Ramon

Ramon
Ramon Gallart

dijous, 28 de març del 2019

La potencia de les cel·les solars comercials de Perovskite.

En una fàbrica a les afores de Brandenburg der Havel Alemanya, fabriquen les paques primes que sembla ser, superaran els millors panells solars del mercat actual.

obrir il·lustració
Font: Edmon d'Haro
Aquesta fàbrica, és propietat d' Oxford PV  que és una spin-off de la University of Oxford,  que des del 2012 ha treballat en la comercialització de cel·les solars a partir d'un tipus de cristall conegut com perovskita. Les primeres cèl·les solars de perovskita, van ser presentades fa només 10 anys, per l'equip de recerca de Tsutomu Miyasaka a la Universitat de Toin, a Yokohama, Japó. Però aquests primers prototips de laboratori van ser increïblement inestables i van tenir una eficiència de tan sols un 3,8 %.



Des aleshores, els investigadors i els fabricants han fet grans avanços en l'eficiència, i també han abordat l'estabilitat i escalabilitat dels dispositius. Al desembre del 2018, per exemple, La Oxford PV va publicar la seva última fita referent a una eficiència del  28 %. Per contra, el rècord actual de les PV de silici és del 26,7 %, però els panells comercials de silici són molt menys eficients.

foto
Font: Dennis Schroeder / NREL
Ara, la companyia es prepara per introduir els primers mòduls solars tàndem de silici-perovskita comercials del món, que combinen una capa fina de material perovskita amb un dispositiu solar de silici. Els mòduls solars  es comporten com els panells solars tradicionals de silici i tenen el mateix aspecte. La principal diferència és que produeixen més energia.

El que és destacable d'aquest desenvolupament és que fa tan sols fa set anys, la indústria solar del perovskita ni tan sols existia. Ara, desenes d'empreses estan contínuament posant aquesta tecnologia al mercat. També,  centenars d'investigadors de tot el món, estudien nous materials de perovskita i mètodes de processament de manera que perfeccionen la seva comprensió de com funcionen aquests dispositius. El nombre de treballs acadèmics sobre perovskites, va  arribar als 5.000  a primers del 2018.

foto
Font: Dennis Schroeder / NREL
En només 10 anys, les  perovskitas han passat de ser exigents dispositius experimentals i de baixa eficiència, a productes de qualitat comercial que compleixen o superen el rendiment de les cel·les solars convencionals. No es comparable amb cap altra tecnologia fotovoltaica solar (ni les cel·les solars OLED).

S'està en un punt d'una interrupció de la història. En aquest moment, a la majoria dels llocs del món, les  PV solar sense subvencions són més econòmic que qualsevol altra forma de generació elèctrica. Sembla ser que la perovskites garantirà la conquesta de l'energia solar. El que fa que els perovskites siguin tan atractives, és que els materials són molt millors que el silici per convertir fotons en electricitat.

El silici ha de ser pur i perfecte per tenir les característiques que es pretenen amb l'ús de la perovskitas ja que aquestes, són tolerants a defectes. Es pot fer una mala gestió del material i obtenir una eficàcia competitiva pels dispositius. Perovskites també te una varietat de mètodes de producció de baix cost. Fins i tot, investigadors de NREL han desenvolupat una tinta de perovskita per ser aplicada com si es pintés.

Berry prediu que construir una fàbrica  per a mòduls solars perovskita a escala  de GW, eventualment costarà una desena part del que ara costa construir una fàbrica comparable de panells solars de silici. El producte final pot ser flexible i gairebé transparent, per la qual cosa els experts preveuen utilitzar-los com a vidres per les finestres i com a recobriments  per a edificis.

Font: IEEE Spectrum

diumenge, 24 de març del 2019

Temps de vida d'un qubit en el grafè.

Per primera vegada, investigadors del MIT, han registrat la "coherència temporal" d'un qubit de grafè, el que significa quant de temps pot mantenir un estat especial que li permet representar dos estats lògics simultàniament. 

La demostració va utilitzar un nou tipus de qubit basat en grafè de manera que,  representa un pas decissiu per a la computació quàntica pràctica.

grafè
Font: Google
Els bits  superconductors quàntics (simplement, qubits) són àtoms artificials que utilitzen diversos mètodes per produir bits quàntics d'informació, que correspona al component fonamental de les computadores quàntiques. Similar als circuits binaris tradicionals dels ordinadors, els qubits poden mantenir un dels dos estats corresponents als bits binaris clàssics, un 0 o 1. Però aquests qubits també poden ser una superposició d'ambdós estats simultàniament, el que podria permetre a les computadores quàntiques solucionar problemes complexos que són pràcticament impossibles per als ordinadors tradicionals.

La quantitat de temps que aquests qubits romanen en aquest estat de superposició es coneix com el seu "temps de coherència". Com més llarg sigui el temps de coherència, major serà la capacitat del qubit per calcular problemes complexos.


Resultado de imagen de Physicists record 'lifetime' of graphene qubits
Font: Techexplorist.com
Recentment, els investigadors han anat incorporant materials basats en grafè en els dispositius informàtics quàntics superconductors, que prometen una computació més ràpida i eficient, entre altres avantatges. Fins ara, però, no hi ha hagut una coherència registrada per aquests avançants qubits, de manera que no es sab si són factibles per a la computació quàntica pràctica.

En un recent article publicat al  Nature Nanotechnology, els investigadors demostren, per primera vegada, un qubit coherent a partir de grafè i materials 'exòtics'. Aquests materials permeten que el qubit canviï d'estats a través del voltatge, igual que ho fan els transistors en les tradicionals xips d'ordinador d'avui i, a diferència de la majoria d'altres tipus de qubits superconductors. D'altra banda, els investigadors van posar un nombre a aquesta coherència, fixant-lo a 55 nanosegons, abans que el qubit torni al seu estat fonamental.


Resultado de imagen de Physicists record 'lifetime' of graphene qubits
Font: Google
El treball ha combinat l'experiència dels coautors William D. Oliver, un professor de física pràctica i el Lincoln Laboratory Fellow, el treball del qual se centra en els sistemes de computació quàntica, i Pablo Jarillo-Herrero, Cecil i Ida Green Professor de Física del MIT que investiga innovacions en el grafè.

Aquesta motivació,  utilitza les propietats úniques del grafè per millorar el rendiment dels qubits superconductors. En aquest treball, es mostra per primera vegada que un qubit superconductor procedent del grafè és temporalment coherent quanticament, un requisit clau per a la construcció de circuits quàntics més sofisticats. Aquest, és el primer dispositiu que mostra un temps de coherència mesurable -una mètrica principal d'un qubit: això és prou llarg per a que els humans ho pugiun controlar"


Un 'entrepà' de grafè pur

Els qubits superconductors es basen en una estructura anomenada "unió Josephson", on un aïllant (generalment un òxid) està intercalat entre dos materials superconductors (generalment d'alumini). En els dissenys dels qubits tradicionals, un bucle de corrent crea un petit camp magnètic que fa que els electrons vagin entre els materials superconductors, fent que el qubit canviï d'estats.

Resultado de imagen de Physicists record 'lifetime' of graphene qubits
Font: Google
Però aquest corrent que flueix consumeix molta energia i provoca altres problemes. Recentment, alguns grups de recerca han substituït l'aïllant amb el grafè, una capa  amb fruix atòmic de carboni la qual,  és econòmica per produir en grans quantiats i té propietats úniques que poden permetre una computació més ràpida i eficient.


Per fabricar aquest qubit, els investigadors es van dirigir cap a una classe de materials, anomenats materials de van der Waals, materials atòmics prims que poden apilar-se com Legos, amb poca o cap resistència. Aquests materials es poden apilar de manera específica per crear diversos sistemes electrònics. Tot i la seva qualitat de superfície gairebé impecable, només alguns grups de recerca han aplicat els materials de van der Waals als circuits quàntics, i cap d'ells ha demostrat que exhibeix una coherència temporal.


Resultado de imagen de Physicists record 'lifetime' of graphene qubits
Font: Google
Per a la unió de Josephson, els investigadors van embolicar una fulla de grafè entre les dues capes d'un aïllant de van der Waals anomenat nitruro hexagonal de bor (hBN). És important destacar que el grafè assumeix la superconductivitat dels materials superconductors que toca. Els materials seleccionats de van der Waals, es poden fer servir electrons al voltant d'una tensió, en comptes del camp magnètic basat en corrent tradicional. Per tant, també ho pot fer el grafè, de manera que, pot ser un qubit complet.

Quan la tensió s'aplica al qubit, els electrons reboten d'un costat a un altre entre dos conductors superconductors connectats per un grafè, canviant el qubit des del  (0) fins a l'estat excitat o superposat (1). La capa inferior de hBN serveix com a substrat per allotjar el grafè. La capa superior de hBN encapsula el grafè , protegint-lo de qualsevol contaminació. Com que els materials són tan varis, els electrons que viatgen mai interactuen. Això representa el "transport balístic" ideal per als qubits, on la majoria d'electrons es mouen d'un conducte superconductor cap a un altre sense dispersar-se amb impureses, fent un canvi ràpid i precís dels estats.

Com ajuda la tensió

Aquest treball pot ajudar a afrontar el "problema d'escalada" del qubit. Actualment, només uns 1.000 qubits poden cabre en un sol xip. Tenir qubits controlats per voltatge serà especialment important ja que poden ser amuntegats milions de qubits en un sol xip. Sense control de tensió, també caldria milers o milions de circuits actuals, i això ocupa molt espai i provoca moltes pèdues en dissipació d'energia.

Resultado de imagen de Physicists record 'lifetime' of graphene qubits
Font: Google
A més, el control de tensió suposa una major eficiència i una orientació més localitzada i precisa dels qubits individuals en un xip, sense "conversions creuades. Això passa quan una part del camp magnètic creat pel corrent interfereix amb un qubit que no s'orienta, provocant problemes de còmput.


Per ara, aquest  qubit té una breu vida. Com a referència, els qubits superconductors convencionals que tenen potencial per ser aplicacats de forma pràctica, tenen temps de coherència documentats d'unes poques desenes de microsegons, uns pocs centenars de vegades més grans que els qubit dels investigadors.

Però els investigadors ja estan fent front a diversos problemes que provoquen aquesta curta vida, la majoria dels quals requereixen modificacions estructurals. També estan utilitzant el seu nou mètode d'assaig de la coherència, per investigar més sobre com els electrons es mouen de manera balística al voltant dels qubits, amb l'objectiu d'ampliar la coherència dels qubits en general.

 Font: Massachusetts Institute of Technology

dissabte, 23 de març del 2019

Analitics per les smart grids.

Properament, la IEEE celebrarà la seva desena conferència sobre Innovative Smart Grid Technologies

Una de les característiques destacades d'aquesta conferència són les sessions i els treballs dedicats a l'anàlisi. Hi ha sessions amb temems sobre anàlisi de dades per a la resiliència i aplicacions d'intel·ligència artificial en les operacions i la planificació d'energia. Hi ha una sessió  sobre aplicacions analítiques avançades a la xarxa intel·ligent. Aquestes sessions mostren com l'anàlisi està ajudant a la indústria a gestionar els reptes que suposen els ràpids canvis en la xarxa, incloent el caràcter cada vegada més incert i variable de les càrregues, la proliferació de recursos energètics distribuïts i l'explosió de dades en grans volums, de gran velocitat i  variabilitat provinent de sincrofaosrs, comptadors intel·ligents i sensors.

Resultado de imagen de Analytics in the Smart Grid
Font: Exponent.com

Canvis a la xarxa

Resultado de imagen de Analytics in the Smart Grid
Font: Sas.com
Durant les últimes dues dècades s'han vist molts canvis en la indústria dels DSO. Els incentius dels governs i els avenços tecnològics han donat com a resultat una proliferació de recursos energètics distribuïts, en particular basats en la generació solar i eòlica. Els dispositius d'emmagatzematge també han tingut èxit en els llocs a on s'ha assajat, proporcionant un sensible suport  per minimitzar l'impacte de les fluctuacions sobtades en les operacions de la xarxa.

Moltes de les fonts renovabless d'energia, han estat generadors solars. Aquests, juntament amb la creixent quantitat de vehicles elèctrics que caldrà connectar, i l'augment de l'eficiència dels equips elèctrics,  han suposat una càrrega elèctrica que té un caràcter completament diferent del que la indústria ha conegut fins ara.

Reptes i impactes

Aquests canvis han generat més variabilitat i incertesa. Durant l'última dècada, els DSO de Califòrnia han estat parlant de la corba d'ànec, on  es necessiten milers de megavats de generació a mesura que els pics de consum i el sol coincideixen. Aquests recursos renovables també canvien en el moment en passen els núvols i hi han ràfegues de vent. Com la indústria lluita per fabricar dispositius eficients d'emmagatzematge a gran escala per ajudar a mitigar aquesta variabilitat, es veu que fins a aquest punt, el 99% de l'emmagatzematge d'electricitat encara està proporcionat per centrals  hidràuliques.


Resultado de imagen de Analytics in the Smart Grid
Font: Energyinnovation.stanford.edu
Un altre resultat de la xarxa distribuïda, és el flux bidireccional d'energia i de la informació. Tot i que la xarxa de transport està generalment dissenyada amb esquemes de protecció que els permeten, els sistemes de distribució han de garantir que estiguin protegits correctament. Al mateix temps, mentre el flux d'informació bidireccional estava principalment entre el centre de control i les unitats de terminal remotes (RTU), ara es produeix a  escala dels milions de comptadoms intel·ligents i les unitats de mesura de fasores (PMU ); fins i tot, amb els dispositius equipats amb sensor conneguts com la internet de les coses (IoT).
La quantitat d'informació transmesa també ha crescut exponencialment. Tot i que els comptadors elèctrics fa poc eren llegits mensualment, ara es possible obtenir 720 lectures al mes amb carència horaria  o  2880 lectures al mes si es fan cada 15 minuts. Tot i que els sistemes de control i adquisició de dades (SCADA) solen llegir les mesures cada 2 segons, els PMU ho fan 30 vegades per segon.

Comprensió de la xarxa

Per als enginyers, les aplicacions analítiques a la xarxa intel·ligent, tendeixen a centrar-se per mantenir-la resistent i fiable. Això implica la predicció de càrrega en els diferents punts de lliurament (CUPS), el seguiment del rendiment dels equips i l'avaluació dels seus efectes sobre el funcionament de tota la xarxa. L'analytics, s'utilitza per optimitzar la planificació, manteniment i operacions del DSO. Les anàlisis avançades proporcionen informació útil que ajuden a una millor comprensió de la xarxa.

Resultado de imagen de Analytics in the Smart Grid
Font: Gigaom.com
Més enllà de l'anàlisi tradicional, la tecnologia d'anàlisi visual, permet ajudar a evitar interrupcions mitjançant la detecció, la predicció del creixement  i la identificació d'àrees que necessiten accions de manteniment. La termografia en less línies de transport, distribució i transformadors, ajuden a identificar els punts calents. El programari de reconeixement biomètric i facial pot identificar fàcilment persones en llocs controlats i detectar intrusos.

A nivell empresarial, l'anàlisi s'utilitza en la gestió de registres, habilitant la mà d'obra el que compoarta una millora de la seguretat. També l'analytics, ajuda als usuaris a millorar la seva comprensió dels clients i permetre'ls oferir serveis més adequats i més personalitzats; també ajuda als usuaris a comprendre el risc al qual estan exposats, permetent-los gestionar la seva cartera de clients amb més eficàcia.

Intel·ligència artificial i deep-learning: aplicacions avançades d'anàlisi per la xarxa intel·ligent

Imagen relacionada
Font: Neudesic.com
El fons de tot això, és la capacitat de gestionar els volums de dades, moltes vegades analitzant les dades a mesura que flueixen. Les tecnologies com Hadoop, ordinadors més ràpids i més barats i processament de flux de inicidències, han permès emmagatzemar i processar més dades de diferents tipus. Les analítiques en memòria permeten, doncs, les tecnologies d'intel·ligència artificial més avançades i de deep-learning per construir models, predir els resultats i optimitzar el rendiment ràpidament i permetre que les decisions es prenguin a temps.

Durant la darrera dècada, s'ha vist créixer la complexitat de la xarxa en generació, càrrega i en la quantitat de dades que es processen. Una eina important que utilitzen els DSO per descriure, predir i optimitzar el funcionament de la xarxa és l'anàlisi avançat. 

Font: IEEE Innovative Smart Grids Technologies