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: 2017. november 29.

    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

    Dr. Plesz Balázs

    Egyetemi docens

    Elektronikus Eszközök Tsz

    Timárné Horváth Veronika

    C. egyetemi docens

    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 a 10. héten.  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. Pót-pót ZH főszabály szerint nincs.

    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 óra

    56

    Készülés előadásokra

    14

    Készülés gyakorlatokra

    0

    Készülés laborra

    0

    Készülés zárthelyire

    14

    Házi feladat elkészítése

    0

    Önálló tananyag-feldolgozás

    0

    Vizsgafelkészülés

    36

    Összesen

    120

    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