Napelemek és megújuló energiaforrások

1.      A fosszilis energiahordozók és a környezet kölcsönhatása. A megújuló energiafajták általános áttekintése és összehasonlítása. Megújuló energiaforrások műszaki megoldásainak összefoglalása és bemutatása:

-          Szélenergia

-          Geotermikus energia

-          Biomassza

-          Vízenergia

-          Napenergia termikus hasznosítása

2.      A napenergia direkt átalakítása elektromos energiává: PV eszközök. Szilárdtest fizikai alapok, a p-n átmenet. A napelem cellák felépítése, működése, parazita elemek a helyettesítő képben. A napelemek elméleti hatásfoka. A spektrális válasz fogalma.

3.      Félvezető gyártástechnológiai alapok, a napelemek gyártása:

-          Kristályos szilícium alapanyag gyártása (szilícium gyártása, kristályhúzási eljárások, szilícium szeletek fűrészelése)

-          Felületstruktúrálási eljárások, antireflexiós bevonatok felvitele

-          A p-n átmenet kialakítása, adalékolási folyamatok

-          Fémezési eljárások

-          Vékonyréteg napelemek gyártástechnológiája, CVD-rétegfelvitel, lézeres megmunkálás sorbakötéshez, laminálási eljárások

4.      A valóságos napelemek veszteségei. Napelemek minősítése, karakterisztikák mérése, mérési eljárások, berendezések ismertetése.

5.      Napelemfajták:

-          kristályos szilícium alapú napelemek

-          vékonyréteg napelemek

-          Nagyhatásfokú speciális struktúrák (többátmenetes és hibrid napelemek, heteroátmenetes napelemek, gömbstruktúrák)

-          Feltörekvő technológiák (festékkel érzékenyített napelemek, perovszkit alapú napelemek, szerves napelemek)

6.      Koncentrátoros napelemek és napkövetés, műszaki előnyök és hátrányok.

7.      Környezeti hatások, termikus kérdések, öregedés.

8.      Napelemek modellezése, termelési előrejelzés

9.      Napelem modulok előállítása. A modulok gyakorlati hatásfoka.

10.  Napelemek alkalmazástechnikája

-           stand-alone rendszerek (űreszközökben és földi alkalmazásban), napelemes rendszerek méretezése, lokális energiatárolás.

-          Hálózatra csatlakozó rendszerek (grid-connected), inverterek alkalmazása, visszatáplálás, hálózattal szemben támasztott követelmények, Fotovoltaikus naperőművek.

11.  Kombinált rendszerek, fenntarthatóság, ipari trendek.

12.  Környezeti hulladékenergiák hasznosítása, kisméretű rendszerek autonom energiaellátása (piezoelektromos energiaátalakítás, mágneses elven működő energiatermelő mikrorendszerek, stb.).

13.  Üzemlátogatás

14.  Laboratóriumi gyakorlat: festékkel érzékenyített napelemek készítése

-          1. gyakorlat: hátoldali elektróda készítése: platinaréteg felvitele pasztából, réteg kiégetése, cella összeszerelése

-          2. gyakorlat: előoldali elektródok készítése: pórusos titándioxid réteg felvitele pasztából, réteg kiégetése, átitatás színezékkel

-          3. gyakorlat: cella összeszerelése, első bemérés

-          4. gyakorlat: karakterizálás

A fenti összefoglalóban felsorolt ismeretek csoportosítása csak a tematika összefoglalására szolgál, a tantárgy keretében megtartott előadások didaktikai felépítése és az egyes anyagok tematikus feldolgozása eltérhet a fenti csoportosítástól.