Nuevas Tecnologias & Tecnologia Solar

LA UNIVERSIDAD DEL ZULIA Facultad Experimental Ciencias Laboratorio de Materia Condensada Departamento de Física

Nuevas tecnologías y La Tecnología Solar

José R. Fermin luz.academia.edu/JoseFermin lmcluzve.byethost3.com

Diciembre 2015

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2

70 s

2015

Tecnología del Si Convencionales

Tecnología GaAs 80 s

90 s

Avanzadas 95 s

1948

Circuito integrado (1958)

Nanotecnología Biotecnología TIC

00 s Chip 1971 INTEL

1 M transitors/chip IBM (1985)

Nuevas Tec s

MRAM(1994)

Válvulas de vacío Heterodino (IBM 701, 1945)

Válvula de spin(1994) 1973 Motorola

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La Tecnología del Silicio fuentes de Si

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Obtención del Silicio

1 Kg de Arena 250-300 gr de Si

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Purificación del Silicio

Se obtiene un material de pureza 99.99%, que se denomina Si grado Solar (SiGS), con un precio de $20-25/Kg. Se utiliza en aplicaciones fotovoltáicas y celdas solares

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Purificación del Silicio

Se obtiene un material de pureza 99.9999%, que se denomina Si grado Electrónico (SiGS), con un precio de $60-70/Kg. Se utiliza en aplicaciones de dispositivos microelectrónicos híbridos (Chips, transitores, RAMs, etc.) 9

Procesamiento del Silicio Solar Corte con sierra de diamante pulimiento

Obleas SiGS/SGE

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SiGM

SiGS SiGM

SiGS

SiGE 11

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Nuevas Tecnologías: Desarrollos & Innovaciones que resultan de la convergencia de Ciencias & Tecnologías Modernas Avanzadas

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Las zonas de convergencia de las Nuevas Tecnologías

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Nuevas Tecnologías en el mundo

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Nuevas Tecnologías en el mundo

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Nuevas Tecnologías: paradigma entre la investigación básica y aplicada

Investigación básica (generar conocimiento, leyes y principios)

Investigación aplicada (aplicar las leyes y principios)

Desarrollo de tecnologías (prototipos, patentes)

Producto final

IMPACTO

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El ciclo de I & D & I Materia prima

 1-3 años

Producto final conocimiento básico

IMPACTO

 3-5 años

tecnología adoptable

 5-10 años

estructuras funcionales

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Los retos de las Nuevas Tecnologías

1. Energía Limpia o Clean Energy. Es el mayor desafío. Sectores energéticos: energía solar, eólica, biocombustibles, bionergía, captura y almacenamiento de carbono, energía de la fusión nuclear, y el almacenaje de baterías (incluyendo las baterías de plutonio y estroncio). Las nuevas energías mejorarán las condiciones de vida de los países en desarrollo. 2. Computación en la Nube (Cloud Conmputing). Empresas como Coursera, Udemy, Udacity, Code Academy, Skillshare y organizaciones sin ánimo de lucro como Khan Academy y EDx están permitiendo a cualquier persona del mundo con una conexión a la nube, recibir y compartir información de gran calidad de Harvard , Stanford, MIT. La accesibilidad a Internet con banda ancha alcanzará lugares que ahora no pueden disponer de ella. 3. Quantum Computing. En 2013, Google compró una DWAVE II Quantum Computer y en colaboración con la NASA, crearon el Quantum Artificial Research Center (QUAIL). A diferencia de los ordenadores binarios, en el que los bits deben estar en el estado 1, o el estado 0, los ordenadores con tecnología Quantum utilizan la superposición para permitir todos los estadios entre el 0 y 1, lo que permite un procesamiento mucho más rápido. Los estudios sobre las partículas cuánticas multiplicarán enormemente la velocidad de los ordenadores, lo que acelerará también las posibilidades en I+D+I. 20

4. Bio-storage. Un trabajo reciente de Harvard ha permitido el almacenaje de datos dentro del ADN, almacenaje de 700 terabytes de datos en un solo gramo de ADN. En 2012, IBM anunció que podía almacenar un bit de datos en tan sólo 12 átomos.

5. Dispositivos electrónicos y materiales sintéticos dentro del cuerpo humano. Ya existen marcapasos, implantes cocleares (para poder oir), los ojos biónicos y órganos sintéticos de mayor duración. Esta tendencia se acelerará en los próximos años, permitiendo rápidos avances en la salud humana. Pero surgirán numerosos debates sobre cuestiones éticas fundamentales y los derechos humanos.

6. Inteligencia Artificial. En 2011 fue el primer concurso hombre contra máquina de Jeopardy, y la supercomputadora de IBM Watson derrotó a los campeones Ken Jennings y Rutter Brad. Esta era una prueba para la inteligencia artificial mucho más complicada que la que afrontó Deep Blue cuando venció al mejor jugador de ajedrez del mundo, Gary Kasparov. Ahora , IBM está utilizando la tecnología de Watson para ayudar a los médicos a diagnosticar a pacientes o a las marcas para conectar con sus clientes. 7. Biología Sintética. Antes la Biología era únicamente del dominio de la naturaleza. Ahora que los humanos hemos aprendido a editar el código de la vida, han surgido aplicaciones como los smart fuels, algas sintéticas, comida sintética que puede alimentar a miles de millones de personas, células madre alteradas que pueden prolongar la vida…

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7. Robótica. Es la tecnología que trata de crear máquinas automatizadas que pueden sustituir a los seres humanos en entornos peligrosos o procesos de fabricación. Se parecen a los seres humanos en apariencia, el comportamiento y / o la cognición. En el futuro veremos muchos Robots: el profesor Hiroshi Ishiguro ha creado un robot gemelo llamado CD. Geminoid utiliza sensores de captura de movimiento para replicar absolutamente todos los movimientos del ser humano. Bill Gates ya anuncia una nueva revolución económica que, al parecer, se iniciará en 2016, por la creación y utilización de robots en la vida diaria.

8. Transfección Genética. Es la tecnología que trata de manipular secciones de ADN en pacientes con Cancer, sustituyendo el ADN «malo» por ADN «bueno»

9. e-Science. Son las ciencias computacionales en su mas alta eficiencia. Se refiere al almacenamiento-acceso-distribución-manipulación masivos de datos científicos. Es también conocida como DATA ACCESS GRID.

10. Clean Transportation Technologies o tecnologías para un transporte no contaminante. Tesla Elon Musk ha sido un pionero en el campo de los coches eléctricos creando una empresa de automoción norteamericana rentable y más eficiente. 22

11. Holografía 3D. La holografía es una técnica especial de producción de fotografías tridimensionales de un objeto. Si embargo, en la actualidad sólo es posible obtener imágenes 3D superponiendo o manipulando digitalmente planos 2D. Las técnicas Holográficas 3D actualmente son costosas y no están disponibles en el mercado convencional.

12. Nano-bots. Es una tecnología emergente que crea máquinas cuyos componentes están a la escala nanométrica (10−9 metros). Es una disciplina en pleno desarrollo, y hasta lo momentos sólo se han diseñado y experimentado con máquinas y motors de dimensiones moleculares

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Nano-bots médicos Trazadores nanomagnéticos

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Usos militares

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Industria del transporte

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Industria textil

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tecnología híbrida

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El Elparadigma paradigmade delalahumanidad humanidad

¿Cómo obtener energía a partir de fuentes eficientes y económicas?

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Fuentes de energía

Solar

 Extensivas

Poco eficientes eólica

Fósiles (petróleo, carbón)



Intensivas

Nuclear

eficientes

hidrológica 31

Fuentes de energía alternativas

90%

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Fuentes de energía alternativas

No son substitutivas Son poco eficientes Son costosas

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Efecto fotoeléctrico Fotodiodo

eV0  K max 

1 2 mevmax 2 35

La celda solar

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El panel solar

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¿Cómo se produce un Panel Solar?

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El Problema de la Eficiencia-Costo

1000/3600=0.280 kWh



0.280 x 0.15= 42 Wh 40

http://solarelectricityhandbook.com/solar -irradiance.html 4.62 kWh/m2 /dia Area 1 m2

4.62 kWh/dia 15% 692 Wh/dia

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El consumo típico en Maracaibo es de alrededor de 2000 kWh/mes.

Esto corresponde a un consumo diario de  66 kWh/día

!!! 96 panales solares de 1 m2 ¡¡¡ 42

… y el costo es…

X 96

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Magnetismo foto-generado

  HM  eV0 10 nm

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26 %

¿Cómo generar campos magnéticos altos en un panel?

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Campos magnéticos internos

¿Fotodiodos más eficientes?

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La nano-célula

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El bio-Si

Pinnularia sp.

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La bio-fotocélula

Microalgas diatomeas

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Otras tecnologías nanoenergéticas

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La fotocélula de grafeno

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Nano-barras y nano-hilos

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Nano-partículas

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