Un team del Karlsruhe Institute of Technology (KIT) ha sviluppato un sistema energetico che combina fotovoltaico, solare termico e raffreddamento radiativo passivo diurno, offrendo in un’unica struttura la produzione simultanea di elettricità, calore e aria fredda. La soluzione nasce per rispondere alla crescente competizione per lo spazio su tetti e facciate, spesso occupati da impianti diversi che richiedono superfici dedicate. Il prototipo mostra risultati significativi e apre a nuove possibilità per edifici residenziali, infrastrutture energivore e applicazioni industriali.

Un tetto che integra tre funzioni energetiche

Il sistema del KIT utilizza uno strato trasparente di silice rivestito con polidimetilsilossano, che permette alla luce solare di raggiungere una lente di Fresnel. Quest’ultima concentra la radiazione su un collettore fotovoltaico-termico compatto, generando contemporaneamente elettricità e calore.

Parallelamente, la struttura disperde parte dell’energia termica attraverso la cosiddetta finestra atmosferica, una banda di lunghezze d’onda in cui l’atmosfera risulta altamente trasmissiva alla radiazione infrarossa. Questo meccanismo consente il raffreddamento radiativo passivo, sfruttando il “freddo dello spazio” come risorsa naturale.

Raffrescamento passivo e separazione termica

Uno degli aspetti più complessi del progetto riguarda la coesistenza di elementi che devono operare a temperature opposte. Il collettore solare necessita di assorbire quanta più energia possibile, mentre la superficie dedicata al raffreddamento deve restare il più fredda possibile.

Per risolvere il problema, i ricercatori hanno progettato una stratificazione che mantiene fisicamente separati i due elementi: la luce attraversa prima lo strato dedicato al raffreddamento e solo dopo viene concentrata sulla parte fotovoltaico-termica. Questa configurazione permette di ottenere un raffrescamento fino a 6,5 °C sotto la temperatura ambiente, una potenza elettrica di 60,6 W/m² e temperature di riscaldamento che raggiungono 110,8 °C.

Applicazioni e prospettive future

La tecnologia potrebbe trasformare tetti e facciate in superfici energetiche multifunzionali, particolarmente utili per strutture che richiedono sia elevata potenza sia sistemi di raffreddamento, come i data center. L’idea di sfruttare contemporaneamente calore solare e freddo cosmico apre a una nuova generazione di soluzioni energetiche integrate.

Il progetto, sviluppato in collaborazione con l’Università di Stanford, proseguirà con l’ottimizzazione del design ottico, della gestione termica e delle celle solari, con l’obiettivo di rendere il sistema più efficiente e adattabile a diverse tipologie di edifici.