Strom, Wärme und Kühlung in einem Solarmodul: Forscher testen neues System
Forschende entwickeln ein neues 3-in-1-Solarsystem, das gleichzeitig Strom erzeugt, Wärme bereitstellt und kühlt. Die Technik könnte sich für Dächer und Fassaden eignen.
Ein neues hybrides Energiesystem des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) kann gleichzeitig Strom erzeugen, Wärme bereitstellen und für Kühlung sorgen. Die Forschenden haben das Konzept bereits unter realen Bedingungen getestet. Noch ist allerdings offen, ob sich die Technik wirtschaftlich skalieren lässt und künftig auch für Wohnhäuser infrage kommt.
Drei Funktionen auf einer Fläche
Das System kombiniert Photovoltaik mit passiver Strahlungskühlung. Eine speziell entwickelte transparente Schicht lässt Sonnenlicht nahezu ungehindert passieren und gibt gleichzeitig Wärmeenergie als Infrarotstrahlung über das sogenannte atmosphärische Fenster ins Weltall ab. Dabei handelt es sich um einen Wellenlängenbereich, über den Wärme besonders gut durch die Erdatmosphäre entweichen kann.
Das durchgelassene Sonnenlicht wird anschließend von einer Linse gebündelt und auf einen photovoltaisch-thermischen Kollektor gelenkt. Dieser erzeugt daraus Strom und Wärme, während die darüberliegende Schicht gleichzeitig für Kühlung sorgt. Damit laufen alle drei Prozesse parallel auf derselben Fläche ab.
Heiße und kalte Bereiche bleiben getrennt
Bei den Tests kühlte sich die Temperatur der Trennschicht um bis zu 6,5 Grad Celsius unter die Umgebungstemperatur ab. Der Wärmekollektor erreichte knapp 111 Grad Celsius, die elektrische Leistungsdichte betrug 60,6 Watt pro Quadratmeter.
Eine besondere Herausforderung war es für die Forschenden, die gegensätzlichen Anforderungen von Wärmegewinnung und Kühlung in einem System zu vereinen. Gelöst wird das durch die räumliche Anordnung der Komponenten: Das Sonnenlicht durchdringt zunächst die transparente Kühlschicht. Erst darunter bündelt eine Linse das Licht auf einen deutlich kleineren Solarkollektor. Der heiße Kollektor und die kühlende Schicht bleiben dadurch voneinander getrennt.
Noch keine fertige Lösung für Wohnhäuser
Die Forschenden sehen für das Konzept verschiedene mögliche Einsatzbereiche. Möglich seien unter anderem Dächer und Fassaden, die gleichzeitig Strom, Wärme und Kühlung bereitstellen. Auch für energieintensive Anwendungen wie KI-Rechenzentren könnte das System interessant sein, da diese sowohl viel Strom als auch Kühlung benötigen.
Ob sich die Technik auch für Eigenheime eignet, ist derzeit noch offen. Dafür muss sich unter anderem zeigen, ob das System wirtschaftlich skaliert werden kann und zu welchen Kosten. Auch bei der Leistung gibt es noch Unterschiede zu etablierten Technologien: Die Kühlleistung ist geringer als bei einer klassischen Klimaanlage, kann aber die Wärmelast eines Gebäudes reduzieren und damit den Energiebedarf zusätzlicher Kühlung senken.
Die elektrische Leistung von rund 60 Watt pro Quadratmeter liegt bisher zudem deutlich unter der moderner Solarmodule, die teilweise das Drei- bis Vierfache erreichen. Die Forschenden wollen das System nun weiter optimieren.
