Ein deutsches Institut entwickelt ein hybrides Dachsystem, das Strom, Wärme und Kälte erzeugt

Ein deutsches Forschungsinstitut hat eine kompakte Dachtechnologie entwickelt, die Solarstrom erzeugt, Warmwasser bereitstellt und Innenkühlung in einem integrierten System bietet. Nach Angaben des Informationsdienstes des Instituts kombiniert das System Solarzellen, Photovoltaik und passive Tageslicht-Strahlungskühlungstechnologie.

In einer Pressemitteilung des Karlsruher Instituts für Technologie vom 14. August 2026 kündigte eine Forschungsgruppe unter der Leitung von Gan Huang die Entwicklung eines Hybridsystems an, das in der Lage ist, Strom, Wärme und Kühlung gleichzeitig auf einer einzigen Oberfläche zu erzeugen und dabei die Wärme der Sonne und die Kälte des Weltraums zu nutzen.

Das System basiert auf einer transparenten Kühlschicht aus Silica und Polydimethylsiloxan. Diese Schicht lässt Licht durch und gibt gleichzeitig Wärme durch ein sogenanntes atmosphärisches Fenster an den Weltraum ab.

Ein atmosphärisches Fenster ist ein natürlicher physikalischer Mechanismus, der es der Erdoberfläche ermöglicht, ihre Wärme direkt in den Weltraum abzugeben, ohne dass die Atmosphäre diesen Prozess behindert. Es gibt einen bestimmten Bereich von Infrarotwellenlängen (zwischen etwa 8 und 13 Mikrometern), in dem die Atmosphäre für Wärme sehr transparent ist und die von der Oberfläche ausgehende Wärme nicht absorbiert. Wenn die Oberfläche in diesem Bereich Wärme abgibt, durchdringt sie die Atmosphäre und gelangt direkt in den Weltraum, was zu einer natürlichen Kühlung führt, ohne Energie oder Strom zu verbrauchen. Die Wärme entweicht direkt in den Weltraum, als gäbe es ein „offenes Fenster“, durch das sie entweichen kann.

Das Vorhandensein einer Kühlschicht aus Siliciumdioxid (mit einer Substanz namens Polydimethylsiloxan) ist in diesem Hybridsystem wichtig, da es speziell dafür ausgelegt ist, Wärme innerhalb dieses Bereichs abzugeben, so dass es trotz Sonneneinstrahlung tagsüber kühl bleibt und für natürliche Kühlung ohne Strom sorgt, während die darunter liegenden Solarzellen Strom und Wärme erzeugen.

Cell Reports Physical Science erklärt, dass diese Schicht eine natürliche Kühlung ermöglicht, ohne Energie zu verbrauchen, während eine Fresnel-Linse das Sonnenlicht auf einen kleinen Sonnenkollektor fokussiert, um Wärme zu erzeugen, und es einen thermischen Photovoltaik-Kollektor zur Stromerzeugung gibt.

Der Prototyp demonstrierte die Fähigkeit, eine Kühlung zu erreichen, die 6,5 Grad Celsius unter der Umgebungslufttemperatur liegt, 60,6 Watt/m² Strom zu erzeugen und 110,8 Grad Celsius Wärme zu erreichen.

Ivan Alberto Cruz Garcia, Forscher am Institut für Mikrostrukturtechnik, sagt, dass die Trennung der Kühlzone und der Heizzone die größte Herausforderung sei.

Gan Huang beschreibt das System als eine Kombination aus „Feuer und Eis“, die Sonnenlicht einfängt, um Energie zu erzeugen, und gleichzeitig Wärme in den Weltraum abgibt, um für Kühlung zu sorgen. Er weist darauf hin, dass die Technologie ideal für Anwendungen wie Rechenzentren mit künstlicher Intelligenz sein könnte, die hohe Leistung und kontinuierliche Kühlung erfordern.

An der Studie nahm Professor Shanhui Fan von der Stanford University teil, einer der führenden Experten für passive tägliche Strahlungskühlung. Die wissenschaftliche Arbeit bestätigt, dass die Kombination von Sonne und Raum den Weg für die Entstehung einer neuen Generation multifunktionaler Gebäudedächer ebnet.