Izravna pretvorba energije

Kod

Nositelj/i predmeta

Suradnici

Status predmeta

Ciljevi predmeta

Upoznavanje s različitim mogućnostima direktne pretvorbe energije te stjecanje znanja neophodnih za pravilan odabir najpogodnijeg pretvarača energije s obzirom na njegovu primjenu.

Uvjeti za upis predmeta i ulazne kompetencije potrebne za predmet

Očekivani ishodi učenja na razini predmeta (4-10 ishoda učenja)

Nakon položenog ispita od studenta se očekuje da zna:
- objasniti osnovne principe pretvorbe energije
- razlikovati različite mogućnosti direktne pretvorbe energije
- izračunati djelotvornosti pojedinog pretvarača energije
- odabrati najpogodniji pretvarač energije s obzirom na uvjete primjene
- primijeniti stečeno znanje u razvojno i znanstveno istraživanje iz ovog područja znanosti.

Sadržaj predmeta detaljno razrađen prema satnici nastave

1. tjedan: Uvod u problem izravne pretvorbe energije. Primarni izvori energije. Ograničenja u korištenju energije. Dosadašnje stanje pretvorbe energije,
2. tjedan: Razlozi za izravnu pretvorbu energije. Principi pretvorbe energije. Osnovne definicije i jedinice. Izračunavanje djelotvornosti pretvorbe energije.
3. tjedan: Ireverzibilna termodinamika. Jedinstvena teorija pretvarača energije. Klasifikacija uređaja. Konstrukcije i izrade pretvarača i baterija.
4. tjedan: Fotoelektrični pretvarači. Pregled principa zračenja. Optički efekti na poluvodičima i p-n spojevima. Primjena fotoelektričnog efekta na p-n spoju u sunčanim baterijama.
5. tjedan: Termoelektrični pretvarači. Termoelektrični efekt sa stanovišta teorije čvrstog stanja. Energetski odnosi, stupanj djelovanja i snaga termoelektričnog generatora. Kriteriji za odabir termoelektričnih materijala. Pouzdanost i primjena termoelektričnih pretvarača.
6. tjedan: Termoionski pretvarači. Rad izlaska elektrona i površinski fenomeni. Uloga cezija kod termoionskog pretvarača. Termodinamička analiza termoionskih pretvarača.
7. tjedan: Provjera znanja (I. kolokvij). Elektrokemijska pretvorba energije. Opis elektrokemijskog sustava.
8. tjedan: Termodinamički aspekti i stupanj djelotvornosti elektrokemijskog pretvarača. Primarni članci - osnovne karakteristike.
9. tjedan: Vrste primarnih članaka. Suhi članak Leclancheovog tipa. Cink-klorid članak. Alkalna baterija. Srebrov članak. Litijevi članci. Metal-zrak članci.
10. tjedan: Sekundarni članci (akumulatori) – osnovne karakteristike. Olovno kiselinski akumulator. Alkalni sustavi. Ni-Cd, Ag-Zn, Ni-Zn akalni članci.
11. tjedan: Nove tehnologije akumulatorskih članaka. Nikal-metal hidrid članci. Li-ion članci. Li-polimer članci.
12. tjedan: Gorivni članci. Gorivni članak kao pretvarač energije.
13. tjedan: Klasifikacija gorivnih članaka - pregled ostvarenih sustava i sustava u razvoju. Gorivni članak s elektrolitom od rastaljenih karbonata (MCFC). Gorivni ćlanak s čvrstim oksidima kao elektrolitom (SOFC). Alkalni gorivni članak (AFC). Gorivni članak s fosfornom kiselinom (PAFC).
14. tjedan: Gorivni članak s proton-izmjenjivačkom membranom (PEMFC). Gorivni članak s direktnom upotrebom metanola (DMFC) i etanola (DEFC). Obnovljivi gorivni članak (RGC).
15. tjedan: Ponavljanje. Provjera znanja (II. kolokvij).
Vježbe:
Određivanje djelotvornosti u termoelektričnom generatoru. Karakterizacija materijala za aluminij-zrak baterije. Strujno naponska karakteristika PEM gorivnog članka. Izravna pretvorba energije Sunčevog zračenja u električnu energiju fotonaponskim ćelijama. Određivanje strujnog kapaciteta Li-ion baterije. Punjenje olovnog akumulatora.

Vrste izvođenja nastave:

Obveze studenata

Prisustvovanje predavanjima u iznosu od 80 % ukupne satnice, laboratorijske vježbe 100 %.