10260 Fysikken bag solenergi og energilagring

2024/2025

Kursusinformation
Physics of solar energy and energy storage
Engelsk
5
Bachelor
Retningsspecifikt kursus (BSc), General Engineering
F2B (tors 8-12)
Campus Lyngby
Forelæsninger, opgaver
13-uger
F2B
Skriftlig eksamen og bedømmelse af rapport(er)
Bedømt som en helhed ud fra to quizzer (15%) uden hjælp og en sidste fire timers skriftlig eksamen med alle hjælpemidler undtagen internetadgang (85%)
Skriftlig eksamen: 4 timer
Alle hjælpemidler - uden adgang til internettet
7-trins skala , intern bedømmelse
4720226020.­(10036/10041).­01006 , eller ækvivalente kurser
Maksimum: 40
Brian Seger , Lyngby Campus, Bygning 313, Tlf. (+45) 4525 3174 , brse@fysik.dtu.dk
10 Institut for Fysik
I studieplanlæggeren
Kontakt underviseren for information om hvorvidt dette kursus giver den studerende mulighed for at lave eller forberede et projekt som kan deltage i DTUs studenterkonference om bæredygtighed, klimateknologi og miljø (GRØN DYST). Se mere på http://www.groendyst.dtu.dk
Overordnede kursusmål
At give den studerende indblik i fysikken bag lys, herunder materialers absorption af lys, og omdannelsen af denne energi til elektricitet i solceller og til kemiske bindinger ved elektrokatalytiske processer.
Læringsmål
En studerende, der fuldt ud har opfyldt kursets mål, vil kunne:
  • Beskrive forholdet mellem lys og energi
  • Beregne solcelle strøm-spænding ydelse ved brug af diodeligningen
  • Beskrive elektronstruktur og egenskaber for en halvleder
  • Forklare hvordan elektron-hul par kan fotogeneres og rekombinere
  • Beskrive p-n-overgange og båndstruktur i solceller
  • Beskrive sammenhængen mellem termodynamik og elektrokemisk potentiale og anvende disse ligninger på grundlæggende elektrokemiske enheder.
  • Beskrive klassiske modeller af det elektriske dobbeltlag.
  • Forklare sammenhængen mellem katalytiske reaktionshastigheder og elektrokemisk potentiale samt indvirkningen af massetransportbegrænsninger på reaktionshastigheder.
  • Diskutere de introducerede grundlæggende begreber i forbindelse med virkelige eksempler inden for batterier, elektrolysatorer og brændselsceller.
Kursusindhold
Den elektrokemiske del af kurset vil fokusere på fysikken bag omdannelse af elektrisk energi til kemisk oplagret energi via elektrokemiske metoder. Grundlæggende termodynamiske begreber såsom elektrode potentiale, Nernsts ligning samt modeller af det elektriske dobbeltlag vil blive diskuteret. Derudover vil kinetikken for elektrokemiske reaktioner (Butler-Volmers ligning, Tafels ligning osv.) og indvirkningen af massetransport blive diskuteret. Disse aspekter vil blive gennemgået i forhold til, hvordan grundlæggende elektrokemiske reaktioner forekommer i energiomdannelse og lagringsenheder.

Kursets del omhandlende solceller vil undersøge fysikken bag stråling, og hvordan den påvirker jorden i forhold til klimaet og som en potentiel energikilde for solceller. På denne baggrund vil kurset derefter fokusere på fysikken bag solceller. Således vil emner såsom diodeligningen, halvlederes elektroniske struktur, doping, fotogenerering af elektronhulpar, rekombinationssteder og overgange alle blive dækket.
Litteraturhenvisninger
• The Physics of Solar Cells (2003) af Jenny Nelson
• Kompendium i elektrokemi
Sidst opdateret
02. maj, 2024