Servicios e Infraestructuras
El Consorcio OMEGA-CM cuenta con un gran número de equipos ubicados en las instalaciones de los grupos y laboratorios que lo conforman para la realización de sus actividades.
Laboratorio de Materiales y Dispositivos Fotovoltaicos (129 REDLAB)
a) Capacidades técnicas disponibles y resultados más relevantes en los últimos 5 años en relación con el programa.
El Laboratorio de Materiales y Dispositivos Fotovoltaicos tiene como principales actividades la investigación y el desarrollo tecnológico de materiales y dispositivos policristalinos en película delgada para la conversión fotovoltaica y ahorro energético.
Hay que destacar el trabajo realizado por el Laboratorio en el diseño y desarrollo de las siguientes plantas piloto para la preparación de materiales en lámina delgada:
- 1)-Cámara de coevaporación para el depósito mediante flujo modulado (MFD) de capas ventana y absorbedores sobre substratos de 15 x 15 cm2.
- 2)-Sistema de pulverización en línea para el depósito de óxidos conductores transparentes y contactos metálicos sobre áreas de 30 x 30 cm2.
Respecto al equipamiento para caracterización se dispone de:
- 1)-Espectrofotómetros de doble haz de las firmas PERKIN ELMER y VARIAN, para las medidas de reflexión y/o transmisión óptica en función de la longitud de onda en el rango desde 250 a 2000 nm.
- 2)-Sistema de medidas I-V con diversos multimetros (Kepco BOP 20-10M-4886, Keithley 2420, Keithley 2635A, Agilent 34900) que permiten el ajuste a distintos rangos de medida.
- 3)-Simulador Solar Oriel 92194-A ClaseA , lámpara continua de Xenon 1600 W y porta-muestras de 15 x 15 cm2 refrigerado.
- 4)-Sistema de Respuesta Espectral con un equipo Optosolar SR-300. Rango de medida desde 300 a1200 nm (lámparas de Xenon y Tungsteno de 250 W) y diámetro de haz de 8'', con posibilidad de medida con luz de excitación por lámparas halógenas de hasta un sol de intensidad.
- 5)-Cámara de ensayos SolarClimatic SC340MH de ATLAS con control programable de temperatura, humedad, Simulador Solar y un volumen de ensayo de 340l.
Las actividades más relevantes realizadas en los últimos años son:
- Preparación de capas absorbentes del tipo calcopirita (CuInSe2, CuIn1-xGaxSe2 y CuIn1-xAlxSe2) mediante selenización de láminas metálicas evaporadas.
- Preparación de capas ventana de compuestos calcogenuro (In2S3, (In,Ga)2S3) mediante evaporación-directa de flujo modulado.
- Preparación de óxidos conductores transparentes (Al:ZnO, Sn:In2O3 y Sb:SnO2), óxidos metálicos-fotofuncionales (TiO2, NTiO2) y metales (Mo, Al, Ni, etc.) mediante pulverización catódica y evaporación.
- Caracterización optoelectrónica (medidas I-V y fotocorriente espectral) adaptada a dispositivos de-lámina delgada con absorbente calcopirita y orgánicos.
b) Servicios técnicos actualmente ofertados
- Evaporación térmica para la preparación de metales en lámina delgada
- Pulverización catódica para la obtención de óxidos metálicos en lámina delgada
- Determinación de espesores y rugosidad superficial mediante perfilometría
- Determinación de propiedades ópticas mediante espectrofotometría espectral
- Determinación de propiedades eléctricas mediante medidas I-V y de fotocorriente espectral
c) Uso de las instalaciones por empresas y otros grupos, del mismo o diferente organismo
Las instalaciones del Laboratorio son utilizadas principalmente por el Grupo de Materiales Policristalinos Fotovoltaicos del CIEMAT, a través del cual se han realizado trabajos de preparación de muestras y medidas de caracterización para diferentes grupos y empresas en el marco de proyectos de investigación y/o subcontratación. En los últimos años, dentro del proyecto ATON (2009-2012) se han realizado colaboraciones con el Grupo Unisolar, Tekniker e IREC.
d) Cooperación y colaboración con otros organismos, redes de laboratorio y otro tipo de agentes
Se destaca la participación del Laboratorio dentro del "Round Robin Test" organizado en el marco del "European Research Infrastructure Project" (SOPHIA) y "European Energy Research Alliance" (EERA). Los resultados obtenidos de esta participación se han publicado en Renewable Energy 63, 376-387 (2014).
e) Descripción de la misión y actividades del laboratorio en el programa de investigación
El Laboratorio será el encargado de llevar a cabo las actividades relacionadas con la caracterización óptica y eléctrica de las ventanas, antes y después de las pruebas de durabilidad climática. Estas actividades se detallan a continuación:
- Caracterización óptica de las ventanas inteligentes: Con el fin de cuantificar y comparar las características de las diferentes ventanas seleccionadas se realizará la medición y el cálculo de los factores de acristalamiento más importantes , incluyendo la transmitancia solar ultravioleta (en el rango de longitudes de onda l= 300-380 nm), transmitancia solar visible (l= 380-780 nm), transmitancia solar global (l= 300-2500 nm), reflectancia solar visible externa, reflectancia solar visible externa, absorbancia solar global, emisividad, factor solar y factor de rendimiento de color.
- Caracterización eléctrica de las ventanas inteligentes: En cuanto a la caracterización eléctrica, se determinarán el consumo de energía, la memoria y el tiempo de conmutación de los dispositivos seleccionados. El consumo de energía para un ciclo completo, incluyendo los estados de coloración y decoloración de la ventana, representa un valor importante con respecto al ahorro energético global y el rendimiento de los dispositivos. Por otra parte el factor de memoria, es decir la capacidad de mantener los estados blanqueado y coloreado sin ninguna tensión aplicada, es también importante. No obstante, cuanto menor sea el consumo de energía necesario para el paso de blanqueo y de coloración, menor será la importancia del factor de memoria. Respecto al tiempo de conmutación, en principio cuanto más corto sea mejor, sobre todo para aplicaciones de visualización que requieren en general tiempos del orden de pocos segundos. Sin embargo, para aplicaciones de ventanas tiempos de conmutación de algunos minutos pueden ser aceptables.
- Pruebas de durabilidad climática: Las pruebas de durabilidad climática incluyen diversos factores de exposición al que pueden ser sometidas las ventanas durante su vida, incluyendo el período de producción, el transporte, la instalación y el funcionamiento hasta que se produzca la demolición planificada. Entre los factores de exposición al clima se estudiarán el efecto de la irradiación solar (es decir ultravioleta, visible e infrarrojo cercano), ciclos de calor-humedad (la temperatura y humedad elevadas aumenta la velocidad de las reacciones de degradación química) y cambios de temperatura (ciclos de temperatura alta-baja que aumentan las tensiones térmicas). Los efectos de los diversos factores de exposición se evaluarán comparando las características ópticas y eléctricas obtenidas antes y después de cada prueba.
- Pruebas de durabilidad de ciclado: Con las pruebas de durabilidad de ciclado se determinará la capacidad que presentan las ventanas a ser sometidas a sucesivos ciclos entre los estados de blanqueo coloración, manteniendo sus características ópticas y eléctricas sin degradación significativa. Se determinará la durabilidad de ciclado para los distintos dispositivos antes y después de ser sometidos a las diversas pruebas climáticas.
Laboratorio de Energía Solar Fotovoltaica (136 REDLAB)
a) Capacidades técnicas disponibles y resultados más relevantes en los últimos 5 años en relación con el programa.
El grupo de Componentes y Sistemas Fotovoltaicos del CIEMAT, es un grupo de referencia que tiene como principal objetivo contribuir a mejorar la fiabilidad y el rendimiento y a reducir los costes de los componentes y sistemas fotovoltaicos (FV). Entre sus actividades se incluyen la caracterización y modelado de módulos FV en laboratorio y en condiciones reales de operación, el estudio y modelado del comportamiento óptico y térmico de los módulos FV, y la calibración de sensores de irradiancia.
b) Servicios técnicos actualmente ofertados
El grupo de Componentes y Sistemas Fotovoltaicos del CIEMAT, es un grupo de referencia que tiene como principal objetivo contribuir a mejorar la fiabilidad y el rendimiento y a reducir los costes de los componentes y sistemas fotovoltaicos (FV). Entre sus actividades se incluyen la caracterización y modelado de módulos FV en laboratorio y en condiciones reales de operación, el estudio y modelado del comportamiento óptico y térmico de los módulos FV, y la calibración de sensores de irradiancia.
c) Uso de las instalaciones por empresas y otros grupos, del mismo o diferente organismo
También se han realizado en esta Unidad decenas de prácticas de fin de máster, prácticas de cursos de formación, proyectos fin de carrera, tesis doctorales nacionales e internacionales, cooperación con terceros países etc.
Este es un laboratorio de ensayos y medidas de la Red de Laboratorios de la CM y ha disfrutado de las aportaciones económicas del IV Programa PRICIT de la CM en el periodo 2004-2008 en el Plan de Mejoras de Infraestructuras de I+D lo que ha permitido emitir más de 800 informes de servicios técnicos (medidas de más de 15.000 módulos FV y calibración de más de 2.200 sensores de irradiancia solar) a empresas e instituciones del sector fotovoltaico tanto nacionales como internacionales.
d) Cooperación y colaboración con otros organismos, redes de laboratorio y otro tipo de agentes
La Unidad de fotovoltaica ha participado en numerosas redes de ensayos dentro de proyectos europeos y nacionales, siendo un grupo de referencia en ensayos de módulos y componentes fotovoltaicos de prestigio nacional e internacional.
e) Descripción de la misión y actividades del laboratorio en el programa de investigación
Por un lado en este laboratorio se realizarán los ensayos eléctricos y parte de los ensayos ópticos y térmicos de los módulos fotovoltaicos para integración en ventanas y fachadas:
- Obtención de las curvas I-V en condiciones de laboratorio y se corregirán a condiciones estándar de medida. Estas primeras medidas son la referencia inicial de los módulos antes de realizar el resto de ensayos.
- Medida de la reflectancia espectral de los módulos a incidencia normal.
- Medida de la reflectancia y transmitancia espectrales en función del ángulo de incidencia.
- Monitorización de la temperatura del módulo en distintos puntos, en exterior e interior, junto con variables como la irradiancia, la temperatura ambiente, la temperatura del viento y la velocidad del viento.
- Medida de las pérdidas angulares por reflexión de los módulos fotovoltaicos.
Por otro se dimensionarán y ensayarán las baterías fotovoltaicas para alimentar las ventanas electrocrómicas.
Además, en el laboratorio se calibrarán bajo piranómetros patrón, los distintos sensores de radiación.
Instalaciones Experimentales UiE3-CIEMAT (371 REDLAB)
a) Capacidades técnicas disponibles y resultados más relevantes en los últimos 5 años en relación con el programa.
Estas instalaciones experimentales dan soporte a las actividades de investigación que lleva a cabo la Unidad de Eficiencia Energética en la Edificación (UiE3) del CIEMAT. Estas actividades que desarrolla tienen una fuerte componente experimental tanto de monitorización energética de edificios como de caracterización energética de cerramientos constructivos. Para desarrollar estas actividades dispone de las instalaciones del Laboratorio de Ensayos Energéticos para Componentes de la Edificación (LECE) en la Plataforma Solar de Almería y los Contenedores Demostradores de Investigación (C-DdIs) construidos en el PSE-ARFRISOL.
- Ibán Naveros Mesa. “Análisis y evaluación energética de sistemas constructivos ventilados a partir de datos experimentales medidos en condiciones reales de uso y utilizando métodos de análisis de series temporales”. Tesis doctoral realizada en el CIEMAT, presentada en el departamento de Física Aplicada de la Universidad de Granada, en febrero de 2014.
- Jesús Arce Landa. “Estudio de la Transferencia de Calor con Flujo Turbulento en una Chimenea Solar”. Tesis doctoral realizada en el CENIDET con estancia en el LECE del CIEMAT-España, y presentada en el Centro de Investigación en Energía de la Universidad Nacional Autónoma de México, en diciembre de 2008.
- Jaime Martí Herrero. “Caracterización de una chimenea solar a través de parámetros físicos como sistema de ventilación natural”. Tesis doctoral realizada en el CIEMAT, presentada en el departamento de Física de los Materiales de la Universidad Nacional de Educación a Distancia en noviembre de 2006.
- María José Jiménez Taboada. “Caracterización de cerramientos constructivos mediante células de ensayo de Intemperie. Aplicación del cálculo de incertidumbres a la optimización de los ensayos”. Tesis doctoral realizada en el CIEMAT, presentada en el departamento de Física Aplicada de la Universidad de Almería en julio de 2005.
Las siguientes fotografías muestran medidores de variables de clima.
En las siguientes imágenes podemos ver dispositivos para medir la temperatura del aire y el sistema de adquisición de datos.
En las siguientes fotografías se muestra un medidor de flujo térmico y un anemómetro sónico:
En la imagen puede verse un elemento protector de la medida de la temperatura.
Laboratorio de Comunicaciones Móviles de Banda Ancha (161 REDLAB)
a) Capacidades técnicas disponibles y resultados más relevantes en los últimos 5 años en relación con el programa.
Las tecnologías inalámbricas ofrecen un acceso limpio, sencillo y barato a servicios y redes de Telecomunicación. En los últimos años, en paralelo al despliegue de la Telefonía móvil de tercera generación, UMTS, se han estandarizado y desarrollado un gran número de nuevas tecnologías. Las redes inalámbricas personales (Bluetooth, ZigBee), locales (Wi-Fi), metropolitanas (Wi-Max) y de difusión (LMDS, DVB-T) son algunas de las tecnologías inalámbricas desarrolladas en otras bandas que se postulan (algunas de ellas ya son una realidad) como una alternativa/complemento a los sistemas actuales. Con esta motivación, el CECI ha sido concebido como una plataforma para el análisis de los sistemas actuales y la generación de nuevos servicios y tecnologías en comunicaciones inalámbricas.
El laboratorio CECI ha participado en los últimos cinco años activamente en los siguientes proyectos de investigación y del tipo artículo 83 de colaboración con la empresa:
Proyecto CalificaES. Calificación Energética De Edificios Mediante Sensores Inalámbricos. Ref. TSI-020302-2009-83. Financiado por Ministerio de Industria, Turismo y Comercio. Convocatoria: Programa Nacional de I+D+i, AVANZA I +D, Proyecto Tractor. Carácter: competitivo. Participantes: ABBACUS SOLUCIONES E INNOVACIÓN (coord), Universidad Rey Juan Carlos, IMTECH SPAIN, PRYSMA CALIDAD Y MEDIO AMBIENTE, ALDESA HOME. 2009-2010 (24 meses).
Proyecto DistProcWiSeNet. Procesado Distribuido en Redes de Sensores Inalámbricas: Aplicaciones a Monitorización Remota de Pacientes y a Eficiencia Energética. Ref. TEC2009-12098. Financiado por Ministerio de Ciencia e Innovación. Convocatoria: Programa Nacional de I+D + I (2008-2011), Subprograma Nacional de Investigación Fundamental no orientada. Participantes: Universidad Rey Juan Carlos. 2010-2012. (36 meses).
Proyecto GUIADE. Guiado Automático De Vehículos De Transporte Público Mediante Percepción Multimodal Para Mejorar La Eficiencia (GUIADE). Ref. 2008/00231/001. Financiado por Ministerio de Fomento. Subprograma de Transporte e Infraestructuras. Participantes: Sociedad ibérica de construcciones eléctricas SICE (empresa coordinadora), ETRA Investigación y Desarrollo, Universidad de Alcalá, Instituto de Automática Industrial (IAI-CSIC), Albentia Systems S.A, Selesta Networks, Universidad Rey Juan Carlos. Septiembre 2008 - Agosto 2011.
Proyecto PIRAmIDE. Personalizable interactions with resources on amienabled mobile dynamic enviroments. Ref. TSI-020301-2008-2. Financiado por Ministerio de Ministerio de Industria, Turismo y Comercio. Proyecto singular de carácter estratégico. Participantes: Treelogic (empresa coordinadora), Universidad Rey Juan Carlos, ONCE-CIDAT, Telefónica I+D S.A, Siemens S.A., Abama Technologies S.L, AECOC (Asoc. Esp. De codif comercial), AIICPA (Asoc. Inv. Ind. Carnicas Ppado Asturias), Inixa del Principado S.L., Agoteck Desarrollo Tecnológico S.L., Atos Origin S.A., Nomasystem S.L., Servinform S.A, Universidad de la Coruña, Universidad de Deusto, Univ. Politec. Madrid, Univ. Politec. de Cartagena. Septiembre 2008 - Diciembre 2010.
Proyecto: Procesado multimedia distribuido. Financiado por la Comunidad de Madrid, convocatoria: PRICyT CAM. Participantes: Universidad Autónoma de Madrid, Universidad Carlos III de Madrid, Universidad Rey Juan Carlos. Enero 2006 - Diciembre 2009.
Proyecto Cátedra en servicios y sistemas críticos de comunicación e información. Financiado por THALES ESPAÑA, Contrato ART 83. Participantes: Universidad Rey Juan Carlos. Octubre 2008 - Octubre 2010.
De igual forma el trabajo de I+D+i desarrollado por el laboratorio CECI ha permitido la publicación de numerosos artículos en revistas internacionales de alto índice de impacto así como diversas contribuciones a congresos internacionales.
b) Servicios técnicos actualmente ofertados
El CECI sigue ofertando su utilización de igual forma que desde el año de su creación.
Actualmente el laboratorio CECI se encuentra presente y activo en las siguientes líneas de investigación:
Comunicaciones Móviles
Descripción sobre la línea de investigación de comunicaciones móviles
Área de Conocimiento: Teoría de la Señal y Comunicaciones
Categoría: Comunicaciones
Emisión de Efecto Campo para aplicaciones en Comunicaciones
Área de Conocimiento: Teoría de la Señal y Comunicaciones
Categoría: Comunicaciones
Separación Ciega de Fuentes
Área de Conocimiento: Teoría de la Señal y Comunicaciones
Categoría: Procesado de Señal
Teoría del Encaminamiento
Área de Conocimiento: Teoría de la Señal y Comunicaciones
Categoría: Procesado de Señal
Redes de Sensores Inalámbricas
Área de Conocimiento: Teoría de la Señal y Comunicaciones
Categoría: Procesado de Señal
c) Uso de las instalaciones por empresas y otros grupos, del mismo o diferente organismo
El uso de las instalaciones del CECI ha sido fundamental para el desarrollo de los proyectos mencionados en el apartado 2.3.3. a). En esta labor de I+D+i el laboratorio ha contado con el trabajo conjunto de los diferentes grupos de investigación tanto de la universidad como de las empresas asociadas a los consorcios.
d) Cooperación y colaboración con otros organismos, redes de laboratorio y otro tipo de agentes
La propia derivada de la participación en los diferentes proyectos de investigación (mencionados en el apartado 2.3.3. a) En el marco del desarrollo de diversos proyectos de Fin de Máster del Máster En Redes de Telecomunicaciones en Países en Desarrollo (COMPAD), de la ETS de Ingeniería de Telecomunicación de la URJC se ha establecido colaboración con el laboratorio de Componentes y Sistemas Fotovoltaicos (Lab. 136 de la RedLab) ubicado en el CIEMAT.
En los últimos cinco años se han desarrollado en colaboración con ambos laboratorios un total de 6 Proyectos Fin de Máster tal y como se detallan a continuación:
- Gustavo Silva. Optimización de sistemas de electrificación autónomos para aplicaciones de telecomunicaciones rurales. Master COMPAD, Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Telecomunicación UNIVERSIDAD REY JUAN CARLOS. Director: Julio Ramiro Bargueño. Julio 2010.
- Freddy Acosta Buenaño. Diseño óptimo de un sistema de electrificación autónomo hibrido eólicofotovoltaico para redes de telecomunicación en zonas rurales. Máster COMPAD, Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Telecomunicación UNIVERSIDAD REY JUAN CARLOS. Director: Julio Ramiro Bargueño. Julio de 2012.
- Jorge Damian Alvarez Veintimilla. Optimización energética para el sistema de supervisión y alerta temprana frente a una eventual erupción del volcán Cotopaxi usando energía fotovoltaica. Máster COMPAD, Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Telecomunicación UNIVERSIDAD REY JUAN CARLOS. Director: Julio Ramiro Bargueño. 2014.
- Jaime Camilo Rodriguez Gallego. Caracterización óptica de semiconductores con aplicaciones fotovoltaicas. Máster COMPAD, Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Telecomunicación UNIVERSIDAD REY JUAN CARLOS. Director: Julio Ramiro Bargueño. Julio de 2012.
- Darian Rodriguez. Puesta en funcionamiento de una Red Wifi en Kankintú, para la mejora de las comunicaciones en la comarca indígena NgöbeBuglé (Bocas del Toro, Panamá). Máster COMPAD, Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Telecomunicación UNIVERSIDAD REY JUAN CARLOS. Director: Julio Ramiro Bargueño. Septiembre 2012.
- Javier Cubero Alcorcón. Adaptación y aplicación de la técnica de tomografía "lockin" al test de células y módulos fotovoltaicos utilizados en redes de Telecomunicaciones. Máster COMPAD, Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Telecomunicación UNIVERSIDAD REY JUAN CARLOS, Director: Julio Ramiro Bargueño. Julio 2013 .
e) Descripción de la misión y actividades del laboratorio en el programa de investigación
Dentro de las tareas propias de los siguientes objetivos anteriormente descritos:
OBJETIVO 3: Desarrollo de una red de sensores inalámbricos autoorganizada de gran escala para la calificación energética de edificios
Tareas:
- Tarea 3.1 Desarrollo y planteamiento de algoritmos de auto organización para WSN de gran escala.
- Tarea 3.2 Desarrollo e implementación en hardware dedicado (nodos sensores inalámbricos) de sistema de procesado de señal a bordo orientados a la reconstrucción de parámetros ambientales (temperatura, humedad, iluminación, presencia...) en edificios.
El Laboratorio CECI [161] se encargará de realizar las Pruebas de calidad de enlace y cobertura de la red inalámbrica.