Hinweis: Das Beitragsbild wurde mit künstlicher Intelligenz erzeugt.
Drei Energieformen auf einer einzigen Dachfläche: Strom, Wärme und Kühlung gleichzeitig. Was bislang drei separate Anlagen erforderte, hat eine Arbeitsgruppe am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) in einem einzigen Prototyp zusammengeführt. Die Ergebnisse wurden am 14. August 2026 veröffentlicht.
Wie das System funktioniert
Das hybride System kombiniert Photovoltaik mit passiver Strahlungskühlung, im Fachjargon Passive Daytime Radiative Cooling (PDRC). Das Kernprinzip nutzt zwei physikalische Effekte gleichzeitig: Sonnenlicht wird zur Stromerzeugung verwendet, während Wärme als Infrarotstrahlung ins All abgegeben wird.
Herzstück ist eine transparente Kühlschicht aus Siliziumdioxid, beschichtet mit dem Silikonpolymer Polydimethylsiloxan (PDMS). Diese Schicht lässt Sonnenlicht passieren und gibt gleichzeitig Wärme über das sogenannte atmosphärische Fenster ab, also jenen Wellenlängenbereich, in dem die Erdatmosphäre für Wärmestrahlung besonders durchlässig ist.
Unter der Kühlschicht bündelt eine Fresnel-Linse das Sonnenlicht auf einen kleineren photovoltaisch-thermischen Kollektor. Dieser erzeugt sowohl Strom als auch Wärme. Die räumliche Trennung von heißem Solarkollektor und kühlender Schicht war laut den Forschern die zentrale konstruktive Herausforderung.
Messwerte aus dem Freilandversuch
Der Prototyp wurde unter realen Bedingungen getestet. Die gemessenen Werte: Kühlung bis 6,5 Grad Celsius unter Umgebungstemperatur, eine elektrische Leistungsdichte von 60,6 Watt pro Quadratmeter sowie Prozesswärme mit Temperaturen bis zu 110,8 Grad Celsius.
Letzterer Wert ist für industrielle Anwendungen relevant. Prozesswärme im Niedertemperaturbereich unter 150 Grad Celsius wird in der Industrie für Trocknungsprozesse, Reinigungsanlagen oder die Vorwärmung von Medien eingesetzt. Ob das System diese Niveaus wirtschaftlich zuverlässig liefern kann, muss die weitere Entwicklung zeigen.
Technologischer Hintergrund
Die Arbeit baut auf einem KIT-Forschungsprojekt aus dem Jahr 2024 auf. Damals entwickelten die Forscher ein transparentes Material, das Gebäude passiv kühlt und gleichzeitig Tageslicht durchlässt. In der aktuellen Studie wurde dieses Prinzip um die Solarenergienutzung erweitert.
Die Forschungsgruppe um Gan Huang vom Institut für Mikrostrukturtechnik des KIT hat die Ergebnisse in der Fachzeitschrift „Cell Reports Physical Science“ veröffentlicht. Nächste Schritte umfassen die Optimierung der Lichtführung, des Wärmemanagements und der eingesetzten Solarzellen.
Relevanz für Industrie und Rechenzentren
Die KIT-Forscher verweisen explizit auf energieintensive Anwendungen. Rechenzentren, die für KI-Anwendungen betrieben werden, benötigen große Mengen Strom und erhebliche Kühlkapazitäten. Bislang sind das zwei voneinander getrennte Infrastrukturen mit entsprechendem Flächenbedarf und Investitionsaufwand.
Für Industriegebäude mit großen Dachflächen könnte das Konzept eine andere Logik einführen: Eine Fläche liefert mehrere Energiedienstleistungen, was den Platzbedarf für separate Anlagen reduziert. Wer heute Photovoltaik, Solarthermie und Klimatechnik plant, muss dafür drei Systeme beschaffen, warten und betreiben.
Wo der Technologiereifegrad steht
Der Prototyp befindet sich auf einem frühen Entwicklungsstand. Freilandversuche belegen die physikalische Machbarkeit, nicht die Wirtschaftlichkeit. Angaben zu Systemkosten, Lebensdauer der Beschichtung oder Wartungsaufwand liegen bislang nicht vor. Bis zur Marktreife sind weitere Entwicklungsschritte notwendig.
Für Unternehmen, die Investitionsentscheidungen im Bereich Gebäudeenergietechnik planen, ist das System heute noch nicht beschaffbar. Als Technologietrend ist es vor allem dort relevant, wo Dachflächen knapp sind und gleichzeitig hoher Bedarf an Strom, Wärme und Kühlung besteht.
Fazit
Das KIT hat mit dem hybriden Strahlungskühlungs- und Solarsystem einen Prototyp vorgelegt, der in Freilandversuchen funktioniert. Die gleichzeitige Bereitstellung von Strom, Prozesswärme und Kühlung auf einer Fläche ist technisch demonstriert. Für Betriebe mit flächenintensiven Energiesystemen, darunter Produktionshallen, Logistikzentren und Rechenzentren, ist die Technologie mittelfristig beobachtenswert. Kurzfristige Investitionsentscheidungen lassen sich darauf noch nicht stützen.
