Project

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PV2050: Novel PV technologies for optimum space usage and efficient electricity production

English title PV2050: Novel PV technologies for optimum space usage and efficient electricity production
Applicant Ballif Christophe
Number 154014
Funding scheme NRP 70 Energy Turnaround
Research institution Institut de microtechnique EPFL - STI - IMT
Institution of higher education EPF Lausanne - EPFL
Main discipline Other disciplines of Engineering Sciences
Start/End 01.12.2014 - 31.12.2018
Approved amount 228'752.00
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All Disciplines (3)

Discipline
Other disciplines of Engineering Sciences
Electrical Engineering
Material Sciences

Keywords (4)

architectural PV; high efficiency photovoltaics; multi-junctions; electricity management

Lay Summary (German)

Lead
Die Energiestrategie 2050 der Schweizer Regierung hat zum Ziel, Solarenergie bis im Jahr 2050 zu einem der Hauptenergieträger in der Schweiz zu machen. Um dies zu erreichen, müssen drei Hindernisse überwunden werden: 1) Die Schweiz ist ein dicht besiedeltes Land mit begrenzten nutzbaren Freiflächen. Um die Akzeptanz einer grossflächigen Installation von Solarzellen zu erhöhen, muss sie so platzsparend wie möglich geschehen und gleichzeitig hohen ästhetischen Ansprüchen gerecht werden. 2) Die Kosten von Solarstrom müssen weiter gesenkt werden, um auch ohne Subventionen vollständig mit fossilen Energieträgern konkurrenzfähig zu werden. 3) Wenn das Stromnetz zu einem hohen Anteil von Solarzellen gespeist wird, werden ergänzende Massnahmen unumgänglich, um Schwankungen im Tages- und Jahresverlauf zu kompensieren.
Lay summary

Inhalt und Ziel des Forschungsprojektes

Dieses Projekt betrachtet die gesamte Kette der photovoltaischen Stromproduktion, einschliesslich des Kostenpotentials, des Einsatzes von Stromspeichern, der Beeinträchtigung der Umwelt und der Akzeptanz von neuen Technologien. Durch das Kombinieren von verschiedenen Photovoltaik-Technologien werden hocheffiziente Solarzellen entwickelt. Basierend auf diesen Solarzellen werden schliesslich Fassadenelemente entwickelt, die architektonischen Standards entsprechen. Zusätzlich zur ästhetischen Komponente weisen Fassadenelemente eine relative geringe Schwankungen zwischen den Jahreszeiten auf, was zu einer verbesserten Versorgungssicherheit führt.

Wissenschaftlicher und gesellschaftlicher Kontext

Die Erhöhung der Solarzelleneffizienz durch interdisziplinäre Forschung an Materialkompositionen und Oberflächeneigenschaften ermöglicht eine Reduktion der Fläche, die benötigt wird eine bestimme Menge Strom zu produzieren. Zusammen mit den neu entwickelten Fassadenelementen und Netzstabilisierungs-Strategien werden so tiefere Kosten für Solarstrom, eine höhere Akzeptanz in der Bevölkerung und ein höherer Anteil von Solarstrom im Schweizer Strom-Mix möglich.

 

Stichworte

Solarenergie, Solarzellen, Energiewende, Energiestrategie, Gebäudeintegriert, Tandemzellen, Netzstabilität

 

Direct link to Lay Summary Last update: 03.11.2014

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Collaboration

Group / person Country
Types of collaboration
Meyer Burger Switzerland (Europe)
- Industry/business/other use-inspired collaboration
G2E Glass2energy SA Switzerland (Europe)
- Industry/business/other use-inspired collaboration
Flisom AG Switzerland (Europe)
- Industry/business/other use-inspired collaboration
Fluxim Switzerland (Europe)
- Industry/business/other use-inspired collaboration

Communication with the public

Communication Title Media Place Year
Talks/events/exhibitions Photovoltaïque intégré en toiture: une nouvelle opportunité de marché Western Switzerland 2015

Abstract

This joint project aims at developing the technology blocks required for tomorrow’s photovoltaics (PV) modules and PV-powered buildings. It addresses the main challenges presented by the transition to a sustainable Swiss energy landscape based on renewable energy sources, as envisioned in the “Energy Strategy 2050” of the Swiss Government. Three main axes are concerned: -The reduction of PV system costs: this objective will be reached by developing industrially viable ultra-high-efficiency multi-junction solar cells with the potential to reach efficiencies beyond 30%. Such efficiencies would strongly improve the power output per surface area and therefore lower the total PV system costs. Various combinations of emerging thin-film PV technologies (based on chalcogenides or perovskites) together or with the more mature crystalline Si technology will be adapted and optimized for their use in multi-junction devices. These technical developments will be supported by opto-electronic simulations. The most promising PV technology combinations will then be selected and integrated into ultra-high-efficiency tandem devices. -The improvement of acceptance for large-scale deployment of PV technologies: here strategies will be developped to reduce space usage and and improve aesthetics of PV modules through novel architectural solutions with a focus on semi-transparent glazings and adaptable solar façades. In this frame, the use of ultra-high efficiency modules will also allow for an optimum usage of façades and roofs in the Swiss built landscape. -The maintenance of electrical grid stability: this will be addressed by developing advanced strategies to cope with intra-day and inter-seasonal production variations inherent to PV electricity production.Sustainability of the novel technologies developed in the project will be quantified by various assessment methods, including well-known life cycle. Moreover, cost and market penetration roadmaps will be established. The proposed solutions will not only open doors for a wider use and application of solar electricity in Switzerland, but will also provide a short-to-mid term impulse at industrializing new technologies relevant at a global scale.
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