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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 ?


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


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


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


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


Installato in Germania nel 2009: 3800 MWInstallato in Italia nel 2009: 700 MW ( < 30% prodotto in Italia)

Capacity ~ 100 MWp/yearCapacity ~ 100 MWp/year


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


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


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


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


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


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…..


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,


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


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

l par

t of p

e

Frequency (Hz)

Mat

eria

li po

r

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).


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


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)


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


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


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


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



Innovative sensitizersInnovative sensitizers

Functionalcharacterization

Functionalcharacterization

FunctionalcharacterizationInnovative geometriesInnovative geometriesInnovative geometries


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?


Immagini dalla Seconda Rivoluzione Copernicana G i l’ tt i !Grazie per l’attenzione!


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