Científicos del KIT combinan energía solar y enfriamiento radiativo: enfría hasta 6,5 °C y alcanza 110,8 °C de calor.
- ☀️ Electricidad y calor a partir del Sol.
- ❄️ Refrigeración pasiva hasta 6,5 ºC por debajo del ambiente.
- 🔥 Temperaturas de calentamiento de hasta 110,8 ºC.
- ⚡ Potencia eléctrica de 60,6 W/m².
- 🏠 Tres funciones aprovechando una misma superficie.
- 🌌 El espacio exterior como sumidero térmico.
- 🏢 Potencial para edificios, industria y centros de datos.
- 🔬 Tecnología todavía en fase de prototipo.
Un techo capaz de aprovechar el calor del Sol y el frío del espacio
La propuesta ha sido desarrollada por un equipo dirigido por Gan Huang, del Instituto de Tecnología de Microestructuras del KIT, y publicada en Cell Reports Physical Science.
El concepto combina tres tecnologías que normalmente se encuentran separadas: fotovoltaica, energía solar térmica y refrigeración radiativa pasiva diurna, conocida por las siglas PDRC (Passive Daytime Radiative Cooling).
El planteamiento va más allá de colocar varios dispositivos juntos. La clave está en conseguir que procesos térmicamente opuestos puedan funcionar sobre una misma superficie sin perjudicarse entre ellos.
Por una parte interesa concentrar tanta radiación solar como sea posible para obtener electricidad y calor. Por otra, la superficie refrigerante necesita permanecer relativamente fría para poder expulsar energía térmica hacia el cielo.
Los investigadores lo describen con una imagen bastante gráfica: combinar «fuego» y «hielo» en un mismo sistema energético.
Así consigue enfriar mientras recibe radiación solar
El componente esencial es una capa emisora transparente formada por un sustrato de sílice recubierto con polidimetilsiloxano, un polímero de silicona conocido como PDMS.
Su comportamiento óptico es lo que hace posible el sistema.
La radiación solar atraviesa esta superficie y continúa hacia los componentes situados debajo. Al mismo tiempo, la capa puede desprender parte de su energía térmica mediante radiación infrarroja dirigida hacia el cielo.
Aquí entra en juego un fenómeno especialmente interesante: la llamada ventana atmosférica.
La atmósfera terrestre no absorbe de la misma forma todas las longitudes de onda infrarrojas. Existe un intervalo en el que resulta relativamente transparente a la radiación térmica. Un material diseñado correctamente puede emitir calor dentro de esa ventana y enviarlo hacia las capas altas de la atmósfera y, en última instancia, hacia el espacio.
El cielo funciona así como un enorme sumidero térmico natural.
Y no requiere un compresor para hacerlo.
Una lente Fresnel evita que el calor arruine la refrigeración
Debajo de la capa refrigerante transparente se encuentra otro componente fundamental: una lente Fresnel.
Su misión consiste en concentrar la luz solar transmitida sobre un colector fotovoltaico-térmico mucho más pequeño.
Esta arquitectura resuelve uno de los principales problemas del diseño. Si el colector solar caliente ocupase directamente la misma superficie que el emisor radiativo, parte de ese calor terminaría calentando la zona que precisamente se intenta mantener fría.
Al concentrar la radiación sobre un área reducida, la zona de alta temperatura queda físicamente separada de la superficie dedicada a la refrigeración.
Es una decisión de diseño aparentemente sencilla, pero permite que las tres funciones puedan coexistir.
Los resultados del prototipo: frío, electricidad y calor simultáneamente
Durante los experimentos realizados al aire libre, el prototipo consiguió desarrollar las tres funciones al mismo tiempo.
La superficie destinada a refrigeración alcanzó temperaturas de hasta 6,5 ºC por debajo de la temperatura ambiente. El componente fotovoltaico produjo una densidad de potencia eléctrica de 60,6 W/m², mientras que el aprovechamiento térmico permitió alcanzar 110,8 ºC.
No significa que cualquier edificio equipado con este sistema vaya a reducir automáticamente su temperatura interior en 6,5 ºC. La cifra corresponde al comportamiento térmico obtenido por el prototipo experimental y no debe confundirse con una reducción equivalente de la temperatura de una vivienda completa.
La diferencia es importante.
Para trasladar estos resultados a un edificio real habría que considerar aislamiento, superficie disponible, orientación, radiación solar, humedad, viento, temperatura exterior, cargas internas y características de la envolvente.
Aun así, conseguir refrigeración, generación eléctrica y calor útil simultáneamente abre una vía bastante diferente a la de los sistemas solares convencionales.
De tres instalaciones diferentes a una superficie energética
En un edificio convencional, cada necesidad suele resolverse por separado.
Los paneles fotovoltaicos ocupan una parte de la cubierta. Los colectores solares térmicos necesitan otra. La refrigeración depende normalmente de bombas de calor o equipos de aire acondicionado alimentados con electricidad.
Esto no supone un gran inconveniente cuando sobra superficie. En edificios urbanos, instalaciones industriales, hospitales, supermercados o centros de datos, la situación cambia.
Cada metro cuadrado disponible cuenta.
La tecnología desarrollada en Karlsruhe apunta hacia un concepto diferente: convertir tejados y fachadas en superficies energéticas multifuncionales, capaces de gestionar simultáneamente diferentes flujos de energía.
Ese enfoque puede adquirir especial relevancia en Europa durante los próximos años. La revisión de 2024 de la Directiva europea sobre eficiencia energética de los edificios establece el edificio de cero emisiones como nuevo estándar: se aplicará a los nuevos edificios públicos desde 2028 y al conjunto de edificios nuevos desde 2030.
La combinación de generación renovable, eficiencia y reducción de la demanda de climatización encaja directamente con esa evolución del parque inmobiliario europeo.
La refrigeración se está convirtiendo en una cuestión energética de primer orden
El interés de esta investigación también tiene que entenderse dentro de un contexto más amplio.
La electrificación está creciendo y la refrigeración de edificios representa una parte cada vez más importante de la demanda eléctrica. Las olas de calor aumentan precisamente el consumo de aire acondicionado cuando las redes eléctricas están sometidas a mayor presión.
En 2024, el consumo eléctrico mundial de los edificios aumentó alrededor de 600 TWh, aproximadamente un 5 %. Entre los factores que impulsaron ese crecimiento estuvieron las fuertes olas de calor y el consecuente aumento de la climatización, junto con la expansión de los centros de datos.
La refrigeración radiativa resulta atractiva porque ataca el problema desde otro ángulo: extraer calor sin depender necesariamente de un ciclo frigorífico accionado por electricidad.
Eso no implica que vaya a sustituir al aire acondicionado. En muchas aplicaciones podría actuar como complemento, reduciendo parte de la carga térmica que posteriormente debe gestionar el sistema convencional.
Ahí probablemente esté una de sus aplicaciones más interesantes.
Centros de datos e inteligencia artificial: un posible campo de aplicación
El propio equipo del KIT señala a los centros de datos vinculados a la inteligencia artificial como uno de los escenarios potenciales.
Tiene sentido. Estas instalaciones necesitan grandes cantidades de electricidad y producen continuamente calor que debe evacuarse.
La Agencia Internacional de la Energía calcula que los centros de datos consumieron alrededor de 485 TWh de electricidad en 2025. Su escenario central sitúa esa cifra cerca de 950 TWh en 2030, mientras que el consumo de los centros específicamente orientados a inteligencia artificial podría triplicarse durante ese periodo.
Además, la densidad energética del hardware está aumentando rápidamente. Más capacidad informática concentrada en menos espacio significa también más calor que retirar por unidad de superficie.
Una cubierta capaz de generar electricidad y proporcionar simultáneamente cierto grado de refrigeración pasiva podría contribuir a reducir consumos auxiliares. El calor capturado abre además la posibilidad de buscar usos adicionales, siempre que exista demanda térmica cercana.
Conviene mantener cierta perspectiva: el dispositivo del KIT es todavía un prototipo de investigación, no una solución comercial preparada para instalarse sobre un gran centro de datos.
También podría tener sentido donde se necesite calor
La temperatura máxima registrada, 110,8 ºC, amplía las posibles aplicaciones.
El calor solar no sirve únicamente para producir agua caliente sanitaria. Determinados procesos industriales utilizan calor de baja y media temperatura, y existe un creciente interés por sustituir combustibles fósiles mediante solar térmica, electrificación y recuperación de calor.
En edificios, las necesidades habituales son menos exigentes: agua caliente, calefacción o apoyo a determinados procesos térmicos.
Un sistema multifuncional tendría una ventaja adicional: durante las horas de máxima radiación solar podría estar produciendo electricidad y energía térmica mientras reduce simultáneamente la carga de refrigeración sobre otra superficie.
La cuestión decisiva será qué porcentaje de esa energía puede aprovecharse realmente cuando el dispositivo aumente de escala.
Una evolución de un material presentado en 2024
La investigación no parte de cero.
En 2024, el mismo grupo presentó un material transparente capaz de favorecer la refrigeración pasiva mientras permitía el paso de la luz natural. El nuevo trabajo lleva esa idea un paso más allá.
En lugar de limitarse a utilizar la radiación térmica para refrigerar una superficie, el equipo ha incorporado debajo un sistema de aprovechamiento solar.
El cambio conceptual es relevante: la radiación que atraviesa el refrigerador deja de ser energía desaprovechada y pasa a utilizarse para generar electricidad y calor.
De ahí surge la idea de aprovechar simultáneamente dos recursos naturales que normalmente se estudian por separado: la radiación procedente del Sol y la capacidad del cielo despejado para recibir radiación térmica emitida desde la Tierra.
Lo que todavía falta antes de verlo instalado en edificios
Los resultados experimentales son prometedores, pero queda bastante ingeniería por delante.
El equipo pretende continuar trabajando en el diseño óptico, la gestión térmica y las células solares. El escalado plantea además preguntas que un prototipo de laboratorio o de pequeño tamaño todavía no puede resolver.
Habrá que comprobar la durabilidad de los materiales después de años expuestos a radiación ultravioleta, lluvia, polvo, contaminación y cambios bruscos de temperatura. También será necesario estudiar los costes de fabricación, mantenimiento, integración arquitectónica y comportamiento bajo diferentes condiciones meteorológicas.
La lente Fresnel introduce otra variable: necesita gestionar correctamente la concentración solar y las temperaturas resultantes. En una instalación comercial también entrarían en juego cuestiones como seguridad, resistencia mecánica y facilidad de limpieza.
Y existe otro aspecto fundamental. La refrigeración radiativa depende de las condiciones atmosféricas. Nubosidad, humedad y otras variables pueden modificar la capacidad de una superficie para emitir calor hacia el cielo.
Por eso, los 6,5 ºC obtenidos experimentalmente deben entenderse como un resultado del prototipo bajo determinadas condiciones, no como una prestación constante garantizada.
El tejado empieza a convertirse en una máquina energética
Durante décadas, la cubierta de un edificio tenía básicamente dos funciones: proteger del exterior y aislar.
La expansión fotovoltaica añadió una tercera: producir electricidad.
Tecnologías como la refrigeración radiativa, los sistemas fotovoltaico-térmicos y ahora estas arquitecturas híbridas apuntan hacia algo más ambicioso. La envolvente del edificio puede convertirse en una infraestructura activa que intercambia energía con su entorno de manera controlada.
Una fachada podría gestionar luz y calor. Un tejado podría producir electricidad, suministrar energía térmica y expulsar hacia el cielo parte del calor acumulado.
No todo tendrá que resolverse añadiendo más máquinas.
A veces, la propia física puede hacer parte del trabajo.
Potencial
El mayor atractivo de esta tecnología probablemente no esté en reemplazar individualmente a los paneles fotovoltaicos, la solar térmica o los sistemas de climatización. Su valor está en integrar funciones que hasta ahora requerían instalaciones independientes.
En edificios con poca cubierta disponible, esa integración podría permitir extraer más energía útil de cada metro cuadrado. En instalaciones industriales podría combinar producción eléctrica con calor de proceso. En centros de datos, la generación renovable podría coexistir con superficies que ayuden a evacuar parte del enorme calor generado por los servidores.
También puede contribuir a diseñar edificios preparados para un clima más cálido. Una vivienda que reduce de forma pasiva parte de sus ganancias térmicas necesita menos electricidad para mantener condiciones confortables, especialmente durante las horas de mayor radiación solar.
Quedan por demostrar coste, escalabilidad, durabilidad y rendimiento anual en diferentes climas. Son obstáculos importantes.
Pero el concepto desarrollado por los investigadores del KIT plantea una idea potente: un tejado no tiene por qué elegir entre aprovechar el Sol o protegerse de su calor.
Puede intentar hacer las dos cosas a la vez.
Y mientras recoge energía de nuestra estrella, utilizar el enorme frío del espacio como otro recurso renovable disponible prácticamente sobre nuestras cabezas.
Vía Karlsruhe Institute of Technology
Más información: Iván Alberto Cruz García et al, Co-harvesting universe coldness and solar energy for tri-generation of cooling, electricity, and heating, Cell Reports Physical Science (2026). DOI: 10.1016/j.xcrp.2026.103492
Daniel dice
excelente propuesta