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Presenta las propiedades y características, ventajas y desventajas de los paneles solares de perovskita además de un análisis de la eficiencia y de las limitaciones que presentan.
Tipo: Resúmenes
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PROPUESTA DE PROYECTO PARA TRABAJO DE GRADO MODALIDAD: MONOGRAFIA. Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia Aprobado Comité Curricular Acta No. … de 2015 Página 1 de 8 Escuela de Ingeniería Electromecánica
**1. FECHA DE PRESENTACIÓN: 28 - 05 - 2025
PROPUESTA DE PROYECTO PARA TRABAJO DE GRADO MODALIDAD: MONOGRAFIA. Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia Aprobado Comité Curricular Acta No. … de 2015 Página 2 de 8 Escuela de Ingeniería Electromecánica este tipo de tecnologías^3 se siguen llevando a cabo investigaciones y proyectos como lo de Oxford photovoltaic, que trabajan para solucionar este tipo de problemas El perovskita es un material que posee una estructura cristalina distintiva esta se ha convertido en un gran avance en la energía fotovoltaica debido a que se a que gracias a su configuración y composición absorbe de manera más eficaz la luz solar, lo que ha conllevado a una competencia con las celdas solares de silicio además de su fabricación, es menos costosa, lo que permite su implementación y desarrollo casi en cualquier parte Los paneles solares de perovskita, aunque son más eficientes y menos costosos de producir, tienen un gran problema debido a su vida útil reducida y poca resistencia en condiciones ambientales como la humedad y el polvo aún existen estudios que están investigando la manera de aumentar la vida útil y a que se pueda resistir las condiciones adversas del medio ambiente Aunque en laboratorio está demostrado eficiencias de hasta un 24%, en la transformación de los rayos solares en condiciones naturales esta oficina se ve reducida drásticamente, cosa que no sucede con su competencia directa, los paneles de silicio La implementación de paneles solares de perovskita en la industria y hogares colombianos pueden llegar a ser una opción viable para la transición energética, debido a que pueden implementar granjas solares sin la necesidad de ocupar una gran extensión de terreno, ya que más eficiencia significa menor número de paneles, menos costos, pero mayor cantidad de energía Debido a esto, es necesario investigar sobre la eficiencia de la transformación de la luz solar en los paneles solares de perovskita, ya que traería grandes beneficios para la comunidad científica y en general, lo que además traería consigo más mejoras en esta tecnología como Oxford photovoltaic, la cual es una empresa británica que tiene una fábrica dedicada a la producción de celdas tipo tándem en Alemania, que se ha dedicado al estudio de nuevas tecnologías fotovoltaicas, cambiando diferentes tipos de células solares y placas termo solares, lo cual aumenta mucho más la eficiencia dentro de sus estudios se han encontrado con problemas para la implementación de células solares de perovskita, debido a que no se logran resultados satisfactorios en las pruebas en condiciones reales de estas celdas solares, lo que ha generado que se atrase la implementación y el desarrollo de esta tecnología otro problema con el cual se han encontrado ha sido el hecho de que la estabilidad y la durabilidad a largo plazo en condiciones adversas, ya que sigue representando un reto para los investigadores encontrar la manera de evitar ese tipo de problemas El bajo costo de estas tecnologías permitiría que se implementara en países subdesarrollados como Colombia que demuestra un interés en la transición energética para convertirse en un país sustentable, la implementación de este tipo de energías en el país podría traer beneficios para las ciudades ya que se podrían crear granjas solares para sustentar la mayor parte de estas, además que tecnólogas como estas serían beneficiosas para sitios como escuelas, hospitales y refugios, además de que se podrían utilizar para las comunidades más remotas que no cuentan con energía eléctrica debido a su ubicación
PROPUESTA DE PROYECTO PARA TRABAJO DE GRADO MODALIDAD: MONOGRAFIA. Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia Aprobado Comité Curricular Acta No. … de 2015 Página 4 de 8 Escuela de Ingeniería Electromecánica de laboratorio donde se busca mejorar la combinación de elementos para la mejora de la estabilidad y durabilidad y para evitar pérdidas de eficiencia. la mejora de la eficiencia y la reducción de costos permitirá el acceso de más personas a las energías limpias mejorando la calidad de vida. Además, que los gobiernos, podrán implementar políticas que financiarán proyectos de granjas solares, reduciendo la contaminación y permitiendo que muchos hogares tengan energía eléctrica de manera sustentable, ayudarían con la reducción del efecto invernadero, la contaminación y permitirían llevar energía a comunidades remotas colaborando con los objetivos de desarrollo sostenible de las naciones unidas.
5. OBJETIVOS 5.1. OBJETIVO GENERAL Investigar la eficiencia de las celdas solares de perovskita mediante el análisis de la estructura, composición y propiedades del material 5.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS - Caracterizar las propiedades y la composición del material de perovskita con la que se pueda obtener una mejora en la eficiencia - Encontrar la configuración que logre la máxima eficiencia en la transformación de energía solar para las celdas solares de perovskita - Identificar las principales defectos o limitaciones que tienen las celdas fotovoltaicas a base de perovskita 6. MARCO REFERENCIAL 6.1. ESTADO DEL ARTE Los paneles solares de perovskita son una de las alternativas más prometedoras dentro de las energías renovable debido a su alta eficiencia de conversión energética y a su bajo costo de fabricación, esta tecnología a demostrado en los últimos años un gran potencial alcanzando récords históricos de eficiencias de hasta un 2 5 % de las celdas fotovoltaicas y 30% con la implementación de celdas tándem y cada día mostrando mejores resultados Los avances y desarrollo de esta tecnología se han concentrado en la mejora de la eficiencia que mediante la implementación de componentes como el yoduro de
PROPUESTA DE PROYECTO PARA TRABAJO DE GRADO MODALIDAD: MONOGRAFIA. Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia Aprobado Comité Curricular Acta No. … de 2015 Página 5 de 8 Escuela de Ingeniería Electromecánica plomo (Pbl3), o el uso de óxidos metálicos como el TiO y SnO, que mejoran el transporte de electrones y la estabilidad del material, han logrado alcanzado eficiencias de hasta 25.7%^6 en condiciones de operación normal La implementación de esta tecnología se ha visto retrasada por temas de estabilidad ya que el perovskita se degrada muy rápido en condiciones naturales, aun se siguen investigando maneras para alargar la vida útil de la celda aún no se han demostrado maneras eficaces de evitar la degradación, otro de los problemas que se enfrenta es la toxicidad del material debido a que en ciertas configuraciones ha demostrado ser nociva para la salud debido a el uso de metales pesados Se espera a futuro el desarrollo de paneles solares de perovskita que además de la alta eficiencia de conversión energética puedan tener una alta estabilidad permitiendo implementar la tecnología en condiciones naturales adversas sin que se vea reducida su vida útil y su porcentaje de eficiencia Además, gracias a su bajo costo las celdas solares de perovskita se presentan como una opción viable para los países subdesarrollados como Colombia que busca la transición energética, opciones como estas podrían ser implementadas en regiones remotas para el abastecimiento de energía solar y en ciudades para la mejora de la calidad del servicio 6.2. MARCO DE ANTESEDENTES El uso de materiales como el perovskita en celdas solares inicio con investigaciones en Japon con Akihiro Kojima, Kenjiro Teshima, Yasuno Shirai y Tsutomu Miyasaka en 2009 los cuales realizaron el primer estudio del uso de la perovskita para celdas fotovoltaicas, en este estudio utilizaron una combinación de perovskita basada en haluros de plomo en una configuración de células sensibilizadas por colorantes logrando una eficiencia de 38%^7 , demostrado el uso de este material para la generación energía y abriendo un nuevo campo de estudio en las energías renovables Luego en 2012, el grupo de Henry Snaith de la universidad de Oxford mediante el uso de la perovskita en estado sólido logro una eficiencia del 10% lo que significó un gran avance en el desarrollo debido a que en este estado la estabilidad del material era mayor, años después en el 2015, investigadores de la universidad de California en los Ángeles mediante la optimización en las capas de transporte de electrones con oxido de titanio(TiO2) lograron una eficiencia del 193% demostrando el alto potencial de este material en las celdas fotovoltaicas Las investigaciones en los últimos años se han centrado en la mejora de la estabilidad con el fin de evitar la rápida degradación del material bajo condiciones como humedad y polvo, investigadores como Grancini en 2017 que demostró que al utilizar múltiples capas se puede extender la vida útil, o la investigación de NREL en 2021 que propone el encapsulamiento del material en oxido de aluminio para proteger el perovskita de la humedad
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PROPUESTA DE PROYECTO PARA TRABAJO DE GRADO MODALIDAD: MONOGRAFIA. Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia Aprobado Comité Curricular Acta No. … de 2015 Página 8 de 8 Escuela de Ingeniería Electromecánica Ilustración 1 - solarKobo^11
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PROPUESTA DE PROYECTO PARA TRABAJO DE GRADO MODALIDAD: MONOGRAFIA. Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia Aprobado Comité Curricular Acta No. … de 2015 Página 11 de 8 Escuela de Ingeniería Electromecánica científica debido a que es una tecnología prometedora en la transición energética hacia energías limpias. El proyecto se ve comprometido a entregar un análisis de la información de la literatura científica publicada recientemente, enfocándose en el desarrollo de la eficiencia y la mejora de su estabilidad para reducir la degradación, como también se compromete a identificar los defectos y limitaciones como lo son la falta de estabilidad, la toxicidad debido al uso de metales pesado, para tener certeza de los campos críticos de estudio. La sostenibilidad del proyecto es garantizada debido a que se cuenta con el apoyo de la Universidad Pedagógica Y Tecnológica de Colombia, ya que es la encargada de suministrar las suscripciones y el manejo de las bases de datos de donde se extraerá la información para la investigación, además junto con el apoyo de grupos de investigación como lo son el grupo GRIDSE, que investiga proyectos de energía renovables alternativas, además se podría conseguir apoyo de entidades o empresas dedicadas a la investigación de la perovskita como Oxford. El desarrollo de la investigación permitirá generar un artículo que incluirá un análisis de la eficiencia, una identificación de los defectos y un análisis comparativo frente a tecnologías como las de silicio, investigación de la cual no se tiene información en el repositorio de tesis de grado de la universidad lo cual ampliara el campo de conocimiento en esta área.
8. LIMITACIONES El proyecto no realiza ningún tipo proceso de experimentación o de análisis de materiales o de datos medidos, solo busca realizar un análisis de información teórica, no se realizará ningún tipo de experimento o pruebas de eficiencia debido a que este tipo de tecnología no está disponible en el mercado y que no se cuenta con laboratorios especializados para la síntesis o desarrollo de celdas a base de perovskita. No se realizarán prototipos o diseños para el estudio, además no se podrán realizar medidas o comprar datos de corrientes o tensiones de las celdas. No se tendrá en cuenta para el proyecto el análisis económico de los estudios o si la implementación de esta tecnología sea viable en el mercado o si pueda ser rentable para que se implemente en comunidades o empresas. Otro problema a que se enfrenta será el tiempo debido a que tecnologías en desarrollo constantemente están sujetas a cambios por lo que a medida del desarrollo podría actualizarse la información Ciertas bases de datos como Web of Science limita el acceso a documentos y artículos limitando uso a búsqueda de autores por lo que es necesario tener una licencia de uso o en su defecto pagar la suscripción a el sitio web para poder tener acceso a la informacion de interés. Colombia al ser un país en desarrollo no cuenta con la capacidad de estudiar tecnologías de este tipo para el desarrollo y mejora de esta aun cuando laboratorios
PROPUESTA DE PROYECTO PARA TRABAJO DE GRADO MODALIDAD: MONOGRAFIA. Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia Aprobado Comité Curricular Acta No. … de 2015 Página 13 de 8 Escuela de Ingeniería Electromecánica detallada las características del materia y sus composiciones que han permitido alcanzar la mayor eficiencia posible, se presentara demás la configuración en tándem de las celdas, junto con esto también se incluye dentro del informe los defectos y limitaciones de los paneles hechos a base de este material. Herramientas para el diseño metodológico
PROPUESTA DE PROYECTO PARA TRABAJO DE GRADO MODALIDAD: MONOGRAFIA. Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia Aprobado Comité Curricular Acta No. … de 2015 Página 14 de 8 Escuela de Ingeniería Electromecánica I. Revisión de las configuraciones Actividades
PROPUESTA DE PROYECTO PARA TRABAJO DE GRADO MODALIDAD: MONOGRAFIA. Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia Aprobado Comité Curricular Acta No. … de 2015 Página 16 de 8 Escuela de Ingeniería Electromecánica 9.4. PRESUPUESTO Tabla 1 - Presupuesto general para el desarrollo del proyecto DESCRIPCION VALOR (cop) FUENTE DE FINANCIACION Recursos Humanos 6 meses de Investigación por Ronal Andrey Mora Aponte $9.000.000 Universidad pedagógica y Tecnológica de Colombia Bases de Datos Scopus (Suscripción Institucional anual) Science Direct (Suscripción Institucional anual) DOAJ Web of Science (Suscripción Institucional anual) IEEE xplore (Membresia para estudiantes)
Universidad pedagógica y Tecnológica de Colombia Inteligencias artificiales Perplexity pro (12 meses) Humata IA (12 meses) DeekpSeek (6 meses)
Propia Tesis Universitarias Tesis universitarias encontradas en la base de datos de la Universidad pedagógica y Tecnológica de Colombia (repositorio de la UPTC) $0 Universidad pedagógica y Tecnológica de Colombia Herramientas de analisis Bibliometrico VosViewer.exe $0 Software libre Software Ofimatico Word (12 meses) Excel (12 meses) $68.900 Propia TOTAL $55.367.
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10. CRONOGRAMA Tabla 2 - Cronograma general para el Desarrollo del proyecto ETAPAS ACTIVIDAD 2025 MES 1 MES 2 MES 3 MES 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 I. Revisión sistemática de documentos y artículos científicos Búsqueda en bases de datos Science Direct, Scopus y Web of Science Selección de Artículos y documentos II. Análisis Bibliométrico Uso de VosViewer para generación de mapas bibliométricos Identificación de temas de interés en las publicaciones III. Análisis y comparación de la informacion Análisis de eficiencia y estabilidad Identificación de defectos y limitaciones Comparación con tecnología de silicio IV. Síntesis y redacción Elaboración de informe técnico 11. RESULTADOS ESPERADOS - Se espera identificar las configuraciones de perovskita que alcancen un 25% o más de eficiencia en la conversión energética, basado en estudios recientes donde se han conseguido eficiencias de 2 5. 5 % para paneles con un área de 0.0 9 𝑐𝑚^2 14 , por otro lado, hay configuraciones como el tándem que so combinaciones con múltiples capas de diferentes materiales y tecnologías como celdas con capas de silicio y de perovskita, con la que se han conseguido eficiencias de hasta 3 3. 99 %^15 , este se debe a que el silicio capta las ondas de baja energía (ondas de radio) y la perovskita capta las de alta energía (rayos gamma) de la onda electromagnética que emite el
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**VISTO BUENO DEL DIRECTOR: __________________________________________
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