Søknadsfrist

Emnetype

Teoretisk.

Består av to delemner.

Kan tas som enkeltemne

Opptakskrav

Generell studiekompetanse og Matematikk R1+R2 og Fysikk 1 eller Forkurs for ingeniør og sivilingeniørutdanning

Søknadskode: 5198 for enkeltemner i ingeniør, nettbasert

Anbefalte forkunnskaper: IGR1600 Matematikk 1 eller tilsvarende

Innhold

Emnet gir en grunnleggende innføring i solcelleteknologi og i vakuumteknologi.

Delemne 1 Solcelleteknologi

• Fotoner inn - elektroner ut: Prinsippet bak den fotovoltaiske-, og fotoelektriske effekten
• Solenergiens rolle i verden
• Grunnleggende om sol-jordfysikk og solvinkler
• Grunnleggende om krystaller og halvlederteori
• Doping, drift og diffusjon
• pn-dioden
• Solcellens prinsipielle virkemåte
• Hetero-, og homo overganger
• Material egenskaper
• Fremstilling av silisium
• Design og fremstilling av krystallinske solceller
• Utstyr for fremstilling av solceller
• Solcelle målinger; IV-kurver, Voc, Isc, FF, effektivitet, parasittresistanser
• Måleutstyr for karakterisering
• Klassifisering av solceller
• Datasimuleringer, solcellen, PV-system
• Inngående komponenter i et solcellesystem

Delemne 2 Vakuumteknologi

• Vakuumteknologiens historie
• Enheter, nomenklatur og terminologi
• Prinsipper for ulike vakuumpumpers funksjon og bruksområder
• Prinsipper for vanlige forekommende vakuumbaserte prosesser innen fremstilling av halvlederkomponenter og metallurgi
• Bygge deler og måleinstrumenter
• Dimensjonering av pumpesystem
• Prosessutvikling
• Restgass analyse og lekkasjesøk
• Kontaminering og vedlikehold
• Sikkerhetsaspekter

Anbefalte forkunnskaper

Hva lærer du

Etter bestått emne skal studentene ha følgende læringsresultat:

Kunnskaper og forståelse:

• forklare solcellers virkemåte
• forstå forskjellen mellom fotovoltaisk effekt og fotoelektrisk effekt
• redegjøre for viktige elektriske og geometriske design parametere for solceller
• forstå en målt karakteristikk for en solcelle
• beskrive viktige forskjeller mellom ulike typer solceller
• beskrive fremstillingssekvensen for krystallinske silisium solceller
• redegjøre for faktorer viktige for optimal plassering av solceller
• forklare funksjonen til ulike komponenter i et solcelle system
• forklare den prinsipielle oppbyggingen av en solcellemodul
• redegjøre for konsekvenser av forskjeller mellom celler i en modul
• redegjøre for ulike typer produksjonsfeil og defekter
• forstå formålet med de produksjonsprosesser som brukes for fremstilling av solceller og solcelle paneler
• sammenligne ulemper og fordeler for ulike pumpeprinsipper
• forklare vanligste prinsipper for trykkmåling i vakuum
• forklare metodikk for lekkasjesøk
• identifisere ulike typer av vakuum bygge deler
• forstå hvorfor det er viktig å unngå kontaminering av produksjonsutstyr
• lokalisere mulig miljø eller sikkerhetsmessig risiko i solcelleanlegg og i vakuumsystemer

Ferdigheter:

• utføre enkle beregninger for solcellers ytelse
• analysere målte egenskaper hos en solcelle
• klassifisere en målt solcelle utfra dess karakteristikk
• skille en god celle fra en dårlig
• forstå tekniske datablad for solceller og for vakuumpumper
• designe en krystallinsk silisium solcelle
• simulere en solcelles ytelse som funksjon av design mha. dataprogram
• dimensjonere et solcelle anlegg
• sette sammen et optimalt fungerende solcelleanlegg bestående av ikke identiske moduler
• velge egnede vakuumpumper for ulike vakuum baserte prosesser
• dimensjonere et vakuumpumpesystem
• bestemme et vakuumsystems status utfra et restgass spektra

Kompetanse:

• redegjøre for fordeler og ulemper med solcellesystem for produksjon av elektrisk energi
• reflektere over solenergiens rolle i verdens energisystem
• reflektere over hvordan lagre energi fra solceller
• vurdere egnethet hos ulike typer solcellepanel i ulike miljøer
• uttale seg om miljømessige og/eller sikkerhetsmessige konsekvenser ved fremstilling av, eller bruk av solceller
• navngi relevante tekniske standarder
• kommunisere med publikum og fagpersoner innen solcelleteknologi og vakuumteknologi

Undervisnings- og eksamensspråk

Undervisning

Forelesninger og øvinger i form av 4 økter/uke fordelt likt mellom delemnene,

obligatoriske innleveringer, designoppgaver og laboratorieoppgaver med tilhørende rapportering.

Gjesteforelesninger kan forekomme.

Frivillige Quiz kan forekomme.

Innføring i bruk av PC1D programmet. Et gratis program for Windows system som er fritt tilgjengelig på internett. Vil bli utdelt.

Audio og video av forelesninger og øvinger i klasserom blir spilt inn med Mediasite og kan følges live via nett. Linker til innspillinger blir lagt ut på It´sLearning.

Praksis: nei

Kvalitetssikring av emnet:

Emneevaluering i form av spørreundersøkelse, evt. også via studenttillitsvalgt.

Eksamen

Arbeidskrav

Følgende må være godkjent for å få eksamensrett:

For delemne 1 solcelleteknologi: 3 stk. obligatoriske innleveringer bestående av en regneøving, en designoppgave og en hjemme laborasjon med rapport. I hjemmelaborasjonen simuleres optimalisering av en solcelle og dess egenskaper mha. PC1D programmet.

For delemne 2 vakuumteknologi: 3 stk. obligatoriske innleveringer bestående av to regneøvinger, og en designoppgave (design av et vakuum pumpesystem).

Eksamen og vurdering

To (2) skriftlige 4 timers deleksamener under oppsyn.

Det gis bokstavskarakter A-F der F er ikke bestått i hvert enkelt delemne som vektes sammen til en samlet karakter A-F med vekt faktorer 50/50.

Notér at deleksamen 1- Solcelleteknologi vil være felles med delemnet solcelleteknologi inngående i emne ITE1905 Solcelleteknologi og brenselceller.

Hjelpemidler ved eksamen:  

Formelsamling av John Haugan "Formler og tabeller" samt formelsamling som er vedlagt selve eksamensoppgaveteksten.  Ingen andre trykte eller håndskrevne hjelpemidler er tillatt.  Kalkulator: Alle håndholdte kalkulatorer med tomt minne ved eksamensstart og uten kommunikasjonsmulighet er tillatt. 

Kontinasjonseksamen

Det gis kontinuasjonsadgang for studenter som ikke har bestått seneste ordinære arrangerte eksamen/deleksamen i emnet.

Ved manglende vurdering i en av delene er det tilstrekkelig med kontinuasjon i den av delene som mangler. Tidspunkt for kontinuasjon publiseres særskilt.

Pensum

All organisert undervisning, pensumlitteratur og alt utdelt materiale er pensummateriale. Nærmere opplysninger gis i utdelt fremdriftsplan ved oppstart av emnet. Eksamensoppgaver gis med utgangspunkt i dette.

Pensumlitteratur:

1) Eds. Antonio Luque and Steven Hegedus: "Handbook of Photovoltaic Science and Engineering", John Wiley& Sons, ISBN 978-0-470-72169-8

2) S. A. Kalogirou, Solar energy engineering processes and systems, 2ed., Academic Press, 2014, ISBN-13: 978-0123972705

3) PVCDROM - Internettside om photovoltaics: http://pveducation.org/pvcdrom

4) The Vacuum Technology Book volume 1-5, kan lastes ned gratis fra: http://www.pfeiffer-vacuum.com/products/vacuum-technology-book/container.action

5) Utdelt materiale

Støttelitteratur:

1) Jenny Nelson: "The Physics of Solar Cells", Imperial College Press, ISBN 978-1-86094-3492

2) The Vacuum Lab lectures by Phil Danielson, Terry Croson, fra internett: www.vacuumlab.com

3) Fundamentals of Vacuum Technology by Dr. Walter Umrath, fra internett: http://nd.edu/~nsl/Lectures/urls/LEYBOLD_FUNDAMENTALS.pdf