Fysica van energie: conventioneel, kernenergie en fotovoltaïsch

Physics of Energy: conventional, nuclear and photovoltaic

Studiewijzer 2016/2017

Globale inhoud

Deze cursus start met een introductie tot de energie- en klimaatproblematiek vanuit fysisch perspectief. Daarna wordt ‘conventionele’ opwekking besproken: elektriciteitsproductie door gas- en stoomturbines met de daarbij behorende toegepaste thermodynamica, maar ook de fysica van warmtetransport en geothermische energie. Dan volgt een blok over kernsplijting en kernfusie. De cursus wordt afgesloten met een blok over fotovoltaïsche conversie van zonne-energie.

Puntsgewijs is de inhoud van de cursus als volgt:
a) introductie tot het energie- en klimaatvraagstuk (week 1)

• IPCC
• Energie: eenheden en relevante grootteordes
• (Paleo)klimaat
• Energie crisis: consumptie vs. beschikbare bronnen, shale gas, hydrates
• Economie van gebruik van materialen, beschikbaarheid van materialen
• Koolstof cyclus, formatie van fossiele brandstoffen
• Carbon capture and storage
• Klimaat van de aarde, Broeikaseffect, Klimaat verandering

b) Thermische energie en koolstof-gebaseerde energie (week 2)

• Warmtetransport
• Geothermische energie
• Thermische energie en de thermodynamica van elektriciteitsopwekking
• Energie-cycli
• Stoomturbine en andere motoren

a) Kern energie (week 3, 4)

• Kernfysica
• Reactor fysica
• Kernenergie in de maatschappij
• Kernfusie

c) Photovoltaics (week 5,6,7)

• Photovoltaic solar energy (PV) in the solar energy portfolio
• Introduction to the physics of semiconductors
• Introduction to semiconductor device physics: the p-n junction
• Silicon solar cells: design, processing, operation and characterization
• Thin-film solar cells: overview of technologies
• From cells to modules
• From modules to systems
• System performance
• Integration of PV into buildings and the grid
• Cost and sustainability
• Aspects of very large-scale use: secondary conversion, storage, and more.

Studiemateriaal

Overig

• Collegedictaat

Leerdoelen

Na het succesvol afronden van deze cursus ben je in staat om:

• met fysische argumenten het klimaat- en energieprobleem uit te leggen;
• op een kwantitatieve manier conventionele energieopwekking te behandelen en de efficiency van machines en processen te berekenen;
• kernsplijting en kernfusie op een getailleerde manier uit te leggen en berekeningen te doen aan deze processen;
• de werking van zonnecellen en -panelen uit te leggen vanuit de fysica en berekeningen uit te voeren aan het gedrag van zonnecellen en aan de praktijkopbrengst van complete zonnestroomsystemen.

Onderwijsvormen

• Hoorcollege
• Werkcollege
• Zelfstandig werken aan bijv. project/scriptie

Hoorcollege en werkcollege.

Verdeling leeractiviteiten

Aanwezigheid

Aanwezigheidseisen opleiding (OER-B):

• Van elke student wordt actieve deelname verwacht aan het onderwijsonderdeel waarvoor hij staat ingeschreven. Een student die de eerste twee werkcolleges van een lesblok geen gebruik maakt van de werkcolleges, zal administratief uit de werkcollegegroep verwijderd worden. Een verzoek opnieuw ingeschreven te worden bij de werkcolleges kan ingediend worden bij de opleidingscoördinator.
• Als een student door overmacht niet aanwezig kan zijn bij een verplicht onderdeel van het examenonderdeel, dient hij dit zo snel mogelijk schriftelijk te melden bij de betreffende docent. De docent kan, eventueel na overleg met de studieadviseur, besluiten om de student een vervangende opdracht op te leggen.
• Het is niet toegestaan om verplichte onderdelen van een examenonderdeel te missen als er geen sprake is van overmacht.
• Bij kwalitatief of kwantitatief onvoldoende deelname, kan de examinator de student uitsluiten van verdere deelname aan het examenonderdeel of een gedeelte daarvan.
• Ter uitbreiding van de bovenstaande regels geldt in het eerste semester van het eerste jaar dat een student bij minimaal 80% van de werkcolleges aanwezig dient te zijn. Bovendien moet worden deelgenomen aan eventuele tussentoetsen en verplicht gesteld huiswerk. Als niet aan deze verplichting is voldaan, wordt de student uitgesloten voor de herkansing van het bijbehorende vak. Studenten in het Dubbele Bachelor programma Wis- en Natuurkunde zijn vrijgesteld van deze plicht.
  

Aanvullende eisen voor dit vak:

Toetsing

Studenten schrijven individueel een essay van 2800 tot 3200 woorden. Figuren, vergelijkingen en referenties worden daarbij niet meegeteld. Dit essay is verplicht, telt voor 20% mee in het eindcijfer, en moet minimaal met het cijfer 5 worden afgerond. De uiterste inleverdata van de essays staan in onderstaande tabel. Niet op de juiste wijze en/of te laat inleveren leidt tot het cijfer 1. Inleveren dient plaats te vinden via blackboard. Het essay kan niet herkanst worden.

• Gedurende het werkcollege worden sommen gemaakt; studenten werken in groepjes van 2-4 samen. Assistenten en (indien mogelijk) docenten lopen rond voor individuele uitleg en controle van de antwoorden; er is geen collectieve bespreking van de oplossing; er worden achteraf geen uitwerkingen verstrekt.
• Eénmaal per week wordt huiswerk opgegeven onmiddellijk na het eind van het werkcollege op vrijdag via Blackboard. Dit huiswerk is voor de vrijdag erna.
• Eén van de huiswerksommen wordt in tentamensetting aan het eind van het werkcollege op vrijdag getoetst (“HW-toets”). Het gemiddelde van deze sommen telt voor 20% mee in het eindcijfer. Niet gemaakte HW-toetsen tellen deze bij het bepalen van het gemiddelde mee met cijfer 1. De HW-toetsen kunnen niet herkanst worden.
• Er zit een didactische lijn in de sommen. De werkcollegesommen bereiden voor op huiswerksommen (waarvan dus één getoetst wordt). Het tentamen bestaat uit gelijksoortige sommen; één van de huiswerksommen (genomen over de hele cursus) komt terug in het tentamen.
• Het college wordt afgesloten met een tentamen dat uit sommen en begripsvragen bestaat; dit tentamen telt voor 60% mee in het eindcijfer mits het tentamencijfer minimaal 5.0 is. Als het tentamencijfer lager is dan 5.0, is het eindcijfer maximaal het tentamencijfer.
• Voor het herkansingstentamen tellen de HW toetsen en het essay op dezelfde wijze mee als voor het tentamen. De resultaten van de HW toetsen en het essay zijn alleen geldig voor het direct aansluitende tentamen en hertentamen. Deze resultaten kunnen dus niet naar het volgend studiejaar worden meegenomen.
• Aanwezigheid bij en deelname aan alle onderdelen wordt sterk aangeraden.

Inzage toetsing

De datum, het tijdstip en de locatie van het inzagemoment staan in het rooster in DataNose.

Opdrachten

essay

• verplicht, individueel

HW toetsen

• verplicht, individueel

Onderstaande opdrachten komen aan bod in deze cursus:

•    Naam opdracht 1 : beschrijving 2
•    Naam opdracht 2 : beschrijving 1
•    ....

Fraude en plagiaat

Dit vak hanteert de algemene 'Fraude- en plagiaatregeling' van de UvA. Hier wordt nauwkeurig op gecontroleerd. Bij verdenking van fraude of plagiaat wordt de examencommissie van de opleiding ingeschakeld. Zie de Fraude- en plagiaatregeling van de UvA: www.uva.nl/plagiaat

Weekplanning

Rooster