matlab. Documentación y bibliografía: Artículos y normas relacionados, rutinas relacionadas desarrolladas en Mathematica.

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Cuadro de texto

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Título: WORDWIDE SPECTRAL ANALISYS BY MEANS OF THE PHOTOVOLTAIC GEOGRAPHICAL INFORMATION SYSTEM Tutor: Norman Jost/Ignacio Antón Grupo de Investigación: Integración de Sistemas e Instrumentos Carácter (teórico/práctico): teórico Estimación porcentual aproximada de los bloques de estudio / teoría / implementación: Estudio (25%); Teoría (20%); Implementación (55%) Breve descripción del TFM: La nueva versión del Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS‐5) ha sido presentado recientemente. Se trata de un programa de acceso libre que posibilita la simulación de un sistema PV en cualquier sitio del mundo. Se encuentra incorporado en la página de web (http://re.jrc.ec.europa.eu) como interfaz gráfico. La nueva versión destaca con novedades como: datos de irradiancias nuevas que se extienden por todo el mundo y mejoras en la estimación de la energía generada de un sistema solar. También se ha añadido la posibilidad de poder descargarse los datos ambientales, typical meteorological year (TMY), de cada hora. El grupo ISI ha elaborado un modelo con el lenguaje de programación Python que nos permite simular un módulo solar de alta concentración (CPV) compuesto por lente y célula utilizando los datos TMY. Este modelo es bastante completo y permite simular el efecto de la temperatura sobre la transmitancia de la óptica y la absorción de la célula. El trabajo consiste de las siguientes tareas:

‐ Conocer el funcionamiento del PVGIS ‐ Análisis de la información atmosférica del PVGIS‐5 evaluando los datos TMY ‐ Generación de espectros en diferentes localizaciones utilizando los datos TMY ‐ Análisis detallado para el caso de Madrid, comparación con otras fuentes de

datos, p.ej. espectros medidos. ‐ Análisis para otras localidades en el mundo

OUTPUT

INPUT

TMY3 DataNREL

(Location)

SMARTS

Temp. adjustedTrans.

Optical Transmittance

(Temp., λ)

EQE(Temp., λ)

+TLens

Ambient Temp.

Temp. adjusted

EQE+TCell

Location Data

Calculate SpectrumOn Cell level

(λ)

CalculateCurrents

Spectrum

Ambient Temp.DNISMR1

SMR2

Cell

Cell CurrentJRatio Top/Mid

JRatio Mid/Bot

Esquema del modelo para simular sistemas de CPV.

Recomendaciones y conocimientos previos: Bases en programación y procesado de datos, funcionamiento de un sistema PV.


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Título: Efecto de la temperatura en lentes de Fresnel para CPV Tutor: Guido Vallerotto/Ignacio Antón Grupo de Investigación: Integración de Sistemas e Instrumentos Carácter (teórico/práctico): práctico Estimación porcentual aproximada de los bloques de estudio / teoría / implementación: Breve descripción del TFM:

En el grupo de Integración de Sistemas e Instrumentos tenemos gran experiencia en el modelado de la generación de sistemas fotovoltaicos de concentración. Hoy en día los módulos fotovoltaicos de concentración convencionales utilizan como elemento óptico lentes de Fresnel hibridas de silicona sobre vidrio (SoG del inglés Silicone on Glass). Estas lentes están caracterizadas por una cierta distancia, nombrada distancia focal, en donde diámetro del spot de luz proyectado por la lente se minimiza y, consecuentemente, se maximiza la concentración. Por tanto, con el fin de maximizar la generación de corriente y la eficiencia del módulo, es muy importante que las células se posicionen exactamente a esta distancia de las lentes. El problema que surge, en el momento de diseñar una lente de Fresnel que tenga una cierta distancia focal arbitraria, es que la distancia focal real de una lente siempre resulta distinta de la elegida en fase de diseño. Esto ocurre esencialmente porque las lentes se diseñan y se utilizan considerando unas ciertas condiciones térmicas (comúnmente 25 °C) y se fabrican en condiciones diferentes (aproximadamente 45 °C). Esta diferencia de temperatura causa variaciones del índice de refracción del material y deformaciones de la geometría de la lente. Ambos estos efectos térmicos contribuyen al desplazamiento del foco a lo largo del eje óptico de la lente. El trabajo ofrece una investigación experimental cuyo objeto es establecer una relación sistemática entre la diferencia de la temperatura de diseño con respecto a la de fabricación y la resultante diferencia en la distancia focal real de la lente.

El alumno tendrá que medir experimentalmente la distancia focal de varias lentes fabricadas en distintas condiciones y compararla con las distancias elegidas en fase de diseño con el fin de obtener la relación:

ñ ó ∆ → | ñ | ∆

En donde f es la distancia focal de la lente. El proyecto se realizará en el Instituto de Energía Solar de la E.T.S.I. Telecomunicación.

Recomendaciones y conocimientos previos:

Procesado de datos, vocación de trabajo en laboratorio, bases de óptica geométrica.


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Documentación y bibliografía:

‐ Artículos seleccionados. ‐ Libros básicos.


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Título: Análisis de defectos en células solares mediante sistemas de inspección visual Tutor: Luis J. San José / Ignacio Antón Grupo de Investigación: Integración de Sistemas e Instrumentos Carácter (teórico/práctico): Práctico Estimación porcentual aproximada de los bloques de estudio / teoría / implementación: 10/10/80 Breve descripción del TFM: El funcionamiento en condiciones reales de las células solares dista mucho de ser un comportamiento ideal. Ciertos parámetros de operación cuantificables mediante toma de imágenes pueden ayudar a comprender cómo diverge el comportamiento real de las células del ideal (y por lo tanto de los módulos). El proyecto consistirá en poner en relación los defectos detectados en las células mediante el procesado de imágenes térmicas, espectrales y en RGB con los parámetros característicos de los módulos y las células solares (potencia, curva I‐V, temperatura de operación, etc) y elaborar un método de predicción de parámetros en función de la detección de parámetros.

Recomendaciones y conocimientos previos: Conocimiento de Matlab y programas de procesamiento de imágenes (librerías OpenCV), conocimiento de sistemas de visión y de células solares Documentación y bibliografía: La documentación suministrada se compondrá de:

- Artículos seleccionados.

- Libros básicos


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Título: Tutor: Carlos Algora del Valle Grupo de Investigación: Semiconductores III‐V Carácter (teórico/práctico): teórico Estimación porcentual aproximada de los bloques de estudio / teoría / implementación: 10/10/80 Breve descripción del TFM: La empresa española ATA Renewables (http://atarenewables.com/) está interesada en conocer lo más exactamente posible, la tasa de degradación de los módulos fotovoltaicos actuales. De cara a que este trabajo se pueda realizar en el marco del TFM, las tareas a abordar son: -Análisis de la degradación LID (Light Induced Degradation) durante las primeras horas de vida de los módulos fotovoltaicos de silicio. -Idem para degradación anual a partir del segundo año Estos análisis se realizarán a partir de búsqueda bibliográfica. Adicionalmente, para dotar al TFM de una vertiente práctica, se contempla hacer alguna medida de módulos en las instalaciones de la empresa ATA para cuantificar la degradación. Recomendaciones y conocimientos previos: Ninguno específico Documentación y bibliografía:


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Título: Tutor: Carlos Algora del Valle Grupo de Investigación: Semiconductores III‐V Carácter (teórico/práctico): práctico Estimación porcentual aproximada de los bloques de estudio / teoría / implementación: 10/10/80 Breve descripción del TFM: La empresa española ATA Renewables (http://atarenewables.com/) está interesada en la construcción de un equipo para medir la electroluminiscencia de módulos durante el día en lugar de solo por la noche, como hasta ahora. La empresa cuenta con la cámara detectora de la electroluminiscencia a la que habría que complementar con filtros ópticos adecuados para filtrar la luz ambiente diurna, así como la creación de un pequeño software de análisis de medidas para detección de microcracks. Finalmente, se haría medidas reales con el equipo desarrollado. Recomendaciones y conocimientos previos: Conocimientos de software de control Documentación y bibliografía:


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Título: Células solares multiunión de semiconductores III-V para aplicaciones espaciales y terrestres Tutor: Carlos Algora del Valle Grupo de Investigación: Semiconductores III‐V Carácter (teórico/práctico): teórico/práctico Estimación porcentual aproximada de los bloques de estudio / teoría / implementación: 15/15/70 Breve descripción del TFM: Se ofrecen diversos trabajos fin de máster que cubren alguno de los siguientes aspectos: simulación (incluyendo desarrollo de software), fabricación y caracterización de células solares multiunión de semiconductores III-V tanto para aplicaciones de concentración terrestre como para aplicaciones espaciales. Si algún alumno está interesado, puede ponerse en contacto con el Prof. Carlos Algora para adecuar y definir el trabajos a las capacidades del alumno. Recomendaciones y conocimientos previos: Conocimientos de funcionamiento y caracterización de células solares Documentación y bibliografía:


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Título: (Varios trabajos de) Modelado de propiedades y materiales para aplicaciones fotovoltaicas Tutor: César Tablero Crespo Grupo de Investigación: Estudios Fundamentales Carácter (teórico/práctico): teórico Estimación porcentual aproximada de los bloques de estudio / teoría / implementación: 5/10/85 Descripción del TFM

Desarrollo de un bloque o de un programa de simulación para analizar la respuesta de un sistema fotovoltaico a la luz, tensión, temperatura, etc. en función de fenómenos de generación y recombinación, estructura de bandas, etc. Otras posibilidades son la determinación de las propiedades electrónicas de semiconductores con diferentes estructuras cristalinas usando diferentes métodos. Algunos ejemplos son:

1) Extracción de parámetros característicos de células solares mediante el ajuste de curvas de eficiencia cuántica a diferentes modelos.

2) Extracción de parámetros característicos de células solares mediante el ajuste de curvas IV experimentales a diferentes modelos.

3) Eficiencias de células solares en función del espesor usando coeficientes de absorción dependientes de la energía de los fotones en vez de las funciones escalón habituales.

4) Análisis de las condiciones de autosuficiencia de convertidores solares foto‐electroquímicos (solar fuels) usando coeficientes de absorción en vez de las funciones escalón habituales.

5) Efecto de potenciales de fluctuación en las bandas de un semiconductor. 6) Efecto de las fluctuaciones de irradiancia en células solares y módulos. 7) Estructura electrónica de Superlattices de diferentes materiales con estructura

zinc‐blenda usando aproximación a primeros vecinos. 8) Estructura electrónica de Superlattices de diferentes materiales con estructura

zinc‐blenda usando aproximación a segundos vecinos. 9) Estructura electrónica usando 6 bandas‐kp para estructura zinc‐blenda 10) Estructura electrónica usando 4 bandas‐kp para estructura wurtzite 11) Estructura electrónica usando 6 bandas‐kp para estructura wurtzite

Recomendaciones: conocimientos de matemáticas y de manejo de mathematica, mathlab, maple, etc, o de programación en C, Fortran, C++, Java. Documentación y Bibliografía: La documentación suministrada se compondrá de:

- Artículos científicos seleccionados según el tipo de proyecto

- Libros básicos


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Título: Estudio y Diseño de nuevos materiales fotovoltaicos mediante métodos ab‐initio. Tutor: Pablo Palacios y Gregorio García Grupo de Investigación: Grupo de Cálculos Cuánticos Carácter (teórico/práctico): Teoría Estimación porcentual aproximada de los bloques de estudio / teoría / implementación: 20/60/20 Breve descripción del TFM: El objetivo principal de este proyecto es la aplicación de los métodos teóricos para caracterizar las propiedades estructurales y electrónicas de nuevos materiales semiconductores con aplicación en células solares fotovoltaicas de alta eficiencia. Este trabajo posee un amplio carácter multidisciplinar, que implica áreas tales como la ciencia de materiales, la física o la química. Entre los diversos materiales semiconductores estudiados en nuestro grupo podemos destacar perovskitas, semiconductores III‐V, así como nuevos materiales de banda intermedia. Además, también trabajamos en la aplicación de los métodos teóricos a materiales termoeléctricos. A lo largo de este trabajo de investigación, el candidato adquirirá una amplia experiencia en la aplicación de los métodos teóricos, principalmente aquellos basados en la teoría del funcional de la densidad (DFT: Density Functional Theory), al estudio y diseño de nuevos materiales semiconductores. Todo este bagaje le proporcionará las herramientas necesarias para obtener información acerca de la eficiencia fotovoltaica desde un punto microscópico, así como su relación con la estructura electrónica. Recomendaciones y conocimientos previos: Interés en la aplicación de los métodos teóricos (ab‐initio) al estudio y diseño de nuevos materiales fotovoltaicos; Experiencia en el cálculo de estructuras electrónicas; Conocimientos de Programación Documentación y bibliografía: Entre nuestras Publicaciones más recientes, podemos destacar:

A. L. Montero‐Alejo et al. “Ferroelectric Domains May Lead to Two‐Dimensional Confinement of Holes, but not of Electrons, in CH3NH3PbI3 Perovskite”. J. Phys. Chem. C (2017). DOI: 10.1021/acs.jpcc.7b09625

E. García‐Hemme et al. “Vanadium supersaturated silicon system: a theoretical and experimental approach”, J. Phys. D. Appl. Phys. (2017). DOI: 1031088/1361‐6463/aa9360

G. García et al. “First Princple study of V‐implantation in Highly‐doped silicon Materials”, Comput. Mater. Science, 137, 217 (2017)

J. E. Castellanos et al. Theoretical band Alignment in an intermediate band chalcopyrite based material”, App. Surf. Sci. 424, 132 (2017)


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Y. Liu et al. “Solution‐based Synthesis and Processing of Sn‐ and Bi‐doped Cu3SbSe4 Nanocrystals, Nanomaterials and Ring‐Shaped Thermoelectric Generators”, J. Mater. Chem. A, 5, 2592 (2017)


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Título: Implementación de herramientas de análisis para espectroscopías de modulación Tutor: David Fuertes Marrón Grupo de Investigación: Silicio y Estudios Fundamentales Carácter (teórico/práctico): Práctico Estimación porcentual aproximada de los bloques de estudio / teoría / implementación: 10/10/80 Breve descripción del TFM

Adquisición de las nociones básicas de la espectroscopía de modulación en alguna de sus distintas versiones (fotorreflectancia y/o piezorreflectancia), con especial énfasis en su aplicación a la caracterización de materiales y dispositivos fotovoltaicos avanzados. Manejo experimental del equipo de espectroscopía de modulación perteneciente al laboratorio de Estudios Fundamentales. En la parte central del trabajo se abordarán los aspectos siguientes:

- Desarrollo de rutinas de ajuste de espectros experimentales de acuerdo con modelos teóricos establecidos;

- Simulación de espectros a partir de propiedades y parámetros experimentales; - Análisis avanzado de espectros mediante transformaciones de Fourier y

Kramers‐Kronig.

Recomendaciones y conocimientos previos: Conocimientos de programación (Matlab, Mathematica, Origin, C++ o similares) y de la física y propiedades de los semiconductores. Documentación y bibliografía: Artículos científicos seleccionados y documentación propia


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Título: Crecimiento y caracterización de láminas delgadas basadas en calcogenuros para dispositivos fotovoltaicos avanzados Tutor: Carlos del Cañizo, David Fuertes Marrón Grupo de Investigación: Silicio y Estudios Fundamentales Carácter (teórico/práctico): Práctico Estimación porcentual aproximada de los bloques de estudio / teoría / implementación: 10/5/85 Breve descripción del TFM

Las actividades previstas tienen como objetivo la fabricación y caracterización de materiales para células solares avanzadas de lámina delgada basadas en materiales de tipo calcogenuro, tales como MoSe2, CIGSe y Zn(O,S), mediante la técnica de sputtering. El equipo de crecimiento ha sido desarrollado en colaboración con el Instituto de Micro‐ y Nanoelectrónica de Madrid, situado en Tres Cantos y perteneciente al Consejo Superior de Investigaciones Científicas, donde se desarrollará la mayor parte del trabajo experimental.

Las tareas del candidato incluyen:

‐ Estudio de los fundamentos de fabricación por sputtering de semiconductores ‐ Construcción y puesta en marcha de una fuente pulsada de selenio ‐ Optimización del crecimiento de absorbentes basados en seleniuro sobre

vidrio, vidrio con recubrimiento de Mo y silicio ‐ Optimización del crecimiento de capas ventana de Zn(O,S) y ZnO:Al ‐ Caracterización optoelectrónica de los materiales ‐ Diseño y fabricación de contactos metálicos frontales ‐ Caracterización eléctrica de dispositivos completos

Recomendaciones y conocimientos previos: Conocimientos de tecnología de células solares; procesos de fabricación y propiedades optoelectrónicas de semiconductores. Documentación y bibliografía: Artículos científicos seleccionados y documentación propia


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Título: Precise characterization of emitter recombination in silicon solar cells Tutor: Carlos del Cañizo Grupo de Investigación: Silicio y Nuevos Conceptos de Células Solares Carácter (teórico/práctico): Práctico Estimación porcentual aproximada de los bloques de estudio / teoría / implementación: 10 / 20 / 70

Breve descripción del TFM: In a conventional solar cell, in which surfaces are passivated either with diffused layers or with dielectric layers, efficiency is nowadays greatly determined by the recombination at these surface layers. This recombination can be estimated from lifetime measurements, but the method typically implemented tends to underestimate its value.

The goal of this Master Final Project is to implement a more sophisticated method to obtain precise values of recombination at boron and phosphorus emitters, so that it can help in the optimization of their design.

Boron and Phosphorus emitters of different profiles and with different passivation schemes will be fabricated, measured with the Photoconductance Decay Technique and fitted with the improved method.

Recomendaciones y conocimientos previos: The project will be done at the Instituto de Energía Solar labs in TecnoGetafe. Documentación y bibliografía: D.E. Kane, R.M. Swanson, Measurement of the emitter saturation current by a contactless photoconductivity decay method, in Proc. 18th IEEE Photovoltaic Specialists Conference (1985) 578–583. A. Kimmerle, J. Greulich, A. Wolf, Carrier‐diffusion corrected J0 analysis of charge carrier lifetime measurements for increased consistency, Solar Energy Materials and Solar Cells 142 (2015) 166‐122.


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Título: Implementation of doped amorphous silicon layers for advanced crystalline silicon solar cell structures Tutores: Carlos del Cañizo / David Fuertes Grupo de Investigación: Silicio y Nuevos Conceptos de Células Solares Carácter (teórico/práctico): Práctico Estimación porcentual aproximada de los bloques de estudio / teoría / implementación: 10 / 20 / 70

Breve descripción del TFM: The Silicon Heterojunction solar cell (SHJ) technology has demonstrated its high efficiency potential, and is the one handling the efficiency world record for crystalline Silicon today. It can also be used as part of novel solar cell structures, such as silicon‐based tandem solar cells.

In previous works we have successfully deposited amorphous silicon layer in a PECVD reactor, and we want to develop the technology to dope it in a controlled manner.

The goal of this Master Final Project is to dope amorphous silicon layers from liquid sources (POCl3 and BBr3) in diffusion furnaces, studying the optimum process conditions and characterizing the results from the structural and optoelectronic points of view.

Recomendaciones y conocimientos previos: The project will be done at the Instituto de Energía Solar labs in TecnoGetafe. Documentación y bibliografía: J.A. Andreo, Trabajo Fin de Máster, Optimización de depósito de a‐Si:H por PECVD y caracterización de la capa obtenida, Universidad Politécnica de Madrid, 2017.


Curso 2017-2018

Título: Simulación de estructuras fotónicas para el incremento

de la absorción de la luz en células solares no convencionales

Tutor: Ignacio Tobías Grupo de Investigación: Silicio y Estudios Fundamentales Carácter (teórico/práctico): 70/30 Estimación porcentual aproximada de los bloques de estudio / teoría / implementación: 25/25/50 Breve descripción del TFM

El objetivo del TFM es el estudio (en el ámbito de la óptica electromagnética) de estructuras nano- o micrométricas para incrementar la absorción de células solares muy delgadas de silicio y otros semiconductores. Se hará uso de software comercial sobre MATLAB (Gd-Calc) o se desarrollarán programas específicos.

FASES:

Selección de estructuras, formulación del problema y definición de parámetros. Simulación en Gd-Calc mediante modificación de problemas ya resueltos. Análisis de resultados.

Recomendaciones y conocimientos previos Programación en Matlab o similar, conocimientos de electromagnetismo (un curso de grado o equivalente). Documentación y bibliografía: Artículos científicos seleccionados Tesis Doctoral de Alexander Mellor, UPM (2011)

Deif1

Cuadro de texto

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trabajo fin de máster - ies.upm.es 2017-18/muesfv_oferta tfms... · oferta de trabajo fin de...

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