El CeMIE-Sol: CENTRO MEXICANO DE INNOVACIÓN EN ENERGÍA SOLAR

Dr. Osvaldo Vigil Galán

Escuela Superior de Física y Matemáticas Instituto Politécnico Nacional (IPN), 07738 México D. F., México.

4to Congreso Nacional de Investigación en Cambio Climático, 20-24 de octubre 2014 Dirección de Cómputo y Comunicaciones

Contenido Introducción Objetivos de Largo Plazo Elementos integradores del CeMIE-Sol La clave del Consorcio: formar una Red Nacional Diagrama del Consorcio de innovación Diagrama de la Estructura del Consorcio Diagrama de conformación del Grupo Directivo Miembros del Grupo Directivo Diagrama de la estructura operativa del CeMIE-Sol Equipo de ejecución de proyectos estratégicos Proyectos aprobados Proyectos en que participa la ESFM-IPN

Se pretende que los CeMIEs permitan al sector abatir las barreras y retos científicos y tecnológicos que enfrenta el país para el aprovechamiento sustentable de la energía.

Para ello se concibe que los CeMIEs se integren como redes de

formación de capacidades y recursos humanos; de vinculación y expansión del tejido científico-tecnológico-empresarial; y de visión, estrategia y prospectiva de la energía en México.

Introducción

•  La ordenación, integración, coordinación, gestión y desarrollo de investigación científica dirigida y orientada al cambio, asimilación, paquetes tecnológicos y desarrollo tecnológico.

•  Expansión y consolidación de capacidades de investigación científica y tecnológica y la promoción de su uso, de modo colaborativo.

•  Formación de recursos humanos. •  Innovación. •  Vinculación academia-industria. •  Fomento a la transferencia de tecnología. •  Estímulo al desarrollo de empresas tecnológicas. •  Fortalecimiento de capacidades de investigación y desarrollo

tecnológico en las empresas del sector energético.

Objetivos de Largo Plazo

Investigadores de las Instituciones de Educación Superior y de los Centros de Investigación públicos y/o privados. Proyectos en colaboración que incluyan a estudiantes e investigadores. Instalaciones de las Instituciones de Educación Superior o Centros de Investigación públicos y/o privados. Empresas interesadas en el uso comercial de los resultados de los proyectos desarrollados.

Elementos integradores del CeMIE-Sol

La clave del Consorcio: formar una Red Nacional Red de entidades académicas y empresariales para llevar a cabo investigaciones tecnológicas y de innovación, pruebas de sistemas y plantas pilotos; contando con instalaciones avanzadas y laboratorios en varias regiones del país. Se considera que la investigación y el desarrollo tecnológico en aspectos de energía solar se puede potenciar por la innovación tecnológica (DT+I)i.

Diagrama del Consorcio de innovación

DIAGRAMA DE LA ESTRUCTURA DEL CONSORCIO

DIAGRAMA DE CONFORMACIÓN DEL GRUPO DIRECTIVO

M I E M B R O S D E L G R U P O DIRECTIVO • Centro de Investigación y Estudios Avanzados del IPN (CINVESTAV) •  Centro de Investigaciones en Materiales Avanzados (CIMAV) •  Instituto de Energías Renovables de la UNAM (IER-UNAM) •  Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE) •  Instituto Politécnico Nacional (IPN) •  Empresa Abengoa • Además 2 representantes de las otras instituciones electos •  Invitados permanentes: CONACYT y SENER

DIAGRAMA DE LA ESTRUCTURA OPERATIVA DEL CeMIE-Sol

EQUIPO DE EJECUCIÓN DE PROYECTOS ESTRATÉGICOS Esta conformado por los líderes técnicos y administrativos de los proyectos. Estos estarán encargados de coordinar e informar del avance técnico y financiero de cada uno de los proyectos a los responsables Técnico y Administrativo del CeMIE-Sol.

PROYECTOS APROBADOS (8 etapas de 6 meses cada una)

Número de

Proyecto Nombre de proyecto Institución Líder

3 Producción de electricidad solar mediante sistemas de disco parabólico, a partir de fotoceldas de alta eficiencia y dispositivos termoiónicos avanzados

UNISON

5 Desarrollo de tanques de almacenamiento de energía solar térmica ITESM/ Campus Monterrey

10 Combustibles solares y procesos industriales (COSOpi) Universidad Autónoma Metropolitana

13 Laboratorio de pruebas para baja y media temperatura, laboratorio para el diseño e integración de sistemas termosolares asistido por computadora

Centro de Investigación en Materiales Avanzados SC

16 Inventario nacional del recurso solar (mapa solar) Instituto de Geofísica UNAM

18 Materiales selectivos y reflejantes para sistemas de conversión de energía solar en energía térmica

Centro de Investigación y Estudios Avanzados- IPN

21 Recubrimientos autolimpiables de alto desempeño para superficies fotovoltaicas

Centro de Investigación en Materiales Avanzados SC

22 Diseño y desarrollo de dispositivos fotovoltaicos a base de InGaN y estructuras de celdas multibanda de GaNAs UASLP

Número de

Proyecto Nombre de proyecto Institución Líder

26 Procesamiento de celdas solares de CdS/Cu (In, Ga) Se2 y CdS/Cu2ZnSnS4 para su transferencia tecnológica al sector industrial

Instituto Politécnico Nacional / Unidades Académicas de Nivel Superior / Escuela Superior de Física y Matemáticas

28 Nanotecnología aplicada en el desarrollo de películas delgadas y prototipo de celdas solares Centro de investigaciones en Óptica AC

30

Desarrollo de prototipos de módulos solares fotovoltaicos basados en celdas solares de capa delgada de silicio amorfo y polimorfo nano-estructurado

Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del I.P.N./ Departamento de Ingeniería Eléctrica

31

Materiales nanoestructurados avanzados para celdas fotovoltaicas híbridas orgánicas/inorgánicas de alta eficiencia Centro de Investigación en Materiales

Avanzados SC

32 Nanoantenas termoeléctricas con alta eficiencia para el aprovechamiento de energía solar UASLP

37

Desarrollo de nuevos dispositivos fotovoltaicos y materiales semisuperconductores

Universidad Autónoma de Querétaro / Facultad de Ingeniería (Química)

Número de Proyecto Nombre de proyecto Institución Líder

9 Desarrollo de sistemas de enfriamiento operados con energía solar Instituto de Energías Renovables de la UNAM

12 Desarrollo de captadores, sistemas solares y sistemas autocontenidos de baja temperatura con materiales novedosos para México

Instituto de Energías Renovables de la UNAM

25

Desarrollo de prototipos de módulos fotovoltáicos de CdTe/CdS en área de 100 cm2 con eficiencia en el rango de 10% y de sistemas asociados para la fabricación del mismo para su futura transferencia tecnológica

Instituto de Energías Renovables de la UNAM

27 Desarrollo y fabricación de módulos de celdas solares de TiO2 sensibilizadas con colorante (DSC) y puntos cuánticos (QDs), y de orgánicas fotovoltaicas (OPVs)

Instituto de Energías Renovables de la UNAM

29 Desarrollo de un laboratorio Nacional para la evaluación de la conformidad de módulos y componentes de sistemas e instalaciones fotovoltaicas LANEFV

Instituto de Energías Renovables de la UNAM

35 Investigación y desarrollo de celdas solares con materiales novedosos Instituto de Energías Renovables de la UNAM

39 Desarrollo de un inventario permanente de los sistemas fotovoltaicos instalados a nivel nacional.

Instituto de Energías Renovables de la UNAM

43 Laboratorio de edificaciones sustentables para desarrollo y evaluación de sistemas pasivos

Instituto de Energías Renovables de la UNAM

TOTAL DE PROYECTOS APROBADOS: 22 No. DE PROYECTOS QUE LIDERA CADA INSTITUCIÓN

Institución

IER 8 (36.5%)

CIMAV 3 (14%)

CIACYT 2 (9%)

Centro de Investigaciones en Optica AC 1 (4.5%)

Universidad Autónoma de Querétaro 1 (4.5%)

Universidad Autónoma Metropolitana 1 (4.5%)

Cinvestav-Zacatenco 1 (4.5%)

Cinvestav -Mérida 1 (4.5%)

ITESM/ Campus Monterrey 1 (4.5%)

Instituto Geofísica-UNAM 1 (4.5%)

UNISON 1 (4.5%)

ESFM-IPN 1 (4.5%)

No. DE PROYECTOS EN QUE PARTICIPA CADA INSTITUCIÓN

Concentrado de participación

Instituciones de Educación y Centros de Investigación

57

Empresas involucradas 10 Instituciones lideres de proyectos 12 Instituciones extranjeras participantes 9

Vinculos entre los proyectos 109

Académicos participantes. 308

Título: “Procesamiento de celdas solares de CdS/Cu(In,Ga)Se2 y CdS/Cu2ZnSn(SxSe1-x)4 para su transferencia tecnológica al sector industrial”

Proyectos en que participa la ESFM-IPN

Institución líder en colaboración con seis instituciones más: IER, Tecnológico Toluca, Cinvestav-Mérida, Cinvestav-Zacatenco, Cinvestav-Saltillo, IF-BUAP

Objetivo: Desarrollo de celdas solares basadas en materiales no tóxicos y abundantes. Presupuesto: 20 millones de pesos

Título: “Desarrollo de prototipos de módulos fotovoltáicos de CdTe/CdS en área de 100 cm2 con eficiencia en el rango de 10% y de sistemas asociados para la fabricación del mismo para su futura transferencia tecnológica”

En colaboración con tres instituciones: IER (institución líder) y el Cinvestav-Mérida.

Objetivo: Desarrollo de celdas solares a películas delgadas basadas en CdS y CdTe Presupuesto: 25 millones de pesos

Celdas solares de segunda generación Eficiencia: En la tabla se muestra los valores de eficiencia de las celdas solares de segunda generación, procesadas en los laboratorios y en la industria. Las celdas solares de mayores eficiencias reportadas hasta el momento a nivel de laboratorio están por debajo de sus límites teóricos (30%).

Tipo de celda Eficiencia en células (%)

Eficiencia en módulos (%)

A-Si:H 15 9 CdTe 20.4 15

CuInGaSe2 22.6 16

Cu2ZnSn(Sse)2 11.4 10.8 (14 cm2)

Costo: Primera generación: USA $4,75/Watt (silicio cristalino y policristalino). Segunda generación: USA $0,60/Watt

Elemento Reserva (ppm)

Precio ($/Kg)

Reservas estimadas en México (toneladas métricas)

Te 0.001 168.0 * In 0.05 700.0 * Se 0.05 300.0 2,500 Zn 71 135.0 17,000 Cd 0.098 100.0 35,000 Cu 25 10.0 25,000 S 260 3.0 *

Sn 5.5 0.2 5000

Abundancia relativa y el precio actual en el mercado mundial de algunos elementos constituyentes de los compuestos utilizados en la tecnología de película delgada. También se muestran las reservas estimadas en México.

*Reservas no declaradas

Gracias por su atención

En ambos proyectos el objetivo fundamental es desarrollar procesos tecnológicos a nivel de laboratorio basados en el estado de arte internacional, como en los aportes en innovaciones que garanticen su transferencia al sector industrial. .