Il sistema del KIT concentra la luce su un piccolo collettore e disperde energia verso il cielo: nei test la superficie è scesa fino a 6,5 °C sotto la temperatura ambiente
LA NOTIZIA IN BREVE – Il Karlsruhe Institute of Technology (KIT) ha messo a punto un prototipo capace di sfruttare la stessa superficie per tre funzioni diverse: generare elettricità, recuperare calore e favorire il raffrescamento. Il sistema lascia attraversare la luce solare, la concentra su un piccolo collettore fotovoltaico-termico e, nello stesso tempo, disperde parte del calore verso il cielo attraverso il raffreddamento radiativo. Nei test all’aperto la superficie è scesa fino a 6,5 °C sotto la temperatura ambiente, mentre il lato termico ha raggiunto 110,8 °C. Il principio funziona, ma la tecnologia è ancora lontana dal mercato: restano da valutare costi, durata, manutenzione e resa durante tutto l’anno. L’obiettivo è ambizioso: usare meglio lo spazio sui tetti, facendo svolgere allo stesso metro quadrato più lavori contemporaneamente.
Se vuoi andare oltre alla sintesi della nostra notizia leggi qui di seguito l’approfondimento
L’APPROFONDIMENTO – Una nuova tecnologia si appresta a conquistare i tetti delle case europee. Grazie al lavoro di un gruppo di ricercatori tedeschi del Karlsruhe Institute of Technology (KIT), che ha collaborato con un team di scienziati coordinati da Shanhui Fan, professore alla Stanford University, è stato possibile creare un dispositivo che mette insieme fotovoltaico, solare termico e Passive Daytime Radiative Cooling (PDRC), il raffreddamento radiativo passivo diurno.
Durante le prove all’aperto l’innovativo impianto ha portato la superficie fino a 6,5 °C sotto la temperatura dell’aria, mentre il sistema ha prodotto elettricità con una densità di potenza massima di 60,6 W/m², raggiungendo 110,8 °C nella parte destinata alla produzione di calore. Tre risultati ottenuti nello stesso momento e sulla stessa superficie.
Il lavoro, firmato da Iván Alberto Cruz García, Botho Lehmann, Shanhui Fan e Gan Huang, è stato pubblicato nel 2026 su Cell Reports Physical Science. Il problema affrontato dai ricercatori mirava alla risoluzione di un problema oggettivo: sui tetti lo spazio è quello che è. Fotovoltaico, collettori solari, pompe di calore, ventilazione e altri impianti finiscono facilmente per contendersi gli stessi metri quadrati. Il gruppo del KIT ha provato a capire se quello spazio potesse essere sfruttato più volte.
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Come può produrre caldo e freddo nello stesso momento?
Per ottenere calore dal Sole bisogna assorbirne l’energia. Per raffreddare una superficie bisogna invece riuscire a smaltirla. Le due cose, sulla carta, sembrano andare in direzioni opposte. Il gruppo guidato da Gan Huang, responsabile dell’Hybrid Solar Technologies Lab del KIT, ha risolto il problema separando fisicamente le due funzioni.
Nella parte superiore c’è uno strato trasparente di silice rivestito con polidimetilsilossano (PDMS), un polimero siliconico. La luce lo attraversa e raggiunge una lente di Fresnel, che la concentra su un collettore fotovoltaico-termico più piccolo sistemato sotto. È lì che vengono prodotti elettricità e calore.
La superficie superiore, intanto, continua a emettere verso il cielo parte della propria energia sotto forma di radiazione infrarossa.
Il trucco, se così lo si può definire, è quasi “banale”: la luce attraversa la superficie che deve restare più fredda e viene raccolta più in basso, dove può essere trasformata in elettricità e calore. Le due funzioni non si ostacolano perché avvengono in punti diversi.
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Che cosa significa “sfruttare il freddo dello spazio”?
Benché suggestiva, l’espressione usata dai ricercatori è impropria: il dispositivo non cattura letteralmente freddo dal cosmo. Tutti i corpi emettono energia sotto forma di radiazione infrarossa. L’atmosfera terrestre ne assorbe una parte, ma lascia passare meglio alcune lunghezze d’onda, in particolare in una fascia compresa indicativamente tra 8 e 13 micrometri: è la cosiddetta finestra atmosferica.
Se una superficie emette bene proprio in quella fascia e nello stesso tempo assorbe poco calore, può perdere più energia di quanta ne riceva e scendere così sotto la temperatura dell’aria circostante. Di notte il fenomeno è più facile da sfruttare, mentre di giorno il Sole complica tutto, perché continua a riversare energia sulla superficie.
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Quanto ha funzionato nei test?
Durante le prove all’aperto le tre funzioni hanno lavorato insieme. Il dato più evidente riguarda il raffreddamento: la superficie è arrivata fino a 6,5 °C sotto la temperatura dell’aria circostante. Nello stesso esperimento il sistema ha raggiunto una densità di potenza elettrica di 60,6 W/m² e una temperatura di 110,8 °C sul lato termico.
I 6,5 °C, però, sono il valore massimo osservato durante le prove. Non significano che il sistema mantenga sempre quella differenza di temperatura.
Il raffreddamento radiativo cambia molto in base alle condizioni atmosferiche. Con cielo limpido e aria secca funziona meglio. Umidità e nuvole riducono invece la quantità di radiazione infrarossa che riesce a disperdersi verso l’alto.
Anche il dato dei 60,6 W/m² va trattato con cautela. Non è direttamente confrontabile con la potenza nominale di un comune pannello fotovoltaico commerciale: cambiano la configurazione, la superficie attiva, la concentrazione della luce e le condizioni della prova.
Il risultato importante è un altro: le tre funzioni possono convivere nello stesso dispositivo.
Può sostituire un climatizzatore?
Almeno la nuova tecnologia non è sufficientemente matura da potersi dire pronta a sostituire i tradizionali climatizzatori. Il prototipo è stato in grado di raffredda una superficie ma non produce direttamente aria fredda da immettere in una stanza. Per trasformare quel raffreddamento in qualcosa di utile e utilizzabile per un edificio servirebbe un sistema capace di trasferire il beneficio a un fluido, per esempio acqua o aria, attraverso scambiatori e circuiti dedicati. In pratica il raffreddamento radiativo potrebbe diventare uno dei componenti di un impianto, non necessariamente l’intero impianto.
Perché concentrare tutto sul tetto?
Un tetto moderno può già ospitare pannelli fotovoltaici, collettori solari, unità esterne delle pompe di calore, ventilazione, antenne e altri apparati. Aggiungere una nuova tecnologia significa quasi sempre togliere spazio a qualcosa che c’è già. Il progetto del KIT prova invece a usare più volte la stessa superficie: produrre elettricità, raccogliere calore e contribuire al raffrescamento.
Nell’Unione europea circa il 40% dell’energia viene consumato negli edifici e riscaldamento, raffrescamento e acqua calda rappresentano una quota molto rilevante dei consumi domestici. Nei centri urbani c’è poi un problema che spesso viene trascurato: il tetto non cresce insieme alle esigenze energetiche dell’edificio. Se uno stesso metro quadrato riuscisse davvero a svolgere tre compiti, il vantaggio non starebbe soltanto nell’energia prodotta.
La domanda che in tanti si staranno ponendo è tuttavia un’altra: quanto costerà un impianto del genere? I ricercatori non hanno fatto stime.
Perché i ricercatori pensano anche ai data center?
Tra le applicazioni citate dal gruppo compaiono anche i data center. Oggi il tema è attuale. Nel mondo si contano migliaia di server che lavorano incessantemente, consumando tantissima elettricità e trasformando una parte consistente di quell’energia in calore. Raffreddarli è indispensabile. Una superficie capace di produrre energia e nello stesso tempo aiutare a smaltire calore può quindi diventare interessante.
Qui, però, le esigenze sono molto più severe rispetto a quelle di un edificio residenziale. I server devono essere raffreddati giorno e notte, con cielo limpido o coperto, in estate e in inverno. Un impianto industriale non può dipendere troppo dalle condizioni meteorologiche. È difficile quindi immaginare il sistema del KIT come sostituto degli attuali apparati di refrigerazione. Più realistico pensarlo come supporto: una parte del calore viene smaltita passivamente e il resto continua a essere gestito dagli impianti tradizionali.
Domande e risposte
Le risposte essenziali ai dubbi più comuni sulla nuova tecnologia sviluppata dal KIT.
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Disponibilità
Si può già installare su una casa?
No. Il sistema del KIT è ancora un prototipo sperimentale. Prima di un eventuale utilizzo commerciale devono essere valutati costi, durata, manutenzione e rendimento durante tutto l’anno.
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Tecnologia
Come riesce a produrre caldo e freddo insieme?
La luce attraversa uno strato superiore trasparente e viene concentrata su un piccolo collettore fotovoltaico-termico. La superficie superiore, intanto, può disperdere calore verso il cielo attraverso il raffreddamento radiativo.
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Verifica
I 6,5 °C in meno significano che raffredda una stanza?
No. I 6,5 °C indicano la massima differenza osservata tra la superficie del prototipo e l’aria circostante durante i test. Per raffreddare un ambiente servirebbero circuiti e scambiatori capaci di trasferire quel beneficio all’acqua o all’aria.
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Prestazioni
Funziona allo stesso modo con nuvole e umidità?
No. Il raffreddamento radiativo rende meglio con cielo limpido e atmosfera relativamente secca. Umidità e copertura nuvolosa riducono la quantità di energia infrarossa che può disperdersi verso il cielo.
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Confronto
Che cosa offre in più rispetto a un normale pannello fotovoltaico?
Il prototipo prova a sfruttare lo stesso spazio per tre funzioni: produzione elettrica, recupero di calore e raffreddamento radiativo. Non è però ancora possibile stabilire se sarà economicamente più conveniente delle tecnologie oggi disponibili.
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Costi
Quanto potrebbe costare?
Al momento non esiste una stima commerciale. Il progetto è ancora nella fase di ricerca e i costi per metro quadrato, l’installazione e la manutenzione dovranno essere valutati quando il sistema verrà sperimentato su scala più ampia.
Che cosa succede con nuvole, umidità e sporco?
Con gli attuali sistemi solari e fotovoltaici le condizioni climatiche sono decisive. Il cielo non offre sempre le stesse condizioni e la resa di un impianto può esser dunque compromessa. Con atmosfera secca e cielo limpido la radiazione infrarossa riesce a disperdersi meglio. Quando aumentano l’umidità e la copertura nuvolosa, una parte di quell’energia viene assorbita e riemessa dall’atmosfera e il raffreddamento perde efficacia. Su un tetto reale entrano poi in gioco molte altre variabili: vento, polvere, pioggia, ombre, grandine, raggi ultravioletti, stagioni e invecchiamento dei materiali.
La lente di Fresnel deve continuare a concentrare correttamente la luce. Lo strato trasparente deve mantenere le sue proprietà ottiche. Il sistema termico deve portare via il calore senza introdurre perdite troppo elevate. E le prestazioni andrebbero misurate per mesi, non soltanto durante una serie di test.
Per questo 6,5 °C sotto la temperatura ambiente è un risultato interessante, ma non è ancora il numero con cui progettare un edificio. Dice quanto ha ottenuto il prototipo nelle condizioni sperimentali. Per sapere quanto renderebbe a Milano in novembre, a Cagliari in agosto o su un capannone dopo cinque anni serve ben altro.
Quanto manca a un tetto che si possa comprare?
I nuovi dispositivi non sono pronti a sbarcare sul mercato. I prossimi passi indicati dai ricercatori riguardano il miglioramento del design ottico, della gestione termica e delle celle fotovoltaiche. Ma prima della commercializzazione servono risposte ancora più concrete: costo per metro quadrato, durata, manutenzione, resistenza agli agenti atmosferici, rendimento annuale e comportamento su superfici molto più grandi.
C’è poi la questione della scala. Nel prototipo la luce viene concentrata su un collettore relativamente piccolo. Portare lo stesso principio su decine o centinaia di metri quadrati significa mantenere allineamento, prestazioni ottiche e controllo termico su un sistema molto più complesso.
Molte tecnologie energetiche funzionano bene quando occupano un banco di laboratorio o una piccola struttura sperimentale. Il passaggio difficile arriva dopo: farle costare abbastanza poco, durare abbastanza a lungo e funzionare anche quando piove, tira vento e nessuno pulisce la superficie ogni settimana.
Da dove arriva questa tecnologia?
Il sistema presentato nel 2026 nasce da un filone di ricerca che va avanti da anni. Nel 2024 il KIT aveva già lavorato su materiali trasparenti capaci di lasciar passare la luce e contemporaneamente favorire la dispersione del calore verso il cielo. Nel nuovo prototipo quella proprietà viene sfruttata in maniera diversa: la luce che attraversa lo strato superiore non viene lasciata passare, ma concentrata sul collettore fotovoltaico-termico sottostante. Anche Shanhui Fan, professore alla Stanford University e coautore dello studio, lavora da tempo sul raffreddamento radiativo diurno. La novità sta nell’integrazione: raffreddamento radiativo e produzione fotovoltaico-termica vengono fatti lavorare nello stesso sistema e nello stesso momento.
Link e fonti
Studio originale, documenti scientifici e dati istituzionali per approfondire il sistema che combina energia solare e raffreddamento radiativo.
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Fonte primaria
Hybrid Energy System: One Roof for Electricity, Heating and Cooling
Il comunicato ufficiale descrive il prototipo, il funzionamento del sistema e i risultati ottenuti all’aperto: raffreddamento fino a 6,5 °C sotto la temperatura ambiente, 60,6 W/m² di potenza elettrica e temperature termiche fino a 110,8 °C.
Consulta il comunicato KIT -
Studio scientifico
Co-harvesting universe coldness and solar energy for tri-generation of cooling, electricity and heating
È la pubblicazione originale firmata da Iván Alberto Cruz García, Botho Lehmann, Shanhui Fan e Gan Huang. Descrive l’architettura del sistema, la parte fotovoltaico-termica e il raffreddamento radiativo passivo diurno.
Consulta lo studio -
Dati europei
Energy Performance of Buildings Directive
La pagina raccoglie i dati ufficiali sul peso energetico degli edifici nell’Unione europea: circa il 40% dell’energia consumata nell’UE viene utilizzato negli edifici e circa l’80% dei consumi domestici riguarda riscaldamento, raffrescamento e acqua calda.
Consulta i dati UE -
Data center
Energy and AI – Energy demand from AI
L’analisi quantifica la crescita dei consumi elettrici dei data center e il peso delle infrastrutture di raffreddamento. Nello scenario centrale dell’IEA la domanda globale dei data center potrebbe raggiungere circa 945 TWh nel 2030.
Consulta l’analisi IEA -
Approfondimento scientifico
Sending excess heat into the sky
L’approfondimento spiega il principio del raffreddamento radiativo verso il cielo e documenta precedenti esperimenti del gruppo di Shanhui Fan per trasferire il raffreddamento passivo a fluidi utilizzabili negli impianti.
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