vår 2019

ITE1832 Solcelleteknologi og vakuumteknologi - 10 stp

Sist endret: 18.02.2019

Ansvarlig fakultet

Fakultet for ingeniørvitenskap og teknologi

Studiested

Narvik | Alta | Ukjent | Annet | Nettbasert |

Søknadsfrist

1. desember

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

IGR1518 Matematikk 1 - 3 termin, IGR1600 Matematikk 1

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

Norsk

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.

Timeplan

Studiepoengreduksjon

ITE1905 Solcelleteknologi og brenselceller 5 stp

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