Drukuj Eksport do pliku (MS Word)
Nazwa przedmiotu:
Podstawy fotowoltaiki
Koordynator przedmiotu:
Stanisław Pietruszko
Status przedmiotu:
Fakultatywny ograniczonego wyboru
Poziom kształcenia:
Studia II stopnia
Program:
Elektronika
Grupa przedmiotów:
Przedmioty techniczne - zaawansowane
Kod przedmiotu:
PFOT
Semestr nominalny:
2 / rok ak. 2019/2020
Liczba punktów ECTS:
5
Liczba godzin pracy studenta związanych z osiągnięciem efektów uczenia się:
Liczba punktów ECTS na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:
Język prowadzenia zajęć:
polski
Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o charakterze praktycznym:
Formy zajęć i ich wymiar w semestrze:
  • Wykład30h
  • Ćwiczenia0h
  • Laboratorium15h
  • Projekt15h
  • Lekcje komputerowe0h
Wymagania wstępne:
Zalecane jest wcześniejsze zaliczenie przedmiotu: Podstawy fotoniki
Limit liczby studentów:
30
Cel przedmiotu:
Podstawowym celem przedmiotu będzie przekazanie wiedzy studentom o przyszłościowym i dynamicznie rozwijającym się dziale nauki i techniki, jakim jest fotowoltaika (PV), czyli bezpośrednie przetwarzanie energii promieniowania słonecznego na energię elektryczną. Wyjaśnione zostaną mechanizmy działania ogniw fotowoltaicznych, materiały i technologie stosowane do ich produkcji. Jednym z ważniejszych aspektów będzie przedstawienie energii słonecznej jako przyjaznego środowisku naturalnemu źródła energii mającego w przyszłości zastąpić wyczerpujące się źródła kopalne. Toteż, już w chwili obecnej niezbędne jest przygotowanie kadry zajmującej się opracowywaniem nowych technologii ogniw i oraz ich badaniem.
Treści kształcenia:
Treść wykładu Fotowoltaika - wiadomości ogólne (2h) Zużycie energii na świecie, problemy środowiskowe, ekonomiczne i społeczne, rys historyczny, fotowoltaika alternatywą dla paliw kopalnych, konwersja energii promieniowania słonecznego na energię elektryczną. Zastosowania PV. Perspektywy rozwoju fotowoltaiki na świecie. Promieniowanie słoneczne (4h) Promieniowanie słoneczne - podstawowe pojęcia; wpływ atmosfery ziemskiej na parametry promieniowania słonecznego docierającego do powierzchni Ziemi, promieniowanie bezpośrednie, rozproszone, całkowite, Airmass (AM), itp.; zasoby słoneczne w Polsce i na świecie; sposoby wykorzystania energii słonecznej w Polsce i na świecie Mechanizmy absorpcji światła w półprzewodnikach (4h) Mechanizmy absorpcji promieniowania w półprzewodniku: podstawowa, na domieszkach, przez swobodne nośniki ładunku, przez drgania sieci krystalicznej, ekscytonowa; rozkład nośników ładunku; czas życia nośników mniejszościowych; rekombinacja nośników: objętościowa i powierzchniowa. Fotowoltaika - podstawy fizyczne (8h) Konstrukcja ogniwa; zasada działania ogniwa; absorpcja światła i generacja prądu; charakterystyki prądowo napięciowe; parametry ogniw: współczynnik wypełnienia, sprawność, itp.; układ zastępczy, zależność od promieniowania i temperatury; sprawność idealnego ogniwa słonecznego dla światła skupionego. Materiały i technologie stosowane do produkcji ogniw fotowoltaicznych (6h) Materiały stosowane do budowy ogniw fotowoltaicznych: krzem, GaAs, CdTe, CIGS; krzemowe ogniwa monokrystaliczne i multikrystaliczne; ogniwa z GaAs i jego związków; ogniwa cienkowarstwowe: Si amorficzny, CIGS, CdTe, CdS. Technologie wytwarzania ogniw fotowoltaicznych; otrzymywanie krzemu mono- i polikrystalicznego, otrzymywanie cienkich warstw: Si amorficzny i mikro-krystaliczny, CIGS, CdTe; otrzymywanie ogniw z półprzewodnikowych materiałów złożonych. Nowe materiały: ogniwa organiczne, nanokrystaliczne, DSC (dye-sensitized cells) Moduły fotowoltaiczne (4h) Technologie wytwarzania (szczegółowe omówienie poszczególnych etapów) modułów z krzemu krystalicznego lub multikrystalicznego, z półprzewodnikowych związków złożonych, materiałów cienkowarstwowych. Systemy fotowoltaiczne i ich elementy (2h) Wstępne wiadomości o systemach fotowoltaicznych i ich elementach: ogniwa, moduły, akumulatory, kontrolery napięcia, falowniki; rodzaje systemów fotowoltaicznych: systemy wolnostojące, systemy dołączone do sieci, systemy hybrydowe. Zakres laboratorium Celem ćwiczeń laboratoryjnych będzie zapoznanie studentów z metodami modelowania oraz metodami pomiarów parametrów i charakterystyk ogniw fotowoltaicznych oraz zależnością ich parametrów od czynników zewnętrznych. Zapoznanie się z mechanizmami działania ogniw PV i wpływem parametrów zewnętrznych ich parametry metodą symulacji komputerowej. Pomiar charakterystyk i parametrów ogniw PV (wykonanych z różnych materiałów) w warunkach sztucznego oświetlenia. Badanie wpływu natężenia promieniowania i temperatury otoczenia na te parametry. Porównanie z przeprowadzonymi symulacjami. Pomiary parametrów modułów PV. Badanie wpływu częściowego zacienienia. Badanie wpływu zmiany kąta nachylenia modułu i zmianę kąta orientacji systemu (odchylenie od południa) na sprawność przetwarzania energii promieniowania słonecznego. Porównanie z przeprowadzonymi symulacjami. Zapoznanie się metodami pomiaru parametrów promieniowania słonecznego. Pomiary tych parametrów za pomocą różnych przyrządów. Analiza jakości pomiarów. Zakres projektu Celem projektu jest zapoznanie studentów systemów podstawami projektowania i wytwarzania ogniw PV z różnych materiałów i różnymi technologiami. Projektowanie będzie realizowane istniejącego wykorzystaniem istniejącego oprogramowania, z którego działaniem studenci zostaną zapoznani przed rozpoczęciem projektu.
Metody oceny:
laboratoria, projekt, egzamin
Egzamin:
tak
Literatura:
Fahrenbruch A., L. and Bube R. H.,Fundamentals of Solar Cells, Academic Press, New York, 1983 Editors: M.Ross and J.Royer,Photovoltaics in Cold Climates, James& James, 1999 Editor: T.Markvart, Solar electricity,Jon Wiley & Sons 1997 Editor: J.Gordon,Solar energy. The state of the art James& James, 2001 The future for renewable energy - prospects and directions, EUREC Agency, James&James 1996 Y. Hamakawa, Thin-Film Solar Cells - Next Generation Photovoltaics and Its Applications,Springer, 2003 M.A. Green, Third Generation Photovoltaics, Sprinter, 2003 S. Pietruszko, Wykorzystanie energii słonecznej do produkcji energii elektrycznej - Fotowoltaika, II Konf. N-T z dziedziny energii źródeł odnawialnych, Wrocław, 25.04.2003, str. 171- 184 S.M. Pietruszko, Photovoltaics in the World and in Poland, Applied Energy 74 (2003) 169-175. Niektóre z powyższych pozycji, jak również wiele książek i obszernych opracowań na temat fotowoltaiki jest dostępnych u prowadzącego przedmiot.
Witryna www przedmiotu:
brak
Uwagi:

Efekty uczenia się