Grundlagen der solartechnischen Energiekonversion - Interaktive Studienpläne der TU Ilmenau

Grundkenntnisse in Physik, Chemie und Thermodynamik

Die Studierenden haben aus Vorlesung und Übung ein umfassendes Verständnis der Prinzipien bei der Konversion von solarer Wärmestrahlung in Freie Energie bzw. in Gibbs-Energie gewonnen, insbesondere durch die Berücksichtigung und Beschreibung von Entropieflüssen. Sie haben dabei die quantenmechanische Begründung des Planckschen Strahlungsgesetzes ebenso im Detail erarbeitet wie die Grundprinzipien der thermischen Solarenergienutzung in einer solaren Wärmekraftmaschine und der elementaren Prozesse in einer Solarzelle, bei und nach der photoinduzierten Anregung. Sie verstehen die Prinzipien der Halbleiterphysik und können verschiedene Konzepte beurteilen, so dass sie befähigt sind, die für die Solarenergiekonversion wesentlichen Aspekte von geeigneten Halbleiterstrukturen zu identifizieren und zu bewerten. Sie sind in der Lage, ihr Wissen auf konkrete Fragestellungen für die Umsetzung verschiedener Konzepte zur Nutzung der Solarenergie anzuwenden und theoretisch mögliche Konversionseffizienzen der verschiedenen Konzepte zu berechnen und zu vergleichen. Sie können Lösungen für die praktische Umsetzung der Konzepte entwickeln und in Abhängigkeit von den technischen und wirtschaftlichen Rahmenbedingungen einschätzen.  Nach den Übungen sind die Studierenden in der Lage, spezifische Problemstellungen von verschiedenen Gesichtspunkten her zu beleuchten und zu diskutieren. Sie haben gelernt, unterschiedliche Lösungsansätze zu berücksichtigen und diese hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit miteinander zu vergleichen.

- Beschreibung der Sonneneinstrahlung, Prinzip der thermischen Solarenergienutzung 
- Prinzip der photovoltaischen Solarenergienutzung 
- Klassifizierung von Solarzellen
- grundlegenden Eigenschaften und Konzepte der elektronischen Zustände in Halbleitern
- prinzipielle Rekombinationsmechanismen
- Ladungsträgertransport in Halbleitern und Kontaktsystemen 
- thermodynamische Betrachtung 
- theoretische Limitierung der photovoltaischen Konversionseffizienz
- Vergleich photovoltaischer und solarthermischer Konversionseffizienzen

PowerPoint-Präsentationen mit Animationen (Beamer & Download), detaillierte Übungsanleitungen

- Peter Würfel: Physik der Solarzellen, Heidelberg, Berlin: Spektrum, Akadem. Verlag
- Jenny Nelson: The Physics of Solar Cells, Imperial College Press 2003
- Adolf Goetzberger, Volker Hoffmann: Photovoltaic solar energy generation, Springer 2005
- Alexis de Vos: Endoreversible thermodynamics of solar energy conversion, Oxford Science  Publications; Neue Auflage: Thermodynamics of Solar Energy Conversion (Feb/2008)