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This paper presents the project Concentrating Photovoltaic modules using advanced technologies and cells for highest efficiencies (CPVMatch), which is funded from the European Union's Horizon 2020 research and innovation programme. V multi-junction solar cells and CPV modules. Concerning cells, novel wafer bonded four-junction solar cells made of GaInP/GaAs//GaInAs/Ge are optimized with the target of reaching 48% efficiency under concentration at the end of the project. Moreover, multi-junction solar cell technologies with advanced materials - like ternary IV element mixtures (i.e. SiGeSn) and nanostructured anti-reflective coatings - are investigated. Concerning CPV modules the project focuses on both Fresnel-based and mirror-based technologies with a target efficiency of 40% under high concentrations beyond 800x. Achromatic Fresnel lenses for improved light management without secondary optics are investigated. In addition, smart, mirror-based HCPV modules are developed, which include a new mirror-based design, the integration of high efficiency, low cost DC/DC converters and an intelligent tracking sensor (PSD sensor) at module level. A profound life-cycle and environmental assessment and the development of adapted characterization methods of new multi-junction cells and HCPV modules complete the work plan of CPVMatch.

This paper presents the project Concentrating Photovoltaic modules using advanced technologies and cells for highest efficiencies (CPVMatch), which is funded from the European Union's Horizon 2020 research and innovation programme. V multi-junction solar cells and CPV modules. Concerning cells, novel wafer bonded four-junction solar cells made of GaInP/GaAs//GaInAs/Ge are optimized with the target of reaching 48% efficiency under concentration at the end of the project. Moreover, multi-junction solar cell technologies with advanced materials - like ternary IV element mixtures (i.e. SiGeSn) and nanostructured anti-reflective coatings - are investigated. Concerning CPV modules the project focuses on both Fresnel-based and mirror-based technologies with a target efficiency of 40% under high concentrations beyond 800x. Achromatic Fresnel lenses for improved light management without secondary optics are investigated. In addition, smart, mirror-based HCPV modules are developed, which include a new mirror-based design, the integration of high efficiency, low cost DC/DC converters and an intelligent tracking sensor (PSD sensor) at module level. A profound life-cycle and environmental assessment and the development of adapted characterization methods of new multi-junction cells and HCPV modules complete the work plan of CPVMatch. ; Publishers Version available at: http://scitation.aip.org/content/aip/proceeding/aipcp/10.1063/1.4962092

This paper presents the project Concentrating Photovoltaic modules using advanced technologies and cells for highest efficiencies (CPVMatch), which has received funding from the European Union's Horizon 2020 research and innovation program. The aim of CPVMatch is to bring practical performance of HCPV closer to its theoretical limits with research and development in the field of III-V multi-junction solar cells and CPV modules. Concerning cells, novel wafer bonded four-junction solar cells made of GaInP/GaAs//GaInAs/Ge are optimized with the target of reaching 48% efficiency under concentration. Moreover, multi-junction solar cell technologies with advanced materials - like ternary IV element mixtures (i.e. SiGeSn) and nanostructured anti-reflective coatings - are investigated. Concerning CPV modules the project focuses on both Fresnel-based and mirror-based technologies with a target efficiency of 40% under high concentrations beyond 800x. Achromatic Fresnel lenses for improved light management without secondary optics are investigated. In addition, smart, mirror-based HCPV modules are developed, which include a new mirror-based design, the integration of DC/DC converters and an intelligent tracking sensor (PSD sensor) at module level. A profound life-cycle and environmental assessment and the development of adapted characterization methods of new multi-junction solar cells and HCPV modules complete the work plan of CPVMatch.

This paper presents the project Concentrating Photovoltaic modules using advanced technologies and cells for highest efficiencies (CPVMatch), which has received funding from the European Union's Horizon 2020 research and innovation program. The aim of CPVMatch is to bring practical performance of HCPV closer to its theoretical limits with research and development in the field of III-V multi-junction solar cells and CPV modules. Concerning cells, novel wafer bonded four-junction solar cells made of GaInP/GaAs//GaInAs/Ge are optimized with the target of reaching 48% efficiency under concentration. Moreover, multi-junction solar cell technologies with advanced materials - like ternary IV element mixtures (i.e. SiGeSn) and nanostructured anti-reflective coatings - are investigated. Concerning CPV modules the project focuses on both Fresnel-based and mirror-based technologies with a target efficiency of 40% under high concentrations beyond 800x. Achromatic Fresnel lenses for improved light management without secondary optics are investigated. In addition, smart, mirror-based HCPV modules are developed, which include a new mirror-based design, the integration of DC/DC converters and an intelligent tracking sensor (PSD sensor) at module level. A profound life-cycle and environmental assessment and the development of adapted characterization methods of new multi-junction solar cells and HCPV modules complete the work plan of CPVMatch.

Die nächsten vier Jahre sind Countdown und Chance zugleich: Trifft die neue Bundesregierung nicht schnell wegweisende Entscheidungen, sind die deutschen Klimaziele für 2030 und 2045 kaum mehr zu erreichen. Begreift sie hingegen die neue Legislaturperiode als Möglichkeit für eine fundamentale und zukunftsweisende Neuausrichtung, kann sie der Klima- und Energiepolitik einen dringend benötigten Anschub geben, um unwiderrufliche Folgen durch den Klimawandel abzuwenden. Mit dem Impulspapier "Wenn nicht jetzt, wann dann - wie die Energiewende gelingt" legt das Akademienprojekt ESYS eine kompakte Handreichung vor, die elf wichtige Handlungsfelder für diesen energiepolitischen Neustart skizziert. Folgende Leitlinien sollten diesen Aufbruch prägen: - Zuvorderst gilt es, den Klimaschutz beim nationalen politischen Handeln deutlich zu priorisieren. Lediglich die bisherigen Maßnahmen zu intensivieren, würde zu kurz greifen. - Gleichzeitig sollte Deutschland die europäische und globale Zusammenarbeit verstärken und andere Länder auch finanziell beim Klimaschutz unterstützen. - Dabei sollte der Blick stets dem gesamten System gelten: Sektorziele und nationale Ziele können zwar helfen, politische Verantwortungen aufzuzeigen. Die Energiewende kann jedoch nur gelingen, wenn sie zentral gesteuert und am Gesamtziel ausgerichtet wird. - Wirksame Klimapolitik und Sozialverträglichkeit sind keine Gegensätze: die sozialen Folgen der Transformation lassen sich gezielt ausgleichen.

Das Akademienprojekt "Energiesysteme der Zukunft": Mit der Initiative "Energiesysteme der Zukunft" (ESYS) geben acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften, die Nationale Akademie der Wissenschaften Leopoldina und die Union der deutschen Akademien der Wissenschaften Impulse für die Debatte über Herausforderungen und Chancen der Energiewende in Deutschland. Im Akademienprojekt erarbeiten mehr als 100 Fachleute aus Wissenschaft und Forschung in interdisziplinären Arbeitsgruppen Handlungsoptionen zur Umsetzung einer sicheren, bezahlbaren und nachhaltigen Energieversorgung. Die Energiewende ist die Chance, unsere natürlichen Lebensgrundlagen durch einen nachhaltigen Klimaschutz zu erhalten. Sie ist zugleich der Einstieg in eine globale Technologiewende. Doch dazu ist ein Neustart in der Klima- und Energiepolitik nötig, der konsequent am Ziel der Treibhausgasneutralität ausgerichtet ist. Mit einer kleinteiligen Weiterentwicklung aus dem bestehenden Rahmen heraus wird der Umbau des Energiesystems in der erforderlichen Tiefe und im erforderlichen Tempo nicht gelingen. Welche Leitlinien für eine zukunftsorientierte Energiepolitik entscheidend sind und mit welchen Maßnahmen die neue Bundesregierung die Energiewende auf die neuen Klimaziele ausrichten kann, zeigt das Akademienprojekt "Energiesysteme der Zukunft" in diesem Impulspapier auf.

Photovoltaik- und Windenergieanlagen spielen eine Schlüsselrolle für eine klimagerechte Energieversorgung. Zukünftig werden sie einen Großteil des Energiebedarfs decken – auch in den Sektoren Wärme und Verkehr. Studien zeigen: Für Klimaneutralität 2045 muss die Ausbaugeschwindigkeit auf das Drei- bis Vierfache der letzten Jahre erhöht werden. Komplexe und langwierige Planungs- und Genehmigungsverfahren, zu wenig ausgewiesene Flächen und eine unzureichende Bürgerbeteiligung hemmen jedoch den Ausbau. Das Impulspapier "Vorschläge für einen klimagerechten Ausbau der Photovoltaik und Windenergie" einer interdisziplinären Arbeitsgruppe des Akademienprojekts ESYS nennt zwölf Handlungsoptionen, um Hemmnisse abzubauen und die Ausbaugeschwindigkeit auf die erforderlichen 15 bis 25 Gigawatt pro Jahr zu beschleunigen. Die Handlungsoptionen lassen sich vier zentralen Feldern zuordnen: Eine vorausschauende Planungskultur integriert die bundes- und landesweiten Ausbauziele in die Regionalplanung. Klare, einheitliche Naturschutzkriterien und mehr personelle Ressourcen in den Behörden können helfen, Planungs- und Genehmigungsprozesse zu beschleunigen. Mehr und frühere Bürgerbeteiligung sowie finanzielle Teilhabe von Kommunen und Anwohner*innen können die Akzeptanz stärken. Beteiligungsverfahren sollten darauf abzielen, positives, gestalterisches Potenzial der Bürger*innen zu aktivieren und die Energiewende als sinnvolles Gemeinschaftsprojekt erfahrbar zu machen. Ausreichende Flächen kann ein zwischen Bund und Ländern abgestimmtes Mengengerüst für PV- und Windenergie sicherstellen. Eine Solarpflicht auf geeigneten Gebäudedächern sowie die Förderung von Agri-PV und Floating PV unterstützen die Mehrfachnutzung von Flächen. Technische Infrastrukturen und der regulatorische Rahmen der Stromversorgung müssen daran angepasst werden, dass zukünftig der Großteil des Stroms aus PV und Windenergie stammt. So soll ermöglicht werden, dass Windenergie- und Solaranlagen zur Netzstabilität beitragen. Ein Innovations-Ökosystem für Erneuerbare-Energie-Technologien kann die Technologiesouveränität Deutschlands und Europas stärken.