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17/08/2022

El proyecto “Materiales inteligentes basados en óxidos de metales de transición como diodos de protección bypass en aplicaciones de paneles solares fotovoltaicos: Simulaciones y experimentos” liderado por los profesores Michael Bressan y Alba Ávila del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica y Juan Gabriel Ramírez Rojas del Departamento de Física requieren para su equipo de trabajo de los siguientes perfiles:

-1 Asistente Graduado de Maestría  (Tipo 1) AÑO 2022 (10 meses) con costo de la matrícula (8 créditos) física y/o ingeniería. Estudiante activo de maestría en Ingeniería  y/o Física.

-2 Asistentes de Pregrado (1/2 tiempo con media carga académica) (12 meses)

Las personas interesadas en recibir más información pueden contactar al profesor Michael Bressan al correo: m.bressan@uniandes.edu.co

 

Objetivo general:

- Investigar la aplicabilidad de materiales inteligentes para reemplazar los diodos bypass en un panel solar fotovoltaico.

 

Específicos:

· Investigar capacidades de síntesis e integración de materiales inteligentes para fabricación de diodos.

· Establecer técnicas de caracterización eléctrica y mecánica para la comparación de diodos bypass con los implementados con materiales inteligentes.

· Desarrollar un prototipo con celdas solares.

 

Proyecto:

Materiales inteligentes basados en óxidos de metales de transición como diodos de protección bypass en aplicaciones de paneles solares fotovoltaicos: Simulaciones y experimentos

Una celda solar en un dispositivo que convierte la energía solar en energía eléctrica. Su principio de funcionamiento se basa en el efecto fotovoltaico el cual permite la generación de corrientes eléctricas dentro del material por medio de la radiación electromagnética, en este caso, la luz solar [1]. Los paneles solares son uniones en serie de bloques de celdas, lo cual permite almacenar la carga generada por la luz solar al ser iluminado el panel; sin embargo, en una configuración en la cual solo parcialmente se tiene iluminado el panel, los elementos en sombra causan perdidas de potencia. Asimismo, los paneles solares al encontrarse en condiciones de sombra, no sólo se presentan disminuciones en la producción de energía, sino que aparecen riesgos de fallas estructurales producidos por la focalización de puntos calientes (“hot spots”). Un hot spot hace referencia a un segmento o parte de las celdas que hacen parte del panel solar en donde se incrementa considerablemente la temperatura, lo cual puede provocar que la ruptura permanente de la celda y por ende, derivar en la avería del panel solar. Es por esto que los paneles solares se encuentran protegidos con unos diodos bypass, los cuales se encuentran conectados en paralelo con las celdas solares. Así, cuando se presenta el fenómeno de sombra sobre una celda solar, estos diodos se activan y permite crear una ruta de corriente para que las celdas solares puedan crear energía con un voltaje notoriamente reducido. Los diodos bypass aunque resuelven parcialmente el problema de la eficiencia, también tienen una cuota en la disipación de potencia, por lo que genera una aparición de hot spots, además de aumentar los costos de fabricación [2-3].

Teniendo en cuenta lo anterior, con la intención de volver mucho mas eficiente los paneles solares, el proyecto busca reemplazar estos diodos bypass los cuales están hechos a base de silicio, por un nuevo dispositivo o material capaz de optimizar la producción de energía cuando el panel está en condición de sombra y evitar toda aparición de puntos calientes que podrían perjudicar el funcionamiento del panel hasta dañarlo. Para este proyecto se plantea reemplazar a este diodo bypass por un material inteligente en el cual tiene el potencial de revolucionar en el futuro al desarrollo de la electrónica clásica, puesto que puede ser un material alternativo al silicio para el desarrollo de tecnología.

El grupo de investigación que propone este proyecto ya pudo trabajar conjuntamente por medio de un proyecto de grado en la simulación de paneles solares usando como diodo bypass el dióxido de vanadio (VO2) [4]. En este trabajo, se simuló el acoplamiento entre la representación circuital del VO2 y un panel solar de 36 celdas. Observamos como el VO2 cumple el rol de agente protector del panel en condición de sombra parcial. De forma común, los materiales inteligentes tienen características de histéresis y punto de conducción que se pueden representar en electrónica clásica usados mediante comparadores, disipadores de Schmitt y circuitos multivibradores.

 

Referencias:

[1] Becquerel, E. On Electrod Effect under the Influence of Solar Radiation. C.R. Acad. Sci., Paris, 9, 561 (1839).

[2] Bressan, M., Gutierrez, A., Garcia, L., Alonso, C. Development of a real-time hot-spots using an emulator of partially shaded PV systems. Renewable Energy, 334-343, 127 (2018).

[3] Galeano, A., Bressan, M., Vargas, F., Alonso, C. Shading ratio impact in photovoltaic modules and correlation with shading patterns. Energies, 11(4) (2018).

[4] Vasquez Mosquera, D. (). SIMULACIÓN DEL VO2 COMO MATERIAL INTELIGENTE PARA RESOLVER EL PROBLEMA DE SOMBRAS EN PANELES SOLARES. Universidad de los Andes.

 

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