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