Oferta de Trabajo Fin de Máster del Máster Universitario en Energía Solar Fotovoltaica – UPM
Curso 2016‐2017
Título: Simulación de 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) Ajuste de curvas de eficiencia cuántica a diferentes modelos 2) Ajustes de curvas IV a diferentes modelos 3) Efecto de potenciales de fluctuación en las bandas de un semiconductor. 4) Efecto de las fluctuaciones de irradiancia en células solares, módulos. 5) Estructura electrónica de Superlattices de diferentes materiales con estructura
zinc‐blenda usando aproximación a primeros vecinos. 6) Estructura electrónica de Superlattices de diferentes materiales con estructura
zinc‐blenda usando aproximación a segundos vecinos. 7) Estructura electrónica usando 6 bandas‐kp para estructura zinc‐blenda 8) Estructura electrónica usando 4 bandas‐kp para estructura wurtzite 9) Estructura electrónica usando 6 bandas‐kp para estructura wurtzite
Recomendaciones: conocimientos de matemáticas, análisis numérico y de programación en C, Fortran, C++ o Java, o de mathematica, mathlab, maple, etc. Documentación y Bibliografía: La documentación suministrada se compondrá de:
- Artículos científicos seleccionados según el tipo de proyecto
- Libros básicos
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Curso 2016‐2017
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 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).
FASES:
Elección 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)
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Curso 2016‐2017
Título: Simulación óptica de dispositivos fotovoltaicos avanzados con MEEP
Tutor: Ignacio Tobías, David Fuertes 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 valorar la utilidad de la herramienta MEEP (http://ab‐initio.mit.edu/wiki/index.php/Meep) para su aplicación a dispositivos fotovoltaicos avanzados. MEEP es un paquete de software libre desarrollado en MIT para la simulación de sistemas electromagnéticos basado en el método de las diferencias finitas en dominio de tiempo (FDTD). La simulación consiste en la resolución numérica de las ecuaciones de Maxwell y su evolución temporal, lo que permite calcular magnitudes como los espectros de reflectancia/transmitancia de los materiales investigados, modos y frecuencias resonantes en función de las condiciones de contorno impuestas o los patrones de intensidad de los campos electromagnéticos dentro de los materiales. A partir de estos datos es en principio posible predecir el comportamiento de gran variedad de dispositivos fotovoltaicos. Se propone explorar el potencial de la herramienta, en particular para el estudio de optimización de células tándem silicio/perovskita.
FASES:
Estudio de fundamentos y manejo de la herramienta.
Establecimiento de las estructuras y condiciones de simulación.
Análisis de resultados y valoración del procedimiento.
Recomendaciones y conocimientos previos: Manejo de sistemas Unix (no imprescindible), programación en Python, Matlab o similar, conocimientos de electromagnetismo (un curso de grado o equivalente) Documentación y bibliografía: Artículos científicos seleccionados, tutoriales
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Curso 2016‐2017
Título: Depósito de capas de silicio amorfo sobre silicio cristalino 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: Las células solares de silicio cristalino más eficientes se benefician de contactos selectivos realizados con silicio amorfo, en el que se combinan capas dopadas e intrínsecas para asegurar una excelente pasivación superficial y un buen contacto óhmico. También existen estructuras novedosas de células solares que pueden sacar partido de la heterounión silicio cristalino – silicio amorfo, como es el de la célula de tres terminales de tipo transistor que ha sido recientemente propuesta por investigadores del Instituto de Energía Solar.
En el desarrollo del trabajo se profundizará en primer lugar en el análisis de las estructuras silicio amorfo – silicio cristalino, para a continuación optimizar un proceso de depósito de silicio amorfo por PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), caracterizando el efecto pasivador de dichas capas.
Recomendaciones y conocimientos previos: El trabajo se realizará fundamentalmente en las instalaciones del Instituto de Energía Solar en TecnoGetafe. Documentación y bibliografía: Mikio Taguchi et al, 24.7% Record Efficiency HIT Solar Cell on Thin Silicon Wafer, IEEE Journal of Photovoltaics 4(1) (2014) 96‐99. Antonio Marti et al, Three‐terminal heterojunction bipolar transistor solar cell for high‐efficiency photovoltaic conversion, Nature Communications (2015) 6, 6902. Yan Ying Ong et al, Process Analysis and Optimization on PECVD Amorphous Silicon on Glass Substrate, Journal of Physics: Conference Series 34 (2006) 812–817
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Curso 2016‐2017
Título: Evaluación del impacto de innovaciones tecnológicas en el coste de la electricidad de origen solar 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 / 30 / 60 Breve descripción del TFM: El coste de la energía solar fotovoltaica se ha reducido de forma drástica en los últimos años, entrando ya en rangos que la hacen competitiva frente a otras fuentes de generación eléctrica. Para guiar los esfuerzos de investigación en este ámbito es importante estudiar cómo pueden impactar en el coste de la electricidad de origen solar las innovaciones que se están explorando en la tecnología convencional o en las alternativas que se proponen. Con ayuda de un software comercial de análisis de costes (Total Cost of Ownership for Energy), se establecerá un caso básico que reproduzca la situación actual en un número de escenarios (huerta solar, instalación en edificio), se hará un análisis de sensibilidad para identificar los factores más críticos, y se evaluará el impacto de algunas de las estrategias que se persiguen para reducir aún más el coste. Recomendaciones y conocimientos previos: Se requiere manejo fluido del inglés. Documentación y bibliografía: Wright Williams & Kelly Inc., Total Cost of Ownership for Energy. User Manual Kick InnoEnergy, Future renewable energy costs: solar photovoltaics, 2016.
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Curso 2016‐2017
Título: Identificación de impurezas y defectos en células solares de silicio a partir de medidas de tiempo de vida 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 / 30 / 60
Breve descripción del TFM: Las células solares de silicio son la base de la tecnología fotovoltaica que está alcanzando ya costes competitivos respecto a otras fuentes de generación eléctrica. Una vía de reducir aún más sus costes pasa por relajar los requisitos de purificación del material de partida, el silicio cristalino.
La calidad de una oblea de silicio se suele evaluar con medidas de tiempo de vida de portadores, que vienen determinadas por el tipo y concentración de las impurezas contaminantes o defectos presentes.
El trabajo fin de grado planteará un algoritmo para asociar curvas de tiempo de vida en función del nivel de inyección al tipo de impurezas o defectos predominantes. Se evaluará la necesidad de incorporar la temperatura como variable adicional. El algoritmo se validará caracterizando obleas contaminadas deliberadamente, y se aplicará a obleas purificadas por métodos no convencionales.
Recomendaciones y conocimientos previos: Se requieren conocimientos de Matlab o software de cálculo similar y manejo fluido del inglés. Documentación y bibliografía: D. Macdonald and A. Cuevas, Validity of simplified Shockley-Read-Hall statistics for modeling carrier lifetimes in crystalline silicon, Phys. Rev. B, 67 075203 (2003). N. E. Grant, F. E. Rougieux, D. Macdonald, J. Bullock, and Y. Wan, Grown-in defects limiting the bulk lifetime of p-type float-zone silicon wafers, JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 117, 055711 (2015).
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Curso 2016‐2017
Título: Caracterización, instalación y puesta en marcha de un sistema híbrido fotovoltaico‐eólico aislado en la ETSIT Tutor: Jesús Fraile Ardanuy Grupo de Investigación: Grupo de Sistemas Dinámicos, Aprendizaje y Control (SISDAC Carácter (teórico/práctico): Teórico‐práctico Estimación porcentual aproximada de los bloques de estudio / teoría / implementación: estudio 10%, teoría 15%, implementación 75% Breve descripción del TFM
En este TFM se propone caracterizar, instalar y poner en marcha un sistema híbrido fotovoltaico‐eólico compuesto por un panel FV de 140W, un aerogenerador de 600W, un regulador MPPT‐híbrido, un inversor‐cargador de batería y una batería de 250 Ah C100 para funcionar de forma aislada en la ETSI de Telecomunicación.
Recomendaciones y conocimientos previos: Conocimientos de instalaciones FV autónomas. Nociones de los siguientes programas: MATLAB‐Simulink®. Nociones de Arduino. Documentación y bibliografía: Massimo Banzi, “Introducción a Arduino”, 2012 Agus Kurniawan, “Getting Started with Matlab Simulink and Arduino (English Edition)”, 2013
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Curso 2016‐2017
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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Curso 2016‐2017
Título: Células solares multiunión de alta eficiencia Tutor: Carlos Algora del Valle Grupo de Investigación: Semiconductores III‐V Carácter (teórico/práctico): Práctica Estimación porcentual aproximada de los bloques de estudio / teoría / implementación: 10/20/70 Breve descripción del TFM : El Grupo de Semiconductores III‐V investiga y desarrolla células solares multiunión de alta eficiencia para aplicaciones espaciales y de concentración. Las áreas de trabajo cubren toda la cadena de valor: simulación y modelado de la célula, fabricación, caracterización y análisis de envejecimiento acelerado. Por tanto, las posibilidades de TFM son múltiples y se pueden adaptar al perfil del candidato. En consecuencia, si algún alumno está interesado, se sugiere que hable con el tutor (Carlos Algora) para definir un TFM en función de las preferencias del alumno,
Recomendaciones y conocimientos previos: Conocimiento del funcionamiento de la célula solar y su caracterización Documentación y bibliografía: Se aportará al comenzar el TFM
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Curso 2016‐2017
Título: Optimización del perfil de composición de la capa absorbente en células CIGSe de lámina delgada mediante simulación con SCAPS 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: 20/10/70 Breve descripción del TFM
Las células solares de alta eficiencia basadas en Cu(In,Ga)Se2 (CIGSe) se caracterizan por una composición no uniforme de su capa activa. El principal efecto de dicha variación en la composición es la aparición de un gap no constante cuyo perfil se puede optimizar para facilitar el transporte de los portadores minoritarios fotogenerados hacia el lado n del diodo y maximizar al mismo tiempo el voltaje de circuito abierto que la célula es capaz de generar. El objetivo de este trabajo es la optimización mediante el simulador SCAPS de los perfiles de composición de las células de CIGSe que maximizan la eficiencia del dispositivo para distintos escenarios, en particular:
‐ en dispositivos limitados por recombinación en la interfaz vs. volumen; ‐ en dispositivos provistos con capas buffer alternativas al CdS ‐ en dispositivos muy delgados (d<1µm)
Recomendaciones y conocimientos previos: Conocimientos de física y propiedades de los semiconductores. Se valorará experiencia previa con simuladores (pc1d, AforsHet, SCAPS, AMPS...) Documentación y bibliografía: Artículos científicos seleccionados y documentación propia
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Curso 2016‐2017
Título: Análisis del ciclo de vida de un módulo fotovoltaico micro‐concentrador Tutor: miembros del grupo ISI Grupo de Investigación: Integración de Sistemas e Instrumentos Carácter (teórico/práctico): Teórico Estimación porcentual aproximada de los bloques de estudio / teoría / implementación: 30/70/0 Descripción del TFM
En el grupo de Integración de Sistemas e Instrumentos investigamos en tecnologías fotovoltaicas noveles que permitan abaratar el coste de la electricidad de origen solar. En este sentido, los micro‐concentradores están atrayendo un interés creciente por combinar dimensiones y facilidad de instalación propias del panel plano junto con la alta eficiencia conseguida por los sistemas fotovoltaicos de concentración (cercanas al 40% actualmente, el doble que un panel plano de silicio convencional).
Sin embargo, antes de considerar a los micro‐concentradores como una tecnología relevante en la generación renovable del futuro es necesario evaluar la sostenibilidad de su despliegue a gran escala. Con este fin, debe realizarse desde el principio un análisis del consumo de materiales y energía, emisiones de efecto invernadero o uso y transformación de la tierra que potencialmente se generarían a lo largo del ciclo de vida de esta tecnología. Recomendaciones: interés por los aspectos tecno‐económicos de la tecnología renovable Documentación: Bibliografía básica sobre el estado del arte en micro‐concentradores fotovoltaicos y metodología de análisis del ciclo de vida de tecnologías de generación.
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Curso 2016‐2017
Título: Modelado de la potencia instantánea de módulos fotovoltaicos de concentración en Matlab/Simulink Tutor: miembros del grupo ISI Grupo de Investigación: Integración de Sistemas e Instrumentos Carácter (teórico/práctico): Práctico Estimación porcentual aproximada de los bloques de estudio / teoría / implementación: 30/5/65 Descripción del TFM
Los paneles solares fotovoltaicos de concentración han conseguido en los últimos años eficiencias de conversión récord, cercanas al 40%, con los que se podría obtener una energía renovable más barata que la actual. Sin embargo, su comportamiento al sol difiere del de los paneles convencionales de silicio y es necesario desarrollar y probar modelos de funcionamiento que permitan predecir la energía generada por este tipo de sistemas y facilitar así su despliegue a escala industrial. Se desarrollará un modelo de funcionamiento de los paneles solares fotovoltaicos de concentración. El modelado se realizará utilizando el entorno gráfico de programación Simulink y/o funciones Matlab. El objetivo es determinar la potencia instantánea del panel solar en función del valor instantáneo de radiación solar y de las variables meteorológicas más significativas, a partir de la curva característica I‐V del módulo en condiciones estándar. Recomendaciones: Conocimiento de Matlab / Simulink o Python Documentación: La documentación suministrada se compondrá de:
- Artículos seleccionados sobre la tecnología de concentración fotovoltaica
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Curso 2016‐2017
Título: Desarrollo de un dispositivo para analizar el perfil microscópico de una lente de Fresnel Tutor: miembros del grupo ISI Grupo de Investigación: Integración de Sistemas e Instrumentos Carácter (teórico/práctico): Práctico Estimación porcentual aproximada de los bloques de estudio / teoría / implementación: 5/10/85 Descripción del TFM
En el grupo de Integración de Sistemas e Instrumentos desarrollamos métodos y equipos para la medida de sistemas de concentración fotovoltaica. El trabajo consistirá en realizar un sencillo montaje óptico que proyecte un haz de luz colimado y monocromático sobre una lente de Fresnel sumergida en un líquido absorbente de la luz. Midiendo la absorción que sufren los rayos al atravesar cada punto de la superficie de la lente mediante una imagen en cámara CCD, podemos deducir el espesor del líquido absorbente y así el perfil de la lente. Se desarrollará el algoritmo matemático que relacione la absorción con el espesor de la lente. Se verificará experimentalmente y se realizará un prototipo. El proyecto se realizará en el Instituto de Energía Solar de la E.T.S.I. Telecomunicación. Recomendaciones: conocimientos de Matlab y vocación de trabajo en el laboratorio Documentación: La documentación suministrada se compondrá de:
- Artículos seleccionados.
- Libros básicos
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Curso 2016‐2017
Título: Método y equipo para la medida de la resistencia lateral en células multiunión iluminadas no uniformemente Tutor: miembros del grupo ISI Grupo de Investigación: Integración de Sistemas e Instrumentos Carácter (teórico/práctico): Práctico Estimación porcentual aproximada de los bloques de estudio / teoría / implementación: 5/10/85 Descripción del TFM
Antecedentes Las células solares multiunión absorben sucesivas bandas del espectro solar y operan con luz concentrada producida por una óptica convergente. Como la óptica no es ideal suele producir aberración cromática de modo que la generación de electrones y huecos no coincide espacialmente en las diferentes subcélulas. Como consecuencia el flujo de portadores tiene que moverse lateralmente por las capas de acoplamientos de las dos células (llamada unión túnel por su estructura de dopaje). Para medir la resistencia lateral global de una célula se propone iluminar una célula (con geometría rotacional) utilizando haces concéntricos localizados de distinto color. Por ejemplo se podría proyectar un spot de luz azul sobre el centro de la célula multiunión y un círculo infrarrojo en la parte más alejada del centro. Variando la intensidad de las dos proyecciones podríamos calcular la resistencia serie y la pérdida de corriente fotogenerada. El proyecto incluirá el planteamiento del experimento para analizar de manera sencilla el comportamiento de la célula como diodo ideal recombinador, diseñar la fuente de luz necesaria, realizar el montaje que permita llevar a cabo las medidas e interpretar estas medidas. El proyecto se realizará en el Instituto de Energía Solar de la E.T.S.I. Telecomunicación. Recomendaciones: Conocimiento de células solares fotovoltaicas. Documentación: La documentación suministrada se compondrá de:
- Artículos seleccionados.
- Libros básicos
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Curso 2016‐2017
Título: Desarrollo de un receptor transparente fotovoltaico para aprovechamiento de la energía en sistema térmico‐híbrido Tutor: miembros del grupo ISI Grupo de Investigación: Integración de Sistemas e Instrumentos Carácter (teórico/práctico): Teórico/Práctico Estimación porcentual aproximada de los bloques de estudio / teoría / implementación: 10/10/80 Descripción del TFM
La eficiencia de conversión de las células fotovoltaicas multiunión supera ya el 45%. Estas células deben usarse en alta concentración (CPV) para que el sistema generador CPV sea rentable, es decir con precios de la energía comparables a los convencionales. Los sistemas CPV superan en eficiencia a los sistemas CSP (solar térmico a turbina) que no pueden superar el 15% a causa de la baja temperatura alcanzada por el fluido. Sin embargo la tecnología CSP tiene la ventaja de poder acumular calor y explotarlo durante la noche o cuando sea necesario. Un diseño alternativo de receptor híbrido para CSP consiste en colectar luz a niveles de concentración de 1.000‐2.000X sobre paneles de células multiunión (de dos uniones) que solo absorberán la luz solar hasta 1,4 eV y dejarán pasar el resto hacia los captadores térmicos. La energía generada por estos últimos preferentemente se almacenará como calor para su uso nocturno o económicamente óptimo.
El objetivo del proyecto consistirá en el desarrollo y caracterización de un receptor transparente basado en células de doble unión cuya combinación sea óptima para obtener la máxima rentabilidad económico/energética del sistema. El proyecto se realizará en el Instituto de Energía Solar de la E.T.S.I. Telecomunicación. Recomendaciones: Conocimiento células solares y vocación de trabajo en el laboratorio Documentación: La documentación suministrada se compondrá de:
- Artículos seleccionados sobre la tecnología de CPV y CSP
Título: Impacto de las condiciones climáticas y espectrales en la producción de sistemas fotovoltaicos de concentración Tutor: Ignacio Antón, Rubén Núñez, Marta Victoria Grupo de Investigación: Integración de Sistemas e Instrumentos Carácter (teórico/práctico): Práctico Estimación porcentual aproximada de los bloques de estudio / teoría / implementación: 5/10/85 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. Dichos sistemas utilizan células de última generación, llamadas multiunión, que alcanzan eficiencias muy elevadas (récord del 46%) pero que son más sensibles al espectro. También en los paneles planos se están desarrollando tecnologías de varias uniones para superar la eficiencia límite del silicio. El proyecto trata de mejorar el modo actual del que dispone el grupo, incorporando el efecto de los sistemas ópticos, muy especialmente su comportamiento espectral que es a su vez muy dependiente de la temperatura.
El trabajo ofrece un avance en la estimación de la producción energética de un sistema fotovoltaico, punto clave para permitir la financiación de las mismas y su amplia difusión en el mercado energético en todo el mundo. El proyecto se realizará en el Instituto de Energía Solar de la E.T.S.I. Telecomunicación. Recomendaciones: conocimientos de Matlab/Python, procesado de datos, estadística básica. Documentación: La documentación suministrada se compondrá de:
- Artículos seleccionados y trabajos previos del grupo
- Libros básicos
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Curso 2016‐2017
Título: Desarrollo de aplicaciones para control y mantenimiento de plantas CSP/CPV basados en plataforma aérea. Tutor: miembros del grupo ISI Grupo de Investigación: Integración de Sistemas e Instrumentos Carácter (teórico/práctico): Teórico/Práctico Estimación porcentual aproximada de los bloques de estudio / teoría / implementación: 10/10/80 Descripción del TFM
Resulta necesario disponer de métodos de control y mantenimiento sencillos y eficaces que permitan tomar decisiones (limpieza, sustitución, ajustes, apoyo a la instalación, supervisión, seguridad, comunicaciones, etc.) en la operación óptima en las grandes plantas sobre suelo (de decenas de MW) de CSP y CPV. Para cubrir grandes extensiones se cuenta con una plataforma aérea dotada de sensores con selectividad espectral y con capacidad de análisis óptico, que puede registrar y transmitir una información precisa y masiva y sin interferir en el funcionamiento de la planta ayudando a controlar las mismas para sacarles el mayor rendimiento posible. El objetivo del proyecto consistirá en el desarrollo de aplicaciones que utilicen los sensores disponibles en la plataforma aérea (dron) para obtener información del sistema en tiempo real: paralelismo, orientación, aceptancia angular, reflectividad, temperatura, soiling etc. El proyecto se realizará en el Instituto de Energía Solar de la E.T.S.I. Telecomunicación. Recomendaciones: Conocimiento de Matlab, Labview, fundamentos de electrónica y óptica, y vocación de trabajo en el laboratorio Documentación: La documentación suministrada se compondrá de:
- Artículos seleccionados.
- Libros básicos
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Curso 2016‐2017
Título: “Diseño e implementación de un sistema de medida de curvas I‐V a 1 sol de células solares multiunión con ajuste espectral”. Tutor: Dr. Iván García Vara Grupo de Investigación: Semiconductores III‐V Carácter (teórico/práctico): Teórico y práctico Estimación porcentual aproximada de los bloques de estudio / teoría / implementación: estudio: 20%, teoría: 20%, implementación: 60% Breve descripción del TFM
Las células solares multiunión presentan hoy las mayores eficiencias de conversión fotovoltaica. Estas células consisten en un apilamiento de subcélulas de distintos materiales, cada uno optimizado para un rango de energías del fotón. Puesto que estas subcélulas están conectadas en serie, la corriente es igual en todas ellas. Por esto, la máxima eficiencia de conversión fotovoltaica se consigue cuando la fotocorriente producida en todas ellas es la misma. Esto se consigue diseñando el apilamiento de manera que la fotocorriente producida sea igual en todas las subcélulas.
Para medir estas células en el laboratorio, se necesita poder ajustar el espectro de la luz utilizada de manera que la fotocorriente de cada subcélula sea la correcta. Esto implica el uso de fuentes adicionales de luz para modificar el espectro de los simuladores solares típicos.
El Trabajo Fin de Máster consistirá en estudiar los requisitos, diseñar e implementar un sistema de ajuste espectral para medida de la curva IV a 1 sol de células solares multiunión, basado en diodos LEDs de alta potencia. La implementación del sistema incluye el desarrollo del hardware y del software necesario para controlar los diodos LED y medir la fotocorriente de las células de referencia y DUTs. Finalmente, se utilizará este sistema para la medida de células multiunión de semiconductores III‐V de alta eficiencia fabricadas en el IES‐UPM.
Recomendaciones y conocimientos previos: se valorarán conocimientos previos en programación y control de instrumentos. Nivel alto de inglés. Documentación y bibliografía: Los fundamentos de la necesidad de ajuste espectral y su efecto se pueden consultar en el siguiente libro y sus citas: “Handbook on Concentrator Photovoltaic Technology”, edited by Carlos Algora, Ignacio Rey‐Stolle.
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Curso 2016‐2017
Título: Herramienta para el análisis del potencial solar fotovoltaico en edificios
Tutor: Estefanía Caamaño Martín
Grupo de Investigación: Generación Distribuida Renovable y Control Inteligente
Carácter (teórico/práctico): teórico y práctico
Idioma: El trabajo podrá ser presentado y redactado en español o inglés
Estimación porcentual aproximada de los bloques de estudio / teoría /implementación: 15/15/70
Descripción del TFM Una de las líneas de investigación del grupo GEDIRCI es la identificación y aprovechamiento del potencial solar fotovoltaico en edificios, aspecto de gran importancia en el contexto de la Directiva 2010/31/UE de Eficiciencia energética de los edificios, por la cual a partir de 2021 todos los edificios nuevos deberán ser “de consumo de energía casi nulo”, es decir, cubrir en muy amplia medida sus necesidades energéticas a partir de fuentes renovables. En este sentido, en el marco de un proyecto europeo de investigación, en 2010 el grupo GEDIRCI desarrolló una herramienta software para el análisis del potencial solar de edificios1, que realiza una cuantificación tanto del recurso solar disponible en superficies receptoras arbitrarias, como de las pérdidas por sombras (fenómeno muy frecuente en entornos urbanos). El uso continuado de la herramienta ha permitido identificar posibles mejoras y extensiones de la herramienta con el objetivo de facilitar el proceso de diseño de instalaciones solares fotovoltaicas en edificio, tales como: a) la inclusión de localidades pertenecientes a la región con mayor potencial solar terrestre, el cinturón intertropical; b) la consideración de estrategias dinámicas de sombreado que resultan de interés en edificios (parasoles móviles); El objetivo final del TFM es realizar una nueva versión de la herramienta software que incluya las mejoras identificadas, así como otras propuestas por el alumno. Recomendaciones: Interés por aspectos teóricos y prácticos de ingeniería de sistemas fotovoltaicos integrados en entornos urbanos, conocimientos del lenguaje de programación Visual Basic y MatLab. Bibliografía y material complementario: Artículos científico-técnicos e informes seleccionados. Herramienta software preexistente.
1 Proyecto POLIS (Identification and Mobilisation of Solar Potentials via Local Strategies): http://www.polis‐solar.eu/Planning‐instruments/
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Curso 2016‐2017
Título: Generación fotovoltaica distribuida en entornos urbanos: gestión activa de la demanda eléctrica a nivel de barrio
Tutor: Estefanía Caamaño Martín
Grupo de Investigación: Generación Distribuida Renovable y Control Inteligente
Carácter (teórico/práctico): teórico y práctico
Idioma: El trabajo podrá ser presentado y redactado en español o inglés
Estimación porcentual aproximada de los bloques de estudio / teoría /implementación: 15/15/70
Descripción del TFM Una de las líneas de investigación del grupo GEDIRCI es la Gestión Activa de la Demanda eléctrica que posibilita la integración de sistemas fotovoltaicos híbridos en edificios y otros espacios urbanos. Con estos sistemas y un adecuado control de la generación distribuida es posible alcanzar elevadas fracciones de autoconsumo de la electricidad fotovoltaica en edificios, posibilitando con ello una autosuficiencia parcial, o total, de los mismos. Sin embargo, en un contexto de alta penetración fotovoltaica en redes eléctricas de distribución urbanas, estudios previos han mostrado la conveniencia de considerar el impacto a nivel eléctrico en las redes, con el objetivo de evitar problemas de gestión de las mismas a los operadores eléctricos derivados de las nuevas curvas de demanda agregada (por ejemplo, la aparición de nuevos picos de demanda). Con el objeto de tratar de combinar objetivos razonables de autosuficiencia eléctrica y beneficios para las redes eléctricas, este TFM plantea realizar una propuesta de integración de sistemas solares fotovoltaicos en un barrio a determinar2 en la que, además de diseñar un conjunto de sistemas fotovoltaicos-tipo para usuarios residenciales y comerciales, se propongan estrategias de gestión de las instalaciones y consumos eléctricos de los edificios asociados, de forma que la curva de demanda agregada contribuya a reducir los costes de mantenimiento de la red de distribución local, así como diferir futuras inversiones en repotenciación de la misma. Recomendaciones: Interés por aspectos teóricos y prácticos de ingeniería de sistemas fotovoltaicos integrados en entornos urbanos, conocimientos del lenguaje de programación en MatLab y C++. Bibliografía y material complementario: Artículos científico-técnicos e informes seleccionados. Programas elaborados por el grupo (scripts en MatLab, c++), otras herramientas software de simulación de sistemas fotovoltaicas y redes eléctricas.
2 Se dispone de información detallada de una ciudad española. Son posibles emplazamientos alternativos, en función de los intereses del alumno/a)
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Curso 2016‐2017
OFERTA DE TRABAJOS FIN DE MASTER EN EL GRUPO DE SISTEMAS 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. Título: Centrales fotovoltaicas a 1500 V Objetivo: Se trata de analizar la validez de la tecnología actual de módulos para operar a esta tensión, realizando ensayos de PID, y resistencia de aislamiento en seco y en mojado en una muestra de 20 módulos que han sido previamente sometidos a ensayos de envejecimiento acelerado. Realización: Tanto la muestra de módulos como la instrumentación están ya disponibles. El alumno debe responsabilizarse de llevar a cabo los ensayos, siguiendo las prescripciones de las normas IEC 62125 e IEC-TS-OJO La exigencia de tiempo de permanencia en el laboratorio es del orden de 1 día/semana durante tres meses. Otros comentarios: Un TFM similar, pero con módulos sin envejecer, se realizó en el curso 2015-16. El resultado se publicó en ERA SOLAR (adjuntar artículo) Tutor: Eduardo Lorenzo
Oferta de Trabajo Fin de Máster del Máster Universitario en Energía Solar Fotovoltaica – UPM
Curso 2016‐2017
Título: Reparación de módulos fotovoltaicos Objetivo: Después de varios años de operación en intemperie un cierto porcentaje de los módulos que forman las centrales fotovoltaicas presentan problemas de punto caliente. Este fenómeno amenaza la vida del módulo, que puede llegar a quemarse si el fenómeno persiste durante mucho tiempo, por lo que debe ser corregido. Sin embargo, cambiar el módulo por uno nuevo es probablemente antieconómico, debido a que ya no está cubierto por la garantía del fabricante y a que los años de funcionamiento previsto para la planta son ya pocos. Mejor parece reparar el módulo, por el procedimiento de cortocircuitar la célula dañada, reponiendo después el sellado de la parte posterior. Realización: Se dispone de algunos módulos que presentan fenómenos de punto caliente después de 10 años de funcionamiento. El alumno debe responsabilizarse de: -Caracterizar el comportamiento eléctrico y térmico de estos módulos (curva I-V, termografía y electroluminiscencia) -Proceder a su reparación, abriendo la parte posterior del módulo por la célula dañada, cortocircuitándola con cintas de soldadura y sellando de nuevo la parte posterior. -Caracterizar de nuevo su comportamiento eléctrico y térmico -Comparar el funcionamiento antes y después de la reparación, La exigencia de tiempo de permanencia en el laboratorio es del orden de 1 día/semana durante tres meses. Otros comentarios: Tutor: Eduardo Lorenzo
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Curso 2016‐2017
Título: Series temporales de radiación solar en climas desérticos Objetivo: Se trata de revisar la validez de las matrices de transición de Markov propuestas por Aguiar y Collares en climas desérticos. En los últimos tiempos, la instalación de sistemas fotovoltaicos es especialmente prolífica en emplazamientos desérticos. Estos se caracterizan por condiciones climatológicas extremas que incluyen, por ejemplo, la sucesión de muchos días de muy alta irradiación. Las matrices de transición de Markov, al estar definidas para condiciones climáticas promedio, no reflejan de manera adecuada la casuística que se da en los lugares con climatologías extremas. El objetivo del trabajo es explorar la validez de dichas matrices y proponer alternativas. Realización: Se dispone de series temporales de radiación de 15 años de duración en, al menos, dos emplazamientos de Méjico y Chile. Se dispone de un software de simulación específico, SISIFO, para realizar las simulaciones de las series temporales de radiación. Se requieren conocimientos de Matlab. El alumno deberá responsabilizarse de: ‐ La simulación de series temporales de radiación para los emplazamientos disponibles. ‐ La detección de situaciones anómalas no recogidas por las matrices. ‐ La propuesta de posibles matrices alternativas.
La exigencia de tiempo de permanencia en el laboratorio es del orden de 1 día/semana durante tres meses. Otros comentarios: Tutor: Rodrigo Moretón
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Curso 2016‐2017
Título: Funcionamiento de un sistema conectado a la red en Madrid Objetivo: Se trata de evaluar el funcionamiento de uno de los sistemas fotovoltaicos del IES-UPM en su sede del Campus Sur, analizando sistemáticamente los datos de un año de operación. Se calcularán los principales índices de funcionamiento, y se desarrollarán y aplicarán métodos de detección y diagnóstico de fallos particularizados para el caso de la instalación. Se estudiará la implementación de un sistema de recogida y análisis automático de los datos. Realización: Se dispone de datos de operación de la instalación durante más de un año de funcionamiento. La instalación incluye sensores de irradiancia y temperatura, así como medidas de parámetros eléctricos tanto a nivel de serie como de inversor. El alumno deberá responsabilizarse de: ‐ El análisis de los datos de funcionamiento. ‐ La aplicación de los procedimientos de detección y diagnóstico de fallos actuales y su
particularización para esta instalación. La exigencia de tiempo de permanencia en el laboratorio es del orden de 1 día/semana durante tres meses. Otros comentarios: Tutor: Rodrigo Moretón
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Curso 2016‐2017
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. Tutor: Francisco Martínez
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Curso 2016‐2017
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”. Tutor: Francisco Martínez
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Curso 2016-2017
Título: Estudio y diseño de molinos de grano fotovoltaicos Tutor: Miguel A. Egido Aguilera Grupo de Investigación: Generación Distribuida Renovable y Control Inteligente (GEDIRCI) Carácter (teórico/práctico): téorico y práctico Estimación porcentual aproximada de los bloques de estudio / teoría / implementación: 30/40/30 Breve descripción del TFM: Instalaciones fotovoltaicas que dan servicio a la molienda de grano se han diseñado, esporádicamente, desde los años 80. De hecho, en el primer proyecto de sistemas fotovoltaicos que se realizó en el IES fuera de España, en el año 87, ya se incluía este servicio. La novedad de esta propuesta es analizar y diseñar un sistema fotovoltaico específico para la alimentación de un molino de grano.
La Fundación Acciona Microenergía desarrolla un programa de acceso a la electricidad en Oaxaca (México) con un programa basado en microfranquicias. Están muy interesados en el diseño de una solución tecnológica y modelo se gestión de molinos solares comunitarios, que pretenden utilizar en las comunidades de Oaxaca para la molienda de maíz ( nixtamal) y de café.
Recomendaciones y conocimientos previos: Interés en aspectos prácticos de la generación fotovoltaica. Conocimientos de electricidad y motores. Documentación y bibliografía: Artículos científico‐técnicos e informes seleccionados. E. Beshada, M. Bux and T. Waldenmaier. “Construction and Optimization of a PV‐Powered Grain Mill”. Agricultural Engineering International: the CIGR Ejournal. Manuscript FP 06 002. Vol. VIII. April, 2006. (Descargable en Internet) Veronika Utz, Modern Energy Services for Modern Agriculture. A Review of Smallholder Farming in Developing Countries. January 2011. GIZ IRENA (2016), Renewable Energy benefits: Decentralised Solutions in the Agri‐food Chain, The International Renewable Energy Agency, Abu Dhabi.
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Curso 2016-2017
Título: Estudio de la acumulación en sistemas fotovoltaicos con baterías híbridas Tutor: Miguel A. Egido Aguilera Grupo de Investigación: Generación Distribuida Renovable y Control Inteligente (GEDIRCI) Carácter (teórico/práctico): téorico y práctico Estimación porcentual aproximada de los bloques de estudio / teoría / implementación: 40/50/10 Breve descripción del TFM: La acumulación eléctrica en sistemas fotovoltaicos se ha basado durante décadas en el uso de baterías plomo‐acido. Su principal ventaja es el bajo costo en comparación con otras tecnologías, sin embargo tienen muchos inconvenientes hasta el extremo de que es el elemento más frágil en un generador fotovoltaico. En los últimos años la tecnología de Ion‐Li está penetrando con fuerza en el mercado, gracias a su elevada eficiencia y densidad energética, no obstante aún presenta el inconveniente de un precio elevado, hasta cinco veces por encima del plomo‐acido. Una posibilidad muy interesante consiste en utilizar las dos tecnologías de acumulación en la misma instalación, de esa forma se puede utilizar la batería de Ion‐Li para el ciclado frecuente y mantener la de plomo‐ácido en altos estados de carga con lo que se alarga notablemente su vida.
El TFM que se propone consiste en analizar, mediante simulaciones, las diferentes combinaciones entre las dos tecnologías, tanto en sistemas aislados como en sistemas conectados a la red eléctrica, y proponer criterios para la selección de la capacidad de acumulación de ambas en función de la aplicación del generador fotovoltaico.
Recomendaciones y conocimientos previos: Interés en aspectos prácticos de la generación fotovoltaica. Conocimientos de MATLAB o herramienta equivalente para la simulación. Documentación y bibliografía: Artículos científico‐técnicos e informes seleccionados.
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Título: Renovación y repotenciación de instalaciones fotovoltaicas
Tutor: Estefanía Caamaño Martín
Grupo de Investigación: Generación Distribuida Renovable y Control Inteligente
Carácter (teórico/práctico): teórico y práctico
Idioma: El trabajo podrá ser presentado y redactado en español o inglés
Estimación porcentual aproximada de los bloques de estudio / teoría /implementación: 70/20/10
Descripción del TFM La mayoría de instalaciones fotovoltaicas en España fueron instaladas antes del año 2009, hasta 3,4GW lo que representa más del 70% de la potencia total instalada hasta la fecha. Estas instalaciones comienzan a envejecer y parte de sus componentes deben ser reemplazados. El sector fotovoltaico en España está comenzando a prestar especial atención a este proceso de renovación o “revamping” como una nueva forma de reactivar la industria en el país. Es necesario prestar atención tanto factores técnicos, como económicos y legales. Desde el punto de vista técnico, un proceso de renovación permite mejorar las características de las instalaciones FV sin alterar su potencia pico. Esta renovación en las características tiene efectos en el comportamiento energético de la instalación: eficiencia de los inversores, eficiencia de módulo, seguidores, etc. También existen cambios en estas características que pueden afectar o son incompatibles con el diseño de la instalación, como puede ser la presencia o no de transformadores en el inversor. Todo este proceso de renovación ocurre en una situación de muy bajos precios del mercado fotovoltaico: módulos por debajo de 50c€/Wp e inversores entre 10 y 20 c€/Wp. Esto hace no solo interesante la renovación de las instalaciones si no también la repotenciación. La normativa actual permite realizar este proceso de renovación, aunque no permite aumentar la potencia ni hacer cambios sustanciales en la instalación si quieren mantenerse las primas (Real Decreto 413/20141). Este TFM plantea realizar un análisis de la situación de las instalaciones FV en España desde el punto de viste de la renovación de sus componentes o una posible repotenciación. Este análisis debe abordar factores técnicos, económicos y legales que puedan servir para comprender la viabilidad de estos procesos de renovación o repotenciación y sus implicaciones en el sector FV español. Recomendaciones: Interés por aspectos teóricos y prácticos de ingeniería de sistemas fotovoltaicos y del mercado español. Conocimientos software para análisis y procesamiento de datos (Excell, Matlab,…). Bibliografía y material complementario: Artículos científico-técnicos e informes seleccionados.Programas elaborados por el grupo (scripts en MatLab, GridSim, C++), otras herramientas software de simulación de sistemas fotovoltaicas y redes eléctricas.
1 https://www.boe.es/buscar/pdf/2014/BOE‐A‐2014‐6123‐consolidado.pdf