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Progetto SP.02
Microsistemi e dispositivi embedded
Tecnologie per il solare integrato in strutture architettoniche e combinato a dispositivi e sistemi per la qualità ambientale e il
risparmio energetico.
Massimo MazzerMassimo MazzerCNR-IMEM Parma
Visiting Professor, Imperial College LondonCo-fondatore di QuantaSol Ltd.
Roma 28-29 Aprile 2010 [email protected]: Progetto DSP.P02
Obiettivo grandi progetti strategici
Domanda
DIPARTIMENTOElaborazione Proposta di Progetto
Strategico
DIPARTIMENTO
Quali risorse e competenze servono al progetto strategicoe come metterle a sistema?
Capi ProgettoQuali risorse e competenze sono
disponibili negli istituti e nelle commesse?
Istituti/CommesseQuale know-how e competenze
possono essere messe a disposizione del progetto?
Quali nuove risorse e investimenti servono per
potenziare l’offerta ?
Roma 28-29 Aprile 2010 [email protected]: Progetto DSP.P02
disposizione del progetto? potenziare l offerta ?
Lo scenario: mentre parliamo (Aprile 2010 )i costi del PV stanno crollando con 5-10 anni di anticipo rispetto alle previsioni di due anni fa
Fonte: Nikkei Electronics Asia --April 2010
Roma 28-29 Aprile 2010 [email protected]: Progetto DSP.P02
Fonte: Nikkei Electronics Asia April 2010http://techon.nikkeibp.co.jp/article/HONSHI/20100326/181377/
Drivers della domanda:
"A new era for solar power is
La corsa alla “Grid Parity”
A new era for solar power is approaching. Long derided as uneconomic, it is gaining ground as technologies improve and the cost of traditional energy sources rises. Within three to seven years, unsubsidized solar power co ld cost no more to endcould cost no more to end customers in many markets, such as California and Italy, than electricity generated by fossilelectricity generated by fossil fuels or by renewable alternatives to solar."
The economics of solar powerThe economics of solar power, McKinsey Quarterly, June 2008
Roma 28-29 Aprile 2010 [email protected]: Progetto DSP.P02
Drivers della domanda: oltre la soglia del “grid parity”
Totale mondiale PV attualmente installato~ 20 GWp
VoisieteQUI
VoisieteQUI
20 GWp
Obiettivo EPIA-2020~ 400 GWp in Europa
QUIQUIp p
Per produrre tutta l’enegia elettrica consumata nel 2009:
Italia ~ 280 GWp
Source: bp-frontiers
Italia ~ 280 GWp Tot mondiale ~ 23 TWp
Roma 28-29 Aprile 2010 [email protected]: Progetto DSP.P02
S
Gli attuali protagonisti del mercato fotovoltaicoUSA
China
Japan
Germany
Tot.
China
China
Italian Industry200MW
China
USAJapanTaiwan
Taiwan
Secondo il rapporto "Il sistema industriale italiano nel business dell'energia solare: il futuro oltre la crisi", curato dall'Energy Strategy Group, le imprese italiane nel 2009 hanno prodotto circa 200MW di moduli, a fronte di una capacità produttiva installata di circa 500MW.
G
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Installato in Germania nel 2009: 3800 MWInstallato in Italia nel 2009: 700 MW ( < 30% prodotto in Italia)
Capacity ~ 100 MWp/yearCapacity ~ 100 MWp/year
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PED4PV
ObiettiviSviluppo di un processo innovativo per la fabbricazione di moduli fotovoltaici a base di Cu(InGa)Se2
S l i d t i lCNR-IMEM, IFN, IMM Scale-up industriale
Durata del progettoMarzo 2009 – Febbraio 2012
Budget complessivoBudget complessivo~ €14M
Roma 28-29 Aprile 2010 [email protected]: Progetto DSP.P02
Rif: [email protected]
PED4PVThe innovative stepThe innovative step
TCO/buffer/CIGS/MoSolar cellManufacturing
of CIGS solar cells currently
i t
Solar cell
require up to five different deposition technologiestechnologies.
PED4PV will reduce them toreduce them to only two
Roma 28-29 Aprile 2010 [email protected]: Progetto DSP.P02
Roma 28-29 Aprile 2010 [email protected]: Progetto DSP.P02
The new frontier: BIPV Market to Surpass $8 Billion in 2015$8 Billion in 2015
A report from NanoMarkets, a leading industry analyst firm based here, predicts that the k t f b ildi i t t d h t lt i (BIPV) ill h th $4 0 billi imarket for building integrated photovoltaics (BIPV) will reach more than $4.0 billion in
revenues ($US) by 2013 and surpassing $8 billion in 2015. Key Points:
* By 2013, there will be an installed capacity of 10.8 GWp of BIPV, of which 4.6 GWp ill f E d 3 7 GW f th U S A i t l 7 0 GW f t t l BIPVwill come from Europe and 3.7 GWp from the U.S. Approximately 7.0 GWp of total BIPV
capacity by 2013 will be from residential applications. Although the market will remain dominated by rooftop installations, facade BIPV will account for 1.1 GWp by 2013.
* M h f th th i th BIPV k t ill b t d b ti f* Much of the growth in the BIPV market will be generated by a new generation of BIPV products. By 2013 the PV-encapsulated roofing product market, consisting of solar tiles, slates, and shingles will generate $2.5 billion in revenues. Also by 2013, facade products such as solar curtain walls, building cladding and atrium glass will produce p , g g g p$430 million in revenues..
* Some firms have been able to compete in the BIPV market by using conventional crystalline silicon and making high efficiencies their major competitive selling feature. By y g g j p g y2013, NanoMarkets expects this market will account for $2.1 billion in revenues. However, BIPV is also expected to present major opportunities for new thin-film and organic PV materials which enable products to be laminated onto curved surfaces and integrated into buildings In the future direct encapsulation of PV into building materials may lead to
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buildings. In the future, direct encapsulation of PV into building materials may lead to significant reductions in total building costs, according to the new NanoMarkets report.
Building Integrated Photovoltaics (BIPV) ShowcaseShowcase
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An example of Smart BIPV: Transparent Venetian Blinds Solar electricity natural daylighting & reduced heat loadSolar electricity, natural daylighting & reduced heat load
C t t i lDi t S li ht C t t i lDi t S li ht
Light
CostCurrent typical solution
Direct Sunlight causes
Solar Blinds Electricity for Artificial Lighting1) Glare
CostCurrent typical solution
Direct Sunlight causes
Solar Blinds Electricity for Artificial Lighting1) Glare
Linear Fresnel Lenses
Collectors
Electric wiring
Air Conditioning Enhanced Power Consumption2) External Heat Load Air Conditioning Enhanced Power Consumption2) External Heat Load
ghidden in the mullions
Direct SunlightDirect Sunlight
Fresnel Lens
Light Collector
Solar Cell
Fresnel Lens
Light Collector
Solar Cell
S l St t Ltd
Roma 28-29 Aprile 2010 [email protected]: Progetto DSP.P02
Solar CellSolar Cell
SolarStructure LtdImperial College London
Smart BIPV: Transparent Venetian Blinds La filiera
R&D
La filieraCNR SP.02CNR MD.05FBK Trento
Imperial College London
SolarStructure
MASDAR…..
Roma 28-29 Aprile 2010 [email protected]: Progetto DSP.P02
Posizionamento strategico di SP.02
SP.04 Metodi e strumenti per la
ET.03 Generazione distribuita di energia
gestione e l'innovazione tecnologica, energetica ed
ambientalmente sostenibile per la costruzione edile e civile
SP.02 Tecnologie per il solare integrato in
costruzione edile e civile
g p gstrutture architettoniche e combinato a
dispositivi e sistemi per la qualità ambientale e il risparmio energetico
MD.03 Ottica, Fotonica e
MD.04 Materiali, sistemi e dispositivi
MD.05 Microelettronica,
oto ca ePlasmi magnetici e
superconduttoriSP.P06Sistemi di monitoraggio,
Roma 28-29 Aprile 2010 [email protected]: Progetto DSP.P02
Sensori e Microsistemi
controllo e sicurezza nei contesti produttivi e d'uso
SP.02 nel “value chain”
materials technologies
processes
products assembling end-user
Baricentro di
SP 02SP.02
Roma 28-29 Aprile 2010 [email protected]: Progetto DSP.P02
Processi e materiali per applicazioni elettromeccaniche – Carmen Galassi
Energy Harvesting: modulo di pedana piezoelettrica per il recupero di energia (presentata al Festival della Scienza 2009)
EPD‐Deposizioneelettroforetica di film spessi
dale
200
400
600
800rm
eabi
lity PZTN-CF10
PZTN-CF30 PZTN-CF20
rosi
ocesso co
lloi
2.2x109 2.4x109 2.6x109-800
-600
-400
-200
0
Rea
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t of p
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Frequency (Hz)
Mat
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li po
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Trasduttore per ecografia Pr
o
Compositi multiferroici
M
Processi e materiali per applicazioni elettromeccanicheModulo verticalmente strutturato sullo studio, produzione e caratterizzazione di materiali e componenti ferroelettrici e piezoelettrici tradizionali, a base di piombo e
innovativi (senza piombo), densi, porosi, a gradiente funzionale per studi fondamentali e applicazioni come attuatori, sensori e generatori (Energy harvesting).
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Processi e caratterizzazione di sistemi a grande interfasesviluppo dei processi per consolidamento a freddo delle polveri colloidali o nanometriche per ottenere geometrie complesse, strati sottili, film spessi attraverso il
controllo delle forze interparticellari e la caratterizzazione reologica (colaggio in stampi e su nastro, stampaggio ad iniezione, serigrafia, deposizione elettroforetica).
• Sintesi di CdTe e ZnTe ultrapuro (7N)Acquisizione di Segnali – Andrea Zappettini
2μm2μm
• Sintesi di target per sputtering di 3 pollici per applicazioni fotovoltaiche (CdTe In2Se3, As2Te3)
• Sintesi di target per PED per applicazioni fotovoltaiche (CIGS e CIS)
1
2
3
6
7 8
Sensore di gas basato su nanotetrapods di ZnO
500nm500nm
m m45
9
10
78nanotetrapods di ZnO
1
23
6
8
m m
1
23m m3m m
11
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Risposta del sensore a vari gas di interesse ambientale2 μm2 μm
Nuovi sistemi elettronici per il manufacturing – Roberto Mosca
Test structures for hybridsTest structures for hybrids
Nanocristalli lamellari di ZnS(en)0.5 utilizzati come precursori per l’ottenimento di nanosheet di ZnS e ZnO
per applicazioni fotovoltaiche
CIGS-based PV cells Humidity sensing
Flexible electronics and optoelectronics
Precursor for preparing chalcogenide Precursor for preparing chalcogenide nanocrystals (nanosheets, nanorods, …
Gas sensing
Energy (photovoltaics hydrogen production)
Roma 28-29 Aprile 2010 [email protected]: Progetto DSP.P02
Gas sensor based on SnO2 Nanowires
Energy (photovoltaics, hydrogen production)
Environment purification
Materiali e processi per applicazioni in energia – Edmondo Gilioli
Celle fotovoltaiche a film sottile
1µm
Ag Cap layer (1 2 m)Ag Cap layer (1 2 m)
HTS-CC (Coated Conductors)
YBCO Layer (1 2 m)
Single CeO2 BL (0,2 0,8 m)
Ni-W substrate (80 m)
YBCO Layer (1 2 m)
Single CeO2 BL (0,2 0,8 m)
Ni-W substrate (80 m)
1 cm1 cm
Buffer 3Buffer 2
Buffer 1Metal
Buffer 3Buffer 2
Buffer 1Metal
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Micro-dispositivi acusto-opto-elettronici e Sensori di grandezze chimiche e fisiche Enrico Veronachimiche e fisiche – Enrico Verona
Prototipo sensore di pressione ad onde acustiche superficiali
Roma 28-29 Aprile 2010 [email protected]: Progetto DSP.P02
Schema sensore di pressione ad onde acustiche superficiali Esempio di misura per variazioni di pressione tra
101325 Pa e 101205 Pa
Sistemi per la conversione di energia – Claudio Ferrari
150 Thermal capacity
90
120 7 kW 13 kW 18,5 kW 24,4 kW28 kW
ity (
a.u)
28 kW
nten
s
3,0x10-6
IBG 125A IBG 128AIBG 129A
Epitaxial emitterEpitaxial Ge (n type)
Window layer1 5x10-6
2,0x10-6
2,5x10-6 IBG 134A
WEpitaxial base
Substrate
Epitaxial Ge (p-type)Epitaxial Ge (n-type)
0 0
5,0x10-7
1,0x10-6
1,5x10
Pow
er
G PV ll
Roma 28-29 Aprile 2010 [email protected]: Progetto DSP.P02
Ge p-type0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16
0,0
Voltage(V)
Ge PV cells
SENSOR Lab – Giorgio Sberveglieri
Excitonic solar cells
SENSOR Lab Giorgio Sberveglieri
Innovativephotoanodes
Innovativephotoanodes
Innovativephotoanodes
Innovative sensitizersInnovative sensitizers
Functionalcharacterization
Functionalcharacterization
FunctionalcharacterizationInnovative geometriesInnovative geometriesInnovative geometries
Roma 28-29 Aprile 2010 [email protected]: Progetto DSP.P02
Tecnologie per il solare integrato in strutture architettoniche e combinato a dispositivi e sistemi per la
D d l di i di d i
qualità ambientale e il risparmio energetico.
Domande per la discussione di domani
1) Quali sono gli obiettivi prioritari del progetto?1) Quali sono gli obiettivi prioritari del progetto?2) Insieme a quali partner industriali italiani possiamo
provare a misurarci con la competizione internazionale?
3) Come le commesse afferenti a SP.02 possono t ib i l d l tt ?contribuire al successo del progetto?
4) Quali sono i principali partner R&D all’interno e all’esterno del CNR a partire da DSP?all esterno del CNR a partire da DSP?
5) In che modo intendiamo far funzionare SP.02 al fine di raggiungere gli obiettivi?
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Immagini dalla Seconda Rivoluzione Copernicana G i l’ tt i !Grazie per l’attenzione!
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