Orientador: José Roberto Ribeiro Bortoleto / Resumo: O presente trabalho apresenta o estudo da interface de filmes finos de óxido de zinco (ZnO) e óxido de estanho (SnO2). Foram investigadas propriedades morfológicas e elétricas a respeito desta heterojunção. A deposição dos filmes foi realizada através da técnica de magnetron sputtering RF. A morfologia de superfície foi investigada e caracterizada através de técnicas de perfilometria e microscopia eletrônica de varredura com emissão de campo. O objetivo central desta pesquisa consiste em avaliar a interação SnO2/ZnO, uma vez que esse composto possui potencial para aplicações em células fotovoltaicas. Nessas aplicações o SnO2 atua como camada transportadora de elétrons, que apresenta como principal efeito o aumento no tempo de recombinação do par elétron-buraco, gerado quando a célula fotovoltaica é submetida à incidência luminosa. Para a investigação foram depositados filmes de SnO2 com diferentes espessuras sobre ZnO. Além disso, foram estudadas as propriedades eletrônicas do ZnO para garantir que este se comporta no trabalho como um óxido transparente condutivo (TCO do inglês Transparent Conductive Oxide), o que possibilita sua aplicação nas células fotovoltaicas. O sistema produzido apresentou características que indicam ser um material promissor para as aplicações citadas. / Abstract: This work presents the analysis of the interface between thin films of zinc oxide (ZnO) and tin oxide (SnO2). Morphological and electrical properties were investigated regarding this heterojunction. The deposition of the films was performed using the RF magnetron sputtering technique. The surface morphology was investigated and characterized by profiling and Scanning Electron Microscopy with Field Emission Gun Techniques. The main objective of this research is to evaluate the SnO2/ZnO interaction, since this compound has potential for applications in photovoltaic cells. In these applications the SnO2 acts as a electron transport layer presenting as a main effect the increase in the recombination time of the electron-hole pair, generated when the photovoltaic cell is submitted to incidence of light. For this investigation SnO2 films of different thicknesses were deposited on a reference ZnO film. In addition, the electronic properties of ZnO were evaluated to ensure that it behaves as a transparent conducting oxide (TCO), which enables its application in photovoltaic cells. The system produced presented characteristics that suggests it is a promising material for the aforementioned applications. / Doutor

En los últimos años, la comunidad estudiantil de la Universidad Católica Santo Toribio de Mogrovejo ha ido incrementado considerablemente y por lo tanto el consumo de bebidas. Este suceso ha traído como consecuencia el aumento de residuos sólidos de plástico en el campus universitario. En el presente trabajo de investigación se diseñó una máquina trituradora de botellas de plástico PET con ayuda de las herramientas matriz morfológica, seguido de una matriz de decisión y luego con el software Solidworks, con el único fin de facilitar el reciclaje y hacer más eficiente el manejo de residuos sólidos plásticos en la Universidad. Además, la máquina será actuada por un sistema fotovoltaico, que aprovecha la energía solar para generar energía eléctrica. Este sistema utiliza energía renovable y produce poca o ninguna emisión de carbono, es silenciosa y de bajo costo a largo plazo. Con ayuda de la estadística se realizó 378 encuestas dentro del campus universitario para cuantificar el consumo de bebidas, siendo así un consumo aproximado de 1 674 botellas por día o 30 kg de PET por día. El diseño de la máquina se inicia con el cálculo de la fuerza de corte, luego la potencia de accionamiento (3 HP), las transmisiones flexibles, transmisión por engranajes, ejes y finalmente los rodamientos. Los elementos que conforman la trituradora son: motor, tolva cerrada, cuchillas, separadores, ejes, engranajes, poleas, bandas en V, rodamientos y su propia estructura. Con la energía solar incidente en la localidad y la máxima demanda de carga para el sistema fotovoltaico se calculó y seleccionó 9 paneles fotovoltaicos, 6 baterías, 3 reguladores, un inversor, cables conductores y 3 estructuras para el soporte de paneles. Con el VAN y TIR se determinó que el proyecto de tesis es factible desde el punto de vista económico ya que el retorno de la inversión se da en 4 años.

This work investigates two main aspects related to photovoltaic: systems and module characterization and performance modeling. The first part aims to characterize a PV generator located in Spain with a nominal power of 109.44 kW under standard test conditions according to the datasheet. An operational photovoltaic system's nominal power is a valid parameter for determining its current operational state. The applicability of a standard procedure to estimate the nominal power of an operating generator, proposed by Martínez-Moreno and based on Osterwald's model, is investigated. However, the standard procedure does not specify how to deal with experimental data when unexpected behavior impedes the nominal power estimation under operating conditions. During the 6-month study, the power-irradiance relation showed a hysteresis effect with varying amplitudes throughout the campaign. Adding a data filter that removes the non-linear part of the data proves necessary to estimate the nominal power, complementing Martinez-Moreno's procedure to enable the generators' characterization. The second part contributes to closing a knowledge gap in the performance behavior and predictability of multiple PV technologies in Peru. The quality of two simple analytical models for estimating the outdoor performance of three different photovoltaic module technologies in Lima was investigated. Osterwald's and the Constant Fill Factor models were applied to estimate the maximum power delivered by an Aluminum Back Surface Field, a Heterojunction with Intrinsic Thin-layer, and an amorphous/microcrystalline thin-film tandem PV module. The results point that both models overestimate the expected power compared to the measured one. Implementing a correction factor adjusts the estimated maximum power by both models. This correction factor allows us to estimate losses, calculate an adequate nominal power and minimize the estimated power error. The normalized root mean square error and mean bias error determine the implemented methodology's quality. The two crystalline silicon-based technologies present a similar behavior throughout the year. However, both differ considerably from the tandem one during different months, implying that the ambient variables have other seasonal impacts on their performance.

El objetivo de la Tesis es mostrar, a partir de un balance energético dimensionable y contrastable, la viabilidad de un sistema de recarga de baterías de tracción de Vehículos Eléctricos de manera simultánea a la producción dentro de la llamada “ventana fotovoltaica”, como garantía de que la electricidad producida para la movilidad eléctrica no dependa de los combustibles fósiles que están inevitablemente presentes en el “share” energético global para, de esta manera, reducir el nivel de emisiones de CO2 a la atmósfera por parte del sector del transporte. Y el intercambio de baterías es presentado como la alternativa para resolver el problema de la simultaneidad entre la producción fotovoltaica y la utilización del vehículo, y para vencer la barrera del tiempo de recarga. Si el vehículo eléctrico está llamado a ser el sustituto natural del convencional y las energías renovables están llamadas a ser las sustitutas naturales de las convencionales, es necesario comprobar la viabilidad del binomio “Vehículo Eléctrico - Energías Renovables” y el desarrollo conjunto de ambas. Siendo una realidad que el Vehículo Eléctrico ya es un producto al alcance del gran público, no es menos cierto que el grado de penetración del mismo está teniendo lugar a un nivel infinitamente inferior al esperado, en parte como consecuencia del elevado coste del VE y la situación económica global, en parte porque la usabilidad del VE y el vehículo convencional no es la misma al no disponer el VE de autonomía, tiempo de recarga e infraestructura de recarga comparables a su homólogo convencional, y en parte como consecuencia del mantenimiento del status-quo existente entre los fabricantes de vehículos y las empresas suministradoras de combustibles fósiles que intentan frenar lo máximo posible el proceso de electrificación del sector de transporte. Por otro lado, es también una realidad el drástico descenso en los costes de los equipos de producción de electricidad fotovoltaica en los últimos años, sobre todo los paneles solares y los onduladores DC-AC, de forma que cada Watio instalado viene a costar, en promedio, 5 veces menos que en 2007 y las instalaciones son rentables por sí mismas sin necesidad de mecanismos de subvención externos. Todo ello ha facilitado que a día de hoy dispongamos de un escenario de Balance Neto (Autoconsumo con intercambio con la red) viable que ha abierto la puerta a las Smart Grids en las cuales el punto de recarga del Vehículo Eléctrico es sin duda uno de los protagonistas del escenario futuro. Y puesto que tanto las instalaciones fotovoltaicas a pequeña escala como el vehículo eléctrico son 2 campos emergentes con mucho desarrollo todavía por delante, el autor ha querido relacionar ambos a nivel dimensional y justificar que el futuro crecimiento conjunto de ambos puede contribuir enormemente a la reducción progresiva de la emisión de gases contaminantes a la atmósfera por parte del sector del transporte.

Este proyecto consiste en el diseño de un sistema híbrido Fotovoltaico-Biodigestor de 15 kW para generar energía eléctrica en el caserío Pósope. Como un prototipo de un sistema que pretende unir dos redes para poder producir energía eléctrica junto con los beneficios ambientales asociados, para su posterior aplicación en el caserío Pósope Bajo. Se seleccionó de la mejor opción tecnológica y de los principales componentes del sistema híbrido de acuerdo a las condiciones geográficas y meteorológicas de la zona. Se van a tratar aspectos como el diseño del sistema híbrido, que implica dimensionamiento de los paneles y del biodigestor; el tipo de panel, de baterías, reguladores como también el tipo material del biodigestor y la medida de las zanjas. Para determinar la viabilidad del proyecto se abordarán aspectos económicos y de rentabilidad como inversión necesaria.

El objetivo de este proyecto es el diseño de un sistema fotovoltaico en la carrocería de una Unidad Médica Móvil para suministrar energía eléctrica a equipos biomédicos en zonas alejadas de Lambayeque. Para lograrlo, primero se diagnosticó la situación actual del suministro eléctrico en las zonas rurales de Lambayeque, con el fin de identificar cuantos centros poblados sin acceso a la energía eléctrica, existen en el departamento. Después, mediante 5 fuentes distintas se determinaron los niveles de radiación en la zona de Lambayeque, especialmente en los centros poblados escasos de energía eléctrica. Con ello se logró identificar el valor de la irradiación mínima de todos los centros poblados, esto con el fin garantizar que, en los meses siguientes de mayor irradiación solar, el sistema funcione correctamente. Luego se procedió a identificar los equipos biomédicos de la Unidad Médica Móvil I para posteriormente calcular la demanda máxima del sistema. Para lograr el diseño del sistema fotovoltaico, se utilizaron dos metodologías de fuentes distintas, sometidas a los mismos parámetros con el fin de determinar cuál método es el más conveniente ya que ambos cumplen con los requisitos preliminares. Se determinó que el segundo método es la mejor opción, y de ello se obtuvieron los siguientes equipos para el sistema fotovoltaico: - 4 paneles solares de 320Wp y 24V. - 4 baterías de 550Ah y 6V. - 1 controlador MPPT de 60A. - 1 inversor cargador de 800W. Finalmente se evaluó económicamente la propuesta mediante dos herramientas financieras (VAN y TIR) con el fin de determinar la viabilidad del proyecto.

El dimensionamiento de sistemas fotovoltaicos es el proceso de escoger el tipo y cantidad de componentes necesarios para suministrar la enérgica eléctrica necesaria para cubrir una parte o la totalidad del consumo eléctrico del cliente. La empresa Leaf Energy la cual se dedica a este rubro, presenta problemas en cuanto a las demoras y defectos en la atención al cliente, para lo cual se pretende mitigar las causas con un software a modo de herramienta de dimensionamiento. El objetivo principal del software es permitirle al usuario generar un reporte detallado de como máximo 5 sistemas de energía fotovoltaica híbrido y 5 conectado a la red eléctrica adecuados para suministrar el consumo eléctrico del cliente, información que será obtenida a partir de una imagen digital del recibo enviado por el cliente al usuario. Se realiza una investigación de tipo tecnológica-aplicada, mediante el método de investigación interactiva se evalúa la implementación del software en conjunto con un experto de la empresa donde se realizarán pruebas con distintos recibos de consumos eléctricos. Los resultados se comprobarán con hojas de datos luego de haber probado el software con ayuda de un experto en temas de energía fotovoltaica de la empresa donde se implementará el software. Al término de la tesis el software logró generar exitosamente un reporte detallado. Se logró el objetivo de obtener de manera rápida y concisa toda la información necesaria sobre el cliente, la cotización y la evaluación del retorno de inversión del sistema.

En el presente trabajo de investigación, el objetivo principal es dimensionar un sistema eólico – fotovoltaico, el cual nos va a permitir autoabastecer a la universidad católica Santo Toribio de Mogrovejo, ubicada en el distrito de Chiclayo, provincia de Chiclayo, departamento de Lambayeque. La energía promedio de consumo de la universidad es de 80 kWh. Teniendo en consideración que la radiación promedio anual ES DE 4,7 𝑘𝑊ℎ𝑚2⁄ (según data del Atlas solar del Perú), con respecto a la velocidad de viento promedio anual es de 6,5 𝑚𝑠⁄ (de acuerdo a la data obtenida por el Atlas eólico del Perú 2016). El sistema propuesto está conformado por un aerogenerador AIR 30 PRO, 40 paneles fotovoltaicos de 360 Wp, 10 controladores de corriente, 1 inversor de corriente y 20 baterías de 260 Ah; teniendo un coto de inversión de S/. 425,122.46. La propuesta de la implementación de este sistema eólico – fotovoltaico, es para fomentar la generación de RER (recursos de energía renovables), y así disminuyendo las emisiones de gases de efecto invernadero. Es de conocimiento público que la USAT, es la primera universidad a nivel del departamento de Lambayeque que está reconocida en la huella de carbono, la cual es una iniciativa del Ministerio del Ambiente para la disminución de gases de efecto invernadero.

Los biopolímeros se han utilizado recientemente para el desarrollo de electrolitos poliméricos, que encuentran aplicaciones en celdas fotovoltaicas del tipo DSSC o celdas de Gräetzel, y han significado una alternativa para la conversión de energía solar a energía eléctrica. El presente trabajo se enfoca en el desarrollo de un electrolito polimérico que tiene como base al biopolímero carragenina y como aditivos, la sal NH4I y el plastificante glicerol, con el fin incrementar la conductividad iónica. La metodología consistió en la extracción de la carragenina a partir de las algas del litoral peruano y la incorporación de los aditivos. Los electrolitos se fabricaron en forma de films para proceder a ser ensayados. Los ensayos se dividieron en: ensayos de espectroscopia de impedancia electroquímica, y caracterización morfológica, estructural, térmica y mecánica. Los ensayos espectroscopia infrarroja (FTIR) confirmaron la presencia de grupos carboxilos que a su vez confirman la formación de carboximetil carragenina, una modificación de la carragenina para incrementar su conductividad. De la misma manera se confirma la estabilidad térmica en el rango de temperatura apropiada de los films para su trabajo en una celda DSSC. De las pruebas de impedancia electroquímica se pudo evaluar la conductividad iónica, comprobando que la sal yoduro de amonio (NH4I), y el plastificante glicerol, incrementan la conductividad de la carboximetil carragenina, logrando una conductividad máxima de 5.31x10-4 S/cm, es decir de 4 órdenes de magnitud mayor al valor de conductividad original de la carragenina. Además, se ensambló una celda fotovoltaica prototipo usando el electrolito basado en carboximetil carragenina con NH4I al 25% y glicerol al 25%. El voltaje registrado para dicha celda dio un valor de 0.893 V. Por tanto, se concluye que los compuestos en base a carragenina tienen la capacidad de formar films. Así mismo, se ha concluido que la carboximetilación de la carragenina y la adición de sales y plastificante, permite obtener electrolitos poliméricos con un mayor valor de conductividad iónica en comparación a la carragenina pura. Lo cual indica que dichos materiales pueden ser empleados en la fabricación de celdas fotovoltaicas del tipo DSSC.

El objetivo de la presente tesis fue dimensionar el sistema eólico- fotovoltaico para dar iluminación al tramo de 9,8 km que une las provincias de Chiclayo y Lambayeque, debido a que presente conflictos vehiculares por la carencia de tener una iluminación adecuada, obteniéndose que: Al realizar el estudio fotométrico de la zona en 3 escenarios diferentes permitió conocer la distancia adecuada de los mástiles, obteniendo la distribución de 290 postes con pastorales dobles de lámparas de 80W situados en la berma central, generando demanda energética de 614,14 kWh/día. Para cubrir la demanda energética se propuso utilizar un sistema eólico – solar para los cuales se tuvo en cuenta la radiación de 4,47 kWh/día en el mes más crítico y una velocidad del viento promedio de 6,62 m/s con un 54% probabilidad. El sistema contara con dos aerogeneradores de 10 kW, 294 paneles de 350 W, 92 baterías de 24 v, 9 controlares y 9 inversores. Por último, luego de realizar el dimensionamiento y evaluación económica se necesitará una inversión de S/784 924.13 contando con un VIR del 18%.