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Pinto Fuste, Cristina Leyre

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https://academica-e.unavarra.es/handle/2454/49794

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Pinto Fuste

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Cristina Leyre

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Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación

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ISC. Institute of Smart Cities

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0000-0001-6662-3401

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    PublicationOpen Access
    Multifunctional glasses and their application to photovoltaic technology
    (2024) Pinto Fuste, Cristina Leyre; Bengoechea Apezteguía, Jaione; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren; Gobierno de Navarra / Nafarroako Gobernua
    El sol emite una cantidad de energía inmensa, más de 5000 veces la potencia que se consume en el planeta, que equivale aproximadamente a 4.4×1016 W. Esta radiación solar es el origen de la mayoría de las formas de energía conocemos hoy en día, tanto las fuentes renovables como los combustibles fósiles. En particular, la generación de electricidad directamente a partir de la energía solar, conocida como energía solar fotovoltaica (FV), es una tecnología de generación de energía renovable con gran potencial, ya que convierte directamente la radiación solar que llega a la Tierra en electricidad. Esta tecnología se fundamenta en el efecto fotovoltaico producido en materiales semiconductores. Cuando estos materiales absorben un fotón de una energía específica, son capaces de generar un par electrón-hueco, lo que da lugar a la generación de una corriente eléctrica. En este trabajo, se han desarrollado estructuras jerárquicas a micro- y nano-escala para abordar estos problemas presentes en el vidrio fotovoltaico: reflectancia, ensuciamiento, resistencia a la abrasión y aumento de temperatura. Las nanoestructuras, catalogadas como estructuras de sublongitud de ondas cónicas, actúan como una capa efectiva en la superficie del vidrio, eliminando la reflectancia de Fresnel. De esta manera, se ha reducido la reflectancia del vidrio de 7.1% (teniendo ambas superficies en cuenta) a un promedio del 1.0% promediado en el rango de 300 a 1100 nm. Además, debido a la aleatoriedad tanto en tamaño como en distribución de estas nanoestructuras, la propiedad antirreflectante se extrapola a ángulos de incidencia más grandes, mostrando una mejora del factor de modificación del ángulo de incidencia (IAM), aumentándolo de 0.80 a 0.88 a 80o de ángulo de incidencia de luz. Estas mejoras se traducen en un aumento de la eficiencia del módulo fotovoltaico del 3.5% medido en laboratorio, y un aumento de más del 5.1% en las condiciones más desfavorables al aire libre (día soleado de diciembre, a 66º de ángulo de incidencia de la luz). Además, los nanoconos aumentan la distancia promedio entre la superficie del vidrio y cualquier partícula de polvo o arena, reduciendo drásticamente las fuerzas de adherencia. En consecuencia, la tasa de ensuciamiento en los módulos fotovoltaicos se ha reducido en más del 50%. Por otra parte, debido a la naturaleza monolítica de las estructuras, su resistencia a la abrasión ha aumentado considerablemente en comparación con las soluciones comerciales, soportando más de 500 ciclos de abrasión con cepillo sin daños perceptibles. Por último, las microestructuras desarrolladas cumplen básicamente el mismo propósito que los nanoconos, actuando como estructuras antirreflectantes. Sin embargo, mientras que las nanoestructuras afectan a las regiones del ultra-violeta, visible e infrarrojo cercano, las microestructuras operan en el rango del infrarrojo medio, entre 8 y 13 μm. Es en este rango espectral donde el vidrio exhibe una resonancia tipo “fonón-polaritón”, que provoca un pico de reflectancia a 9 μm. Estas microestructuras reducen eficazmente esta reflectancia, aumentando la emisividad del vidrio desde 0.83 a 0.95 (el vidrio es opaco en este rango espectral). Al aumentar la emisividad, el calor producido por las células se disipa hacia el exterior, y gracias a la ventana atmosférica, situada entre 8 y 13 μm, este calor escapa a través de la atmósfera hacia el espacio exterior. Esto ayuda a reducir la temperatura de funcionamiento de los módulos fotovoltaicos en días soleados en más de 0.8ºC con disminuciones de hasta 2.5ºC. Esta reducción promedio de la temperatura de operación del módulo supondría una mejora relativa del 0.28% para un módulo con células tipo PERC.
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    PublicationOpen Access
    Random subwavelength structures on glass to improve photovoltaic module performance
    (Elsevier, 2022) Pinto Fuste, Cristina Leyre; Cornago Santos, Ignacio; Buceta, Alicia; Zugasti, Eugenia; Bengoechea Apezteguía, Jaione; Institute of Smart Cities - ISC; Gobierno de Navarra / Nafarroako Gobernua; Universidad Pública de Navarra / Nafarroako Unibertsitate Publikoa
    Glass samples have been processed by a single-step self-masking RIE (Reactive Ion Etching) process to obtain random subwavelength structures (SWSs), which mimic anti-reflective and anti-soiling patterns present in nature. The SWSs fabricated on glass provide an excellent broadband omnidirectional anti-reflective (AR) property (<1% absolute reflectance) in the spectral region (300–1200) nm due to the graded refractive index that these SWS produce in the air–glass interface, reducing the reflectance. Moreover, these SWSs increase the roughness of the glass surface enhancing its wettability and anti-soiling properties. In order to quantify the performance improvement of photovoltaic devices when using these structured glasses as front cover, commercial PERC (Passivated Emitter and Rear Contact) solar cells have been laminated with these structured glasses using the standard configuration (glass/EVA/Solar Cell/EVA/backsheet) and their electrical parameters such as I–V curve, spectral response, and IAM (Incidence Angle Modifier) factor have characterized.
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    PublicationOpen Access
    Enhanced thermal performance of photovoltaic panels based on glass surface texturization
    (Elsevier, 2021) Andueza Unanua, Ángel María; Pinto Fuste, Cristina Leyre; Navajas Hernández, David; Sevilla Moróder, Joaquín; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren; Institute of Smart Cities - ISC; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Gobierno de Navarra / Nafarroako Gobernua
    Photovoltaic module temperature is a detrimental parameter influencing the energy yield and the durability of photovoltaic systems. Among the passive strategies to reduce the operating temperature of solar cells, radiative cooling is receiving a lot of attention, as an effective mean to passively evacuate heat in systems. The existence of a wavelength window of atmospheric transparency (8–13 μm) allows sending heat to outer space. The functionalization of the glass that could help to limit or reduce the temperature of the solar cells is an interesting approach. In this paper, we explore the effect of glass surface patterns in its radiation performance, so that the radiation cooling effect could be enhanced. The study is based on numerical simulations, calculating the spectral emissivity of different geometrical configurations of structures on top of the glass. Different geometrical figures of micrometers in size have been tested to find an optimal emissivity response in the transparent atmospheric window. Periodical patterns based on cones, pyramids, or moth-eye shapes result in emissivity responses close to one along thermal wavelengths (8–25 μm) which increases the emitted power of the glass. However, when assessing the cooling power under sunlight, the evaluation wavelength band has to be expanded (0.3–25 μm). Here, we found that not all geometrical figures are effective for radiative cooling. Surfaces textured by holes and pyramids show a substantial cooling effect, providing an increase in cooling power over the flat glass ranging from 40 W/m2 to 110 W/m2 depending on the temperature of the solar devices.
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    PublicationOpen Access
    Digital holography applied to simultaneously measure the shape and the radial deformation of a blood vessel (ex-vivo)
    (Elsevier, 2020) Andres, Nieves; Pinto Fuste, Cristina Leyre; Lobera, Julia; López, Ana M.; Palero, V. R.; Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación; Ingeniaritza Elektrikoa, Elektronikoaren eta Telekomunikazio Ingeniaritzaren
    Radial deformation of blood vessels has been measured by combining shape and deformation measurements. The difficulty of measuring both magnitudes simultaneously is related to the different order of magnitude. The veins have diameters up to 20 mm and suffer micrometric deformations due to cardiac movement. Temporal comparison of two-wavelength multiplexed holograms has been used for calculations. The radius value was calculated from the information of the vein shape, obtained by means of double wavelength holography, while the deformation of the vein has been measured with traditional holographic interferometry. In this work, both techniques have been combined using only one recording system. The technique has been tested in a latex tube and in a sheep aorta (ex-vivo). The experiments in both cases have been designed to simulate real patient situations. Differences found between the model and real vessels are presented in the paper.