opisy kursów/przedmiotów

OPISY KURSÓW/PRZEDMIOTÓW:
Kod kursu/przedmiotu
ETD 8307
Tytuł kursu/przedmiotu
Fotowoltaika 1
Imię, nazwisko i tytuł/stopień prowadzącego
Tadeusz Żdanowicz, dr inż.
Imiona, nazwiska oraz tytuły członków zespołu dydaktycznego
Forma zaliczenia kursu
Forma kursu
Wykład
Ćwiczenia Laboratorium Projekt
Tygodniowa
2
liczba godzin
Forma
Zal.
zaliczenia
(kolokwium)
Seminarium
Liczba
punktów
2
Wymagania wstępne
Ukończony kurs „Przyrządy półprzewodnikowe”
Krótki opis zawartości całego kursu
Kurs obejmuje omówienie podstaw działania, konstrukcji oraz technologii elementów
fotowoltaicznych. Omówione są zarówno monolityczne jak i cienkowarstwowe ogniwa
słoneczne wykonane z różnych materiałów półprzewodnikowych. Przedstawione są również
specjalne konstrukcje i nowe koncepcje ogniw. W ostatniej części kursu omówione są
podstawy projektowania i instalacji systemów fotowoltaicznych jako alternatywnych źródeł
energii elektrycznej z uwzględnieniem optymalizacji kosztów i końcową ceną pozyskiwanej
energii.
Wykład (podać z dokładnością do 2 godzin)
Zawartość tematyczna poszczególnych godzin wykładowych
Liczba godzin
1. Promieniowanie słoneczne - widmo, natężenie, energia, pomiary.
2
2. Mechanizmy generacji i rekombinacji nośników, złącze p-n, Schottky’ego,
MIS, efekt fotowoltaiczny, materiały stosowane w fotowoltaice
(charakterystyka parametrów fizycznych); kryteria doboru optymalnego
materiału półprzewodnikowego.
3. Ogniwo słoneczne - charakterystyka prądowo-napięciowa (jasna, ciemna),
4
spektralna, podstawowe pararametry ogniwa słonecznego, sprawność
teoretyczna, pomiary, typy ogniw, aktualny stan zaawansowania
technologii.
4. Ogniwo krzemowe - konstrukcja i technologia, wykonania dla zastosowań
naziemnych, wykonania specjalne-laboratoryjne (ogniwa wysokosprawne),
konstrukcje specjalne. Standardowe moduły fotowoltaiczne – konstrukcja,
pomiary, metody oceny trwałości.
5. Ogniwa cienkowarstwowe krzemowe - ogniwa wykonane z krzemu
amorficznego i polikrystalicznego, CIS, CIGS, CdS/CdTe, barwnikowe
oraz organiczne.
6. Wielozłączowe wysokosprawne ogniwa cienkowarstwowe oparte na
związkach III-V (GaAs) – budowa, metody wykonania i zastosowania
7. Koncentratory światła – specyfika ogniw ogniw stosowanych przy dużych
koncentracjach światła.
8. Gromadzenie energii elektrycznej - akumulatory stosowane w fotowoltaice
-typy i własności, kontrolery ładowania i rozładowania.
9. Systemy fotowoltaiczne - systemy autonomiczne i połączone z siecią
energetyczną -podstawy projektowania i konstrukcji, obszary i przykłady
zastosowań; BIPV – systemy PV w budownictwie; metody monitorowania i
parametry oceny systemów PV, falowniki.
4
4
4
2
2
2
6
Ćwiczenia, seminarium - zawartość tematyczna
Laboratorium, projekt - zawartość tematyczna
Materiał do samodzielnego opracowania
Literatura podstawowa
Jarzębski, „Przetwarzanie energii słonecznej. Fotowoltaika”
Marciniak, ”Przyrządy półprzewodnikowe”
Literatura uzupełniająca
1. M.A.Green "Solar Cells - Operating principles, Technology and System Applications",
Ed. Univ. of New South Wales, Australia, 1992
2. A. Luque, S.Hegedus. ed., Handbook of Photovoltaic Science and Engineering (John Wiley
& Sons Ltd., Chichester, England, 2003).
3. M.A. Green, Third Generation Photovoltaics. Advanced Solar Energy Conversion, in:
Springer Series in Photonics (Springer-Verlag, Berlin Heidelberg New York, 2003).
Strony internetowe wiodących laboratoriów oraz międzynarodowych programów
badawczych, np.: www.nrel.gov, www.snl.com, www.ecn.nl, www.fraunhofer-ise.de,
www.iea-pvps.org, http://solarlab.wemif.net, www.fotowoltaika-polska.pl
Warunki zaliczenia
kolokwium
DESCRIPTION OF THE COURSES:
Course code
ETD 8307
Course title
Photovoltaics 1
Supervising course lecturer
Tadeusz Żdanowicz, PhD
Other course lecturers
Course structure
Course form
Lecture
Number of
hours /week
Form of the
course
completion
Classes
Laboratory
Project
Seminar
2
Number
of
credits
2
Colloquium
Prerequisites
Competed course on “Semiconductor devices”
Course description
First part of the course covers principles of operation and basics of construction and
technology of photovoltaic devices.
Processes limiting conversion efficiency of solar energy like light absorption and carrier
recombination are discussed in details. Practical solutions for both monolithic as well as thinfilm solar cells based on different semiconductor materials are discussed. Additionally
examples of special constructions as well as concepts of novel solar cell devices are
presented. In the second part of the course the basics and practical aspects of design together
with practical guidelines for installation practice of photovoltaic systems as perspective
alternative electrical energy source are presented.
Lecture
Particular lectures contents
1. Solar radiation - spectrum, intensity, energy, measurements and standards.
2. Carrier generation and recombination in semiconductors; p-n,.
Schottky’ego and MIS junctions, photovoltaic effect, semiconductor
materials used, selection o the optimum semiconductor.
Number of
hours
2
4
3. Solar cell: current-volatge characteristics (dark, light), spectral curve, basic
parameters, efficency limits, measurement principles, types of the cells,
current status of technology.
4. Silicon solar cell: construction and technology, solutions for terrestrial and
special applications (high efficiency cells), special constructions. Standard
PV modules – their construction, performance, stability and reliability.
5. Thin-film solar cells: amporphous and polycrystalline Si, CdS/CdTe,
CIS/CIGS, dye-sensitized and organic.
6. High efficient, multijunction solar cells based on III-V (GaAs) compunds –
design, technology and applications.
7. Light concentrators – charactersitics o cells used under high concentration
of light.
8. Electrical energy storage – batteries used in photovoltaics – types and
charactersitics, charge controllers.
9. Photovoltaic systems – autonomous and grid connected design and
installation rules, podstawy projektowania i konstrukcji, examples of
applications; BIPV –building integrated PV; monitoring and performance
characterization of PV systems; inverters.
4
4
4
2
2
2
6
Classes, seminars - the contents
Laboratory, project – the contents
Material for self preparation
Core literature
Jarzębski, „Przetwarzanie energii słonecznej. Fotowoltaika”
Marciniak,”Przyrządy półprzewodnikowe”
Additional literature
1. M.A.Green "Solar Cells - Operating principles, Technology and System Applications",Ed.
Univ. of New South Wales, Australia, 1992
2. A. Luque, S.Hegedus. ed., Handbook of Photovoltaic Science and Engineering (John Wiley
& Sons Ltd., Chichester, England, 2003).
3. M.A. Green, Third Generation Photovoltaics. Advanced Solar Energy Conversion, in:
Springer Series in Photonics (Springer-Verlag, Berlin Heidelberg New York, 2003).
Webpages of leading laboratories and international research projects: e.g. www.nrel.gov,
www.snl.com, www.ecn.nl, www.fraunhofer-ise.de www.iea-pvps.org,
http://solarlab.wemif.net, www.fotowoltaika-polska.pl
Conditions for course credition
colloquium