Budapest University of Technology and Economics, Faculty of Electrical Engineering and Informatics

    Belépés
    címtáras azonosítással

    vissza a tantárgylistához   nyomtatható verzió    

    Napelemek és megújuló energiaforrások

    A tantárgy angol neve: Solar Cells and Renewable Energy Sources

    Adatlap utolsó módosítása: 2016. április 27.

    Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
    Villamosmérnöki és Informatikai Kar
    Villamosmérnöki Szak

     

    Mérnök informatikus szak

     

    Szabadon választható tárgy
    Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
    VIEEAV99   4/0/0/v 4  
    3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Mizsei János, Elektronikus Eszközök Tanszéke
    4. A tantárgy előadója

    Név:

    Beosztás:

    Tanszék, Int.:

    Dr. Mizsei János

    Egyetemi tanár

    Elektronikus Eszközök Tsz

    Plesz Balázs

    Tudományos smts.

    Elektronikus Eszközök Tsz

    Timárné Horváth Veronika

    C. egyetemi docens

    Elektronikus Eszközök Tsz

    Dr. Földváry Bándy Enikő

    Egyetemi adjunktus

    Elektronikus Eszközök Tsz

    5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít

    Elektronika, Mikroelektronika, Fizika

    6. Előtanulmányi rend
    Ajánlott:
    -
    7. A tantárgy célkitűzése

    A tárgy röviden bemutatja az ismert és használt megújuló energiaforrásokat, különös tekintettel korunk fosszilis energiahordozóinak korlátozott mennyiségére és a fosszilis energia elégetéséből keletkező környezetvédelmi hatásokra. Az előadásokban olyan társadalmi-gazdasági, környezetvédelmi, eszközfizikai, konstrukciós és technológiai ismereteket adunk, amelyek a kisebb részben a megújuló energiák, de főleg a napenergia hasznosítás megalapozását szolgálják, különös tekintettel a témakör félvezetőkkel kapcsolatos vonatkozásaira.

    8. A tantárgy részletes tematikája

    A fosszilis energiahordozók és a környezet kölcsönhatása. A megújuló energiafajták általános áttekintése és összehasonlítása.

    A napenergia direkt átalakítása elektromos energiává: PV eszközök. Szilárdtest fizikai alapok, a p-n átmenet, egyenletek. A napelem cellák felépítése, működése, parazita elemek a helyettesítő képben. A napelemek elméleti hatásfoka. A spektrális válasz fogalma.

    Napelemfajták. Koncentrátorok alkalmazása. Termikus kérdések. Napelemek modellezése.

    Különleges/egyéb napelem struktúrák, felhasznált anyagok. Többátmenetes szerkezetek, gömbstruktúra, nanostruktúrák, organikus napelemek, festékkel érzékenyített napelemek.

    Félvezető technológiai alapok, a napelemek gyártása. A valóságos napelemek veszteségei. Napelemek minősítése, karakterisztikák mérése, mérési eljárások, berendezések ismertetése.

    Napelem modulok előállítása. A modulok gyakorlati hatásfoka.

    Napelem modulok forgatása. A forgatás jelentősége, forgatók fajtái, energiamérleg.

    Napelemek alkalmazása: stand-alone (űr, földi), ezek méretezése, lokális energiatárolás. Hálózati csatlakoztatás (grid-connected), inverterek alkalmazása, visszatáplálás, instabilitások. Fotovoltaikus naperőművek, energia-előrejelzés.

    Kombinált rendszerek, fenntarthatóság, roadmap-ek.

    Hulladékenergiák, a fizika és a fantázia elkülönítése.

    Gyárlátogatás.

     

    Heti bontásban:

    1. hét:
      1. Előadás: A tárgy bevezetése, tárgykövetelmények ismertetése, megújuló energiaforrások és napelemek jelentősége, megújuló energiaforrások összefoglaló összehasonlítása, a fosszilis energiahordozók és a környezet kölcsönhatása
      2. Előadás: szilárdtestfizikai ismeretek ismétlése, félvezetők alapvető tulajdonságai, fényelektromos hatás I.
    2. hét:
      1. Előadás: Vízenergia jellemzői, tárolós vízerőművek, ár-apály erőművek
      2. Előadás: szilárdtestfizikai ismeretek ismétlése, félvezetők alapvető tulajdonságai, fényelektromos hatás II.
    3. hét:
      1. Előadás: Geotermia jellemzői, hasznosítása, felhasználási lehetőségei
      2. Előadás: n- és p- típusú félvezetők, p-n átmenet, megvilágított p-n átmenet, kisebbségi töltéshordozók diffúziója, a generáció-rekombináció kérdései
    4. hét:
      1. Előadás: szélenergia jellemzői, szélgenerátorok, offshore szélerőművek
      2. Félvezető napelemek működése, helyettesítő képe, elméleti hatásfoka, intenzitás- és hőmérsékletfüggések
    5. hét:
      1. Előadás: Napelemek spektrális érzékenysége, spektrális válaszfüggvény
      2. Előadás: A spektrális érzékenység és a gyártástechnológia összefüggései, konkrét példák bemutatása, a spektrális válasz termikus függése
    6. hét:
      1. Előadás: Napenergia termikus hasznosítása, napkollektorok, fototermikus naperőművek
      2. Előadás: Napelemek karakterisztikája, optimális munkapontja, viselkedés terhelés hatására, napelem-modellek
      3.  

     

     

    1. hét:
      1. Előadás: napenergia aktív és passzív hasznosítása épületekben, épületbe integrált napenergia rendszerek
      2. Előadás: Parazita jellemzők hatása, anyaghibák befolyása a napelem működésére
    2. hét:
      1. Napelem alapstruktúrák bemutatása, BSF-tér szerepe, fém-félvezető kontaktus
      2. Előadás: Koncentrálás hatása napelemekre, koncentrátoros rendszerek, a hőmérséklet hatása
    3. hét:
      1. Előadás: Napelemek gyártástechnológiája: kristályos napelemek alapanyagai, alapanyag minősítési eljárások, alapanyag gyártási technológiák, kristályos vékonyréteg technológiák, marási eljárások
      2. Előadás: Napelemek gyártástechnológiája: kristályos napelemek adalékolási eljárásai, diffúziós mechanizmusok fizikai alapjai, szilárd és gázfázisú adalékolás, szelektív emitter technológia
    4. hét:
      1. Előadás: Napelemek gyártástechnológiája: Fizikai és kémia rétegleválasztási eljárások, vákuumgőzölés, katódporlasztás, CVD, LP-CVD, vákuumrendszerek
      2. Előadás: Felületi strukturálás szerepe és hatása, antireflexiós rétegek fizikai alapjai, egy és többrétegű antireflexiós rétegek, antireflexiós rétegek anyagai
    5. hét:
      1. Előadás: Vékonyréteg napelemek, felépítése, működési elv, az átlátszó vezető réteg jelentősége és készítése, amorf Si vékonyréteg napelemek, CIGS és CdTe napelem struktúrák, amorf napelemek degradációja
      2. Előadás: Különleges és újabb napelem struktúrák, többátmenetes struktúrák, III-V félvezető alapú napelemek, gömbstruktúra, nanostruktúrák, organikus napelemek, festékkel érzékenyített napelemek
    6. hét:
      1. Előadás: Napelemek minősítése, karakterisztika mérés, spektrális válasz mérése, megvilágító egységek, mérési eljárások és berendezések, érintésmente mérési eljárások
      2. Előadás: Napelemek modulba szerelése, gyakorlati alkalmazás stand alone rendszerekben (földi és űrbeli), energiatárolás kérdése
    7. hét:
      1. Előadás: Hálózatra csatlakoztatott napelemes rendszerek kérdései, inverterek alkalmazása, hálózati megbízhatóság kérdése
      2. Előadás: Napelemforgatás szerepe és lehetőségei, napelemforgatás fajtái, a forgatás energiamérlege, hulladékenergia-hasznosítás
    8. hét:
      1. Laborbemutató, alternatívaként gyárlátogatás
    9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium)

    Előadás, melynek keretében gyakorlati ismereteket is nyújtó példákat is ismertetünk, esettanulmány jelleggel, esetenként on-line számítógépi demonstrációval.

    10. Követelmények

    a.       A szorgalmi időszakban:

              A tárgyból 1 db nagy zh-t iratunk. Az aláírás és a vizsgára bocsátás feltétele a zh legalább elégséges szintű elfogadása.

    b.       A vizsgaidőszakban:

              A tárgy vizsgával zárul. A vizsgáztatás módja: írásbeli vizsga, amelynek alapján a hallgatók elégségestől jóig megajánlott jegyet kapnak. Az elégtelen írásbeli elégtelen vizsgát jelent. A többiek javításért, illetőleg jelesért szóbelizhetnek.

    c.       Elővizsga:

    A tárgyból tartunk elővizsgát, melynek nincs külön feltétele.

    11. Pótlási lehetőségek

    A sikertelen zh pótlására a szorgalmi időszakban 1 db pótzh-t iratunk, a pótlási időszakban 1 db pót-pót zh iratható.  

    12. Konzultációs lehetőségek

    Zh-k előtt az előadókkal történő személyes megbeszélés képezi a konzultáció alapját.

    13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom

    Dr. Mizsei János: Napelemek, kézirat, www.eet.bme.hu

    Dr. Székely Vladimír: Elektronika I. Félvezető eszközök.  Műegyetemi Kiadó 2001

    Dr. Mojzes Imre (szerk.): Mikroelektronika és elektronikai technológia. Műszaki Könyvkiadó, Bp. 2005.

    Nemcsics Ákos: A napelem és fejlesztési perspektívái. Akadémiai kiadó, Budapest, 2001.

    W.H.Kemp: The Renewable Energy Handbook: A guide _of rural energy independence, off-grid and sustainable living. Aztext Press; 2005 ISBN-10: 0973323329 ISBN-13: 978-0973323320

     

    14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
    Kontakt óra56
    Félévközi készülés órákra14
    Felkészülés zárthelyire10
    Házi feladat elkészítése 
    Kijelölt írásos tananyag elsajátítása 
    Vizsgafelkészülés40
    Összesen120
    15. A tantárgy tematikáját kidolgozta
    Név:

     

    Beosztás:

     

    Tanszék, Int.:

     

    Dr. Mizsei János

     

    Egyetemi tanár

     

    Elektronikus Eszközök Tsz

     

    Plesz Balázs

     

    Tud. smts.

     

    Elektronikus Eszközök Tsz

     

    Timárné Horváth Veronika

     

    C. egyetemi docens

     

    Elektronikus Eszközök Tsz