Erneuerbare Energien
Renewable Energy

Modul PH2160

Diese Modulbeschreibung enthält neben den eigentlichen Beschreibungen der Inhalte, Lernergebnisse, Lehr- und Lernmethoden und Prüfungsformen auch Verweise auf die aktuellen Lehrveranstaltungen und Termine für die Modulprüfung in den jeweiligen Abschnitten.

Basisdaten

PH2160 ist ein Semestermodul in Englisch oder Deutsch auf Master-Niveau das im Sommersemester angeboten wird.

Das Modul ist Bestandteil der folgenden Kataloge in den Studienangeboten der Physik.

  • Allgemeiner Spezialfachkatalog Physik
  • Spezifischer Spezialfachkatalog Applied and Engineering Physics
  • Spezifischer Spezialfachkatalog Physik der kondensierten Materie

Soweit nicht beim Export in einen fachfremden Studiengang ein anderer studentischer Arbeitsaufwand ("Workload") festgelegt wurde, ist der Umfang der folgenden Tabelle zu entnehmen.

GesamtaufwandPräsenzveranstaltungenUmfang (ECTS)
300 h 75 h 10 CP

Inhaltlich verantwortlich für das Modul PH2160 ist Martin Stutzmann.

Inhalte, Lernergebnisse und Voraussetzungen

Inhalt

This lecture provides an up-to-date introduction to the physical laws and limitations governing the use of renewable energy sources in our modern society. In addition, the current state-of-the-art of the different forms of renewable energy in terms of conversion efficiencies, energy densities, time-dependent global and local availability and energy storage is presented in a quantitative manner.

Part 1 of the lecture (about 50%) deals with classical (mainly mechanical and thermal) forms of renewable energy. After a general discussion of different forms of energy and energy conservation, the system "earth-sun" as the origin of all forms of renewable energy is discussed in detail, in order to understand the underlying astrophysical boundary conditions. This is followed by an in-depth analysis of wave and tidal energy, wind energy, as well as geothermal and solar thermal energy.

Part 2 of the lecture then deals with with forms of renewable energy which require a specific understanding of  electronic and optoelectronic processes in molecules and solids: photosynthesis and biomass, photovoltaics, and thermoelectric energy conversion. Basic electronic processes as well as relevant materials and device structures will be described.

Lernergebnisse

After regular participation in the lecture the student should be able to

  • understand the different forms of renewable energy, their origin and their specific boundary conditions in terms of availability, energy density and storage capability
  • describe the fundamental physical concepts limiting the technical use of renewable energy sources and the efficient conversion into other forms of energy
  • provide a qualitative description of technical means to efficiently harvest different renewable energy sources, including a realistic understanding of typical efficiencies and overall contributions to a future energy scenario
  • realistically evaluate and judge  the potential economical and environmental impact of different forms of renewable energy on a global scale.

Voraussetzungen

For part 1: Basic classical physics (classical mechanics, experimental physics, electrodynamics)

For part 2: Quantum mechanics and electronic properties of solids.

Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise

Lehrveranstaltungen und Termine

ArtSWSTitelDozent(en)Termine
VO 4 Renewable Energy Stutzmann, M. Montag, 14:00–16:00
Dienstag, 16:00–18:00

Lern- und Lehrmethoden

lecture, beamer presentation, board work

Medienformen

1) Handwritten lecture notes based on tablet-PC presentation in pdf and onenote format

2) Additional handout material (diagrams, original articles etc.) in pdf format

Both will be available for continuous download on a password-protected web page.

Literatur

No specific course literature is required. Some general recommendations for specialized books will be made at the beginning of the lecture.

Modulprüfung

Beschreibung der Prüfungs- und Studienleistungen

In einer schriftlichen Prüfung wird das Erreichen der Lernergebnisse durch Verständnisfragen und Beispielaufgaben bewertet.

Die Prüfung kann in Übereinstimmung mit §12 (8) APSO auch mündlich abgehalten werden, in diesem Fall ist der Richtwert für die Prüfungsdauer 40 Minuten.

Wiederholbarkeit

Eine Wiederholungsmöglichkeit wird am Semesterende angeboten.

Kondensierte Materie

Wenn Atome sich zusammen tun, wird es interessant: Grundlagenforschung an Festkörperelementen, Nanostrukturen und neuen Materialien mit überraschenden Eigenschaften treffen auf innovative Anwendungen.

Kern-, Teilchen-, Astrophysik

Ziel der Forschung ist das Verständnis unserer Welt auf subatomarem Niveau, von den Atomkernen im Zentrum der Atome bis hin zu den elementarsten Bausteinen unserer Welt.

Biophysik

Biologische Systeme, vom Protein bis hin zu lebenden Zellen und deren Verbänden, gehorchen physikalischen Prinzipien. Unser Forschungsbereich Biophysik ist deutschlandweit einer der größten Zusammenschlüsse in diesem Bereich.