Energie-Revolution vom Dach: Neues System liefert gleichzeitig Strom, Wärme und Kühlung

Klimawandel und Hitzewellen machen effiziente Kühlung in Gebäuden zur Notwendigkeit. Herkömmliche Klimaanlagen verschärfen das Problem jedoch oft: Sie verbrauchen enorme Mengen Strom und geben Abwärme direkt in die Umgebung ab.

Kühlung durch Weltraumstrahlung

Ein Forschungsteam des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) unter der Leitung von Iván Alberto Cruz García hat nun einen innovativen Ansatz verfolgt. Sie nutzen das Prinzip der passiven Strahlungskühlung, um Gebäude ohne zusätzliche Energiezufuhr zu temperieren.

Dabei wird überschüssige Hitze als Infrarotstrahlung in einem Wellenlängenbereich von acht bis 13 Mikrometern abgegeben. In diesem speziellen „atmosphärischen Fenster“ ist die Erdatmosphäre für Wärmestrahlung durchlässig, wodurch die Hitze direkt in den Weltraum entweichen kann. Die Oberfläche des Kühlsystems kühlt dadurch ab und kann zur Senkung der Innentemperatur genutzt werden.

Drei Funktionen in einem Modul

Die größte Herausforderung bestand bisher im Platzmangel auf Hausdächern, da Strahlungskühler, Photovoltaik (PV) und Solarthermie meist um denselben Raum konkurrieren. Das KIT-Team hat diese Funktionen nun in einem einzigen Bauteil vereint.

Der Aufbau ist modular geschichtet:

• Oberste Schicht: Ein Strahlungskühler aus einer Siliziumdioxid-Platte mit einer Beschichtung aus Polydimethylsiloxan (PDMS).
• Mittlere Ebene: Ein Photovoltaikmodul auf Basis von Galliumarsenid.
• Unterste Ebene: Ein Solarthermie-Kollektor mit Kupferblock zur Wärmegewinnung.

Thermische Trennung als Schlüssel

Damit das System funktioniert, müssen die gegensätzlichen Anforderungen von Kühlung und Heizung räumlich entkoppelt werden. Seniorautor Gan Huang erklärt das Prinzip: Das Sonnenlicht durchdringt zunächst die transparente Kühlschicht. Erst darunter bündelt eine Fresnel-Linse das Licht gezielt auf den Solarkollektor.

Dadurch bleibt die Kühlschicht kühl, während der Kollektor für die Solarthermie hohe Temperaturen erreicht. In Prototypentests konnte das System die Oberfläche um bis zu 13,6 Grad unter die Umgebungstemperatur kühlen.

Praxistauglichkeit bestätigt

In einem Feldversuch im April 2025 erzielte der Prototyp beeindruckende Werte: Bei gleichzeitiger Nutzung erreichte das Modul eine Kühlleistung bis zu 6,5 Grad unter der Umgebungstemperatur. Gleichzeitig lieferte es Solarstrom mit einer Leistungsdichte von 60,6 Watt pro Quadratmeter und erhitzte den thermischen Kollektor auf über 110 Grad.

Die Vision der Forscher: Dächer und Fassaden sollen sich zu multifunktionalen Kraftwerken entwickeln, die autark Strom erzeugen, Warmwasser bereitstellen und als natürliche Klimaanlage das Innenraumklima stabilisieren.