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