Politechnika
Warszawska

Katalog
ECTS

Nazwa przedmiotu:

Energetyka Słoneczna

Koordynator przedmiotu:

dr hab.inż. Dorota Chwieduk, prof. PW.

Status przedmiotu:

Obowiązkowy

Poziom kształcenia:

Studia I stopnia

Program:

Energetyka

Grupa przedmiotów:

Przedmioty obieralne

Kod przedmiotu:

ML.NS728

Semestr nominalny:

6 / rok ak. 2018/2019

Liczba punktów ECTS:

3

Liczba godzin pracy studenta związanych z osiągnięciem efektów uczenia się:

1) Liczba godzin kontaktowych: 45 godzin, w tym: a) udział w wykładach - 30 godz., b) udział w ćwiczeniach - 15 godzin, w których student powinien aktywnie uczestniczyć. Ćwiczenia polegają na rozwiązywaniu przedstawionego przez prowadzącego problemu teoretycznego i praktycznego, oraz na rozwiązywaniu zadań obliczeniowych. Student w ramach ćwiczeń ma przygotować zespołową prezentację dotyczącą wybranego zagadnienia, jedna osoba przedstawia teoretycznie dane zagadnienie, druga pozytywne strony aplikacji, trzecia szanse i wyzwania dla aplikacji, ewentualnie negatywne strony. 2) Praca własna studenta: 20 godzin; a) studenci w grupach w ramach prac domowych przygotowują projekt systemu słonecznego - 15 godz., b) przygotowanie się do zaliczenia kolokwium - 5 godzin., Razem: 75 godz. - 3 punkty ECTS.

Liczba punktów ECTS na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:

1,8 punktu ECTS - liczba godzin kontaktowych: 45 godzin, w tym: a) udział w wykładach - 30 godz., b) udział w ćwiczeniach - 15 godzin.

Język prowadzenia zajęć:

polski

Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o charakterze praktycznym:

Formy zajęć i ich wymiar w semestrze:

• Wykład30h
• Ćwiczenia15h
• Laboratorium0h
• Projekt0h
• Lekcje komputerowe0h

Wymagania wstępne:

Przedmiot prerekwizyt: "Wymiana ciepła".

Limit liczby studentów:

Cel przedmiotu:

Poznanie podstaw fizycznych zjawisk powstawania energii promieniowania słonecznego, jej dotarcia do powierzchni Ziemi, w tym: przejścia przez atmosferę ziemską i oddziaływania na Ziemię. Poznanie podstawy geometrii sferycznej Słońca względem Ziemi oraz metod pomiaru wielkości promieniowania słonecznego. Zrozumienie natury promieniowania słonecznego, jego własności, a także uwarunkowań umożliwiających wykorzystanie energii tego promieniowania do celów użytkowych. Poznanie podstaw teoretycznych zjawisk zachodzących przy pozyskiwaniu i konwersji energii promieniowania słonecznego w ciepło użyteczne, a także przy magazynowaniu i wykorzystaniu pozyskanego ciepła. Nauczenie się rozwiązywania bilansów energetycznych różnych odbiorników energii promieniowania słonecznego i analizowania możliwości pozyskiwania energii słonecznej oraz konwersji fototermicznej w kolektorach słonecznych różnego typu oraz w aktywnych i pasywnych systemach słonecznych. Zrozumienie zasad i celów magazynowania pozyskanego ciepła oraz sposobu jego wyznaczania. Zdobycie umiejętności wyznaczania sprawności cieplnej kolektorów słonecznych, ich charakterystyki cieplnej i przepływowej oraz wymiarowania kolektorów słonecznych, jak i całych kompleksowych słonecznych instalacji grzewczych do zadanych warunków użytkowania. Nauczenie się tworzenia koncepcji słonecznych instalacji grzewczych w zależności od warunków odbioru energii słonecznej i dostarczania energii użytkowej do odbiorcy końcowego. Poznanie podstaw konwersji fotoelektrycznej i jej zastosowania w systemach fotowoltaicznych różnej skali. Poznanie podstaw teoretycznych koncentracji wiązki promieniowania słonecznego i wykorzystania zjawiska koncentracji w systemach małej i dużej skali. Zaznajomienie się z technologiami słonecznych elektrowni cieplnych, pieców słonecznych, elektrowni kominowych. Przedstawienie nowoczesnych technologii energetyki słonecznej służących wytwarzaniu energii elektrycznej, ciepła i chłodu w małej, średniej i dużej skali. Zrozumienie istoty kogeneracji i poligeneracji w energetycznych systemach słonecznych i stosowania systemów hybrydowych, zintegrowanych. Zapoznanie się z podstawami prawnymi wykorzystania energii słonecznej do celów użytkowych w warunkach krajowych.

Treści kształcenia:

Podstawy fizyczne powstawania energii promieniowania słonecznego – zjawiska syntezy termojądrowej. Promieniowanie słoneczne na zewnątrz atmosfery ziemskiej i jego osłabienie w wyników procesów pochłaniania i promieniowania słonecznego. Składowe promieniowania i tworzenie modeli promieniowania słonecznego, model izotropowy i anizotropowy. Zjawiska optyczne i cieplne zachodzące przy pozyskiwaniu i konwersji fototermicznej - energii promieniowania słonecznego w ciepło użyteczne. Zagadnienia magazynowania ciepła o charakterze krótko i długoterminowym. Efekt stratyfikacji ciepła w zasobnikach ciepła. Wyznaczanie energii użytecznej kolektorów słonecznych i słonecznych instalacji grzewczych. Podstawy fizyczne działania kolektorów słonecznych i innych nowoczesnych urządzeń energetyki słonecznej. Wyznaczanie sprawności cieplnej kolektorów słonecznych, ich charakterystyk cieplnych oraz wydajności cieplnej słonecznych systemów grzewczych. Podstawy konwersji fotoelektrycznej i jej zastosowanie w systemach fotowoltaicznych. Podstawy optyki związane z koncentracją wiązki promieniowania słonecznego (punktowe, liniowe, bezobrazowe) i wykorzystaniem zjawiska koncentracji w systemach o małym i dużym stopniu koncentracji. Procesy optyczne i cieplne zachodzące w słonecznych elektrowniach cieplnych, w tym: w słonecznych elektrowniach ORC, piecach słonecznych, elektrowniach kominowych. Wieloźródłowe skojarzone i poligeneracyjne systemy słoneczne, podstawy działania i zastosowanie. Energetyka słoneczna w inteligentnych miastach. Podstawy prawne w zakresie energetyki słonecznej systemów i urządzeń.

Metody oceny:

Zaliczenie na podstawie pozytywnych ocen z: 1. kolokwium zaliczeniowego, 2. projektu zespołowego wykonania koncepcji technicznej urządzenia lub instalacji słonecznej do zaspokojenia określonych potrzeb użytkowych w zadanych warunkach napromieniowania słonecznego w warunkach krajowych, 3. prezentacji zespołowej wybranej technologii energetyki słonecznej, z uwzględnieniem stanu jej technologicznego zaawansowania, jej zalet i wad.

Egzamin:

nie

Literatura:

1. Anderson B.: Solar Energy: Fundamentals in Building Design, Total Environmental Action, Inc., Harrisville, New Hampshire, 1975. 2. Balcomb J.D. (ed.): Passive Solar Buildings, The MIT Press, Cambridge, Massachusetts, 1992. 3. Chwieduk D., Budownictwo Ogólne, Fizyka budowli, red. P. Klemm, Warszawa, Arkady, 2008, ISBN 83-213-4408-9, Tom 2. 4. Chwieduk D., Energetyka Słoneczna Budynku. Warszawa. Arkady, 2011. 5. Duffie J. A., Beckman W. A. Solar Engineering of Thermal Processes, John Wiley & Sons, Inc., New York, 1991. 6. ISO/FDIS 13790 Energy performance of buildings – Calculation of energy use for space heating and cooling. 7. Jastrzębska G. Ogniwa słoneczne. Budowa, technologia i zastosowania. WKŁ Warszawa 2013. 8. Pluta Z.: Podstawy teoretyczne fototermicznaj konwersji energii słonecznej, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2000. 9. Pluta Z.: Słoneczne instalacje energetyczne, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2003. 10. Quaschning V. Understanding Renewable Energy Systems, EARTHSCAN, London, UK,2006. 11. Sarniak M.: Podstawy fotowoltaiki. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej. Warszawa 2008. 12. Smolec W.: Fototermiczna konwersja energii słonecznej, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2000. 13. Twidell J., Weir T.: Renewable Energy Resources, E&FN SPON, London, University Press Cambridge,1996. Dodatkowa literatura: Materiały dostarczone przez wykładowcę w postaci elektronicznej i dostępne na stronie internetowej ITC.

Witryna www przedmiotu:

http://www.meil.pw.edu.pl/pl/MEiL/Studia katalog E I

Uwagi:

Efekty uczenia się

Profil ogólnoakademicki - wiedza

Efekt ML.NS728_W01

Zna podstawy fizyczne zjawisk powstawania energii promieniowania słonecznego, jej dotarcia do powierzchni Ziemi, w tym: przejścia przez atmosferę ziemską i oddziaływania na Ziemię. Zna podstawy geometrii sferycznej Słońca względem Ziemi oraz metod pomiaru wielkości promieniowania słonecznego.
Weryfikacja: Kolokwium.
Powiązane efekty kierunkowe: E1_W02, E1_W12
Powiązane efekty obszarowe: T1A_W01, T1A_W02, T1A_W03, T1A_W04, T1A_W07

Efekt ML.NS728_W02

Zna zjawiska optyczne i cieplne zachodzących przy pozyskiwaniu i konwersji fototermicznej - energii promieniowania słonecznego w ciepło użyteczne, a także zagadnienia magazynowania ciepła o charakterze krótko i długoterminowym.
Weryfikacja: Kolokwium, projekt zespołowy.
Powiązane efekty kierunkowe: E1_W02, E1_W05, E1_W12, E1_W18
Powiązane efekty obszarowe: T1A_W01, T1A_W02, T1A_W02, T1A_W03, T1A_W07, T1A_W03, T1A_W04, T1A_W07, T1A_W04, T1A_W07

Efekt ML.NS728_W03

Rozumie zagadnienia wyznaczania sprawności cieplnej kolektorów słonecznych i innych odbiorników, ich charakterystyki cieplnej i przepływowej oraz wymiarowania kolektorów słonecznych, jak i całych kompleksowych słonecznych instalacji grzewczych do zadanych warunków użytkowania. Ma wiedzę tworzenia koncepcji słonecznych instalacji grzewczych w zależności od warunków odbioru energii słonecznej i dostarczania energii użytkowej do odbiorcy końcowego.
Weryfikacja: Kolokwium, projekt zespołowy, prezentacja zespołowa.
Powiązane efekty kierunkowe: E1_W05, E1_W11, E1_W12, E1_W18
Powiązane efekty obszarowe: T1A_W02, T1A_W03, T1A_W07, T1A_W03, T1A_W04, T1A_W07, T1A_W03, T1A_W04, T1A_W07, T1A_W04, T1A_W07

Efekt ML.NS728_W04

Zna podstawy konwersji fotoelektrycznej i jej zastosowanie w systemach fotowoltaicznych, podstawy optyki związane z koncentracją wiązki promieniowania słonecznego (punktowe, liniowe, bezobrazowe) i zastosowanie zjawisk optycznych i cieplnych zachodzące w słonecznych elektrowniach cieplnych, w tym: w słonecznych elektrowniach ORC, piecach słonecznych, elektrowniach kominowych.
Weryfikacja: Kolokwium, prezentacja zespołowa.
Powiązane efekty kierunkowe: E1_W02, E1_W05, E1_W11, E1_W12, E1_W18, E1_W25
Powiązane efekty obszarowe: T1A_W01, T1A_W02, T1A_W02, T1A_W03, T1A_W07, T1A_W03, T1A_W04, T1A_W07, T1A_W03, T1A_W04, T1A_W07, T1A_W04, T1A_W07, T1A_W05

Efekt ML.NS728_W05

Zna zasady poligeneracji w energetycznych systemach słonecznych, stosowania systemów hybrydowych, zintegrowanych i ich zastosowanie w inteligentnych miastach, z uwzględnieniem samowystarczalności energetycznej budynków i osiedli.
Weryfikacja: Kolokwium, projekt zespołowy, prezentacja zespołowa.
Powiązane efekty kierunkowe: E1_W05, E1_W11, E1_W12, E1_W18, E1_W23, E1_W25, E1_W31
Powiązane efekty obszarowe: T1A_W02, T1A_W03, T1A_W07, T1A_W03, T1A_W04, T1A_W07, T1A_W03, T1A_W04, T1A_W07, T1A_W04, T1A_W07, T1A_W05, T1A_W05, T1A_W08

Profil ogólnoakademicki - umiejętności

Efekt ML.NS728_U01

Potrafi modelować zjawiska fizyczne zachodzące w odbiornikach energii promieniowania słonecznego i instalacjach słonecznych, w tym: w słonecznych układach hybrydowych PVT (cieplno – fotowoltaicznych) oraz przeprowadzać symulacje ich funkcjonowania, a także określać efektywność energetyczną.
Weryfikacja: Kolokwium, projekt zespołowy, prezentacja zespołowa.
Powiązane efekty kierunkowe: E1_U01, E1_U09, E1_U11, E1_U21, E1_U22, E1_U24
Powiązane efekty obszarowe: T1A_U01, T1A_U08, T1A_U09, T1A_U14, T1A_U09, T1A_U14, T1A_U09, T1A_U15

Efekt ML.NS728_U02

Posiada umiejętność określania oszczędności energetycznych eksploatacyjnych i efektów środowiskowych wynikających z odpowiedniej koncepcji rozwiązań instalacyjnych energetyki słonecznej i skojarzenia ich z tradycyjnymi systemami wytwarzania ciepła, chłodu i energii elektrycznej.
Weryfikacja: Kolokwium, projekt zespołowy, prezentacja zespołowa.
Powiązane efekty kierunkowe: E1_U01, E1_U16, E1_U17, E1_U28, E1_U29, E1_U24
Powiązane efekty obszarowe: T1A_U01, T1A_U12, T1A_U12, T1A_U13, T1A_U09, T1A_U16, T1A_U09, T1A_U15, T1A_U16, T1A_U09, T1A_U15

Efekt ML.NS728_U03

Posiada umiejętność kompleksowego podejścia do wyznaczania zużycia energii w wielofunkcyjnych słonecznych systemach energetycznych z uwzględnieniem energii wbudowanej i metody LCA. Umie tworzyć koncepcje systemowo–instalacyjne wykorzystania energii słonecznej w różnej skali.
Weryfikacja: Kolokwium, projekt zespołowy, prezentacja zespołowa.
Powiązane efekty kierunkowe: E1_U02, E1_U05, E1_U17, E1_U28, E1_U29, E1_U24
Powiązane efekty obszarowe: T1A_U02, T1A_U05, T1A_U12, T1A_U13, T1A_U09, T1A_U16, T1A_U09, T1A_U15, T1A_U16, T1A_U09, T1A_U15

Efekt ML.NS728_U04

Zna unormowania prawne w zakresie energetyki słonecznej.
Weryfikacja: Projekt zespołowy, prezentacja zespołowa.
Powiązane efekty kierunkowe: E1_U04, E1_U05, E1_U07, E1_U15
Powiązane efekty obszarowe: T1A_U04, T1A_U05, T1A_U06, T1A_U11

Profil ogólnoakademicki - kompetencje społeczne

Efekt ML.NS728_K01

Posiada kompetencje w zakresie wykonywania koncepcji technicznych, projektowych i studium wykonalności systemów energetyki słonecznej.
Weryfikacja: Kolokwium, projekt zespołowy, prezentacja zespołowa.
Powiązane efekty kierunkowe: E1_K02, E1_K03, E1_K04
Powiązane efekty obszarowe: T1A_K02, T1A_K03, T1A_K04

Efekt ML.NS728_K02

Potrafi opracowywać w grupie wspólne prezentacje i projekty koncepcyjne wybranej technologii energetyki słonecznej, z uwzględnieniem stanu jej technologicznego zaawansowania, jej zalet i wad.
Weryfikacja: Projekt zespołowy, prezentacja zespołowa.
Powiązane efekty kierunkowe: E1_K02, E1_K03, E1_K04, E1_K05, E1_K07
Powiązane efekty obszarowe: T1A_K02, T1A_K03, T1A_K04, T1A_K05, T1A_K07