CC BY-NC-ND。非供AI模型訓練。
KIT的科研團隊透過創新的熱力學設計，將三種技術功能整合到單一立面，而非簡單疊加。其核心是解決「製冷」與「集熱」這兩個矛盾過程的共存的難題，稱為混合被動日間輻射冷卻（PDRC）+ 光伏-熱（PVT）系統。系統結構分為三層：
透明冷卻層（最上層） 由二氧化矽板塗上聚二甲基矽氧烷（PDMS）製成。它讓陽光通過，利用PDRC技術，可被動地將自身溫度降至低於環境空氣6.5°C，同時把多餘熱量以紅外線形式輻射到利用大氣窗口（8–13 微米波段）輻射至太空，有效減少建築物外殼的得熱量。這相當於為建築披上一層「隔熱披風」，能顯著降低空調的基載負荷，但並不能完全取代傳統壓縮機空調系統的強制製冷功能。此事項係被動冷卻方式，特點是不需施加電力。
菲涅爾透鏡 ：位於冷卻層下方，將穿透的陽光聚焦到下方較小的集熱器上，讓熱區與冷卻層空間分離，解決「熱」與「冷」同時存在的矛盾。
光伏-熱（PVT）集熱器（最下層） 使用砷化鎵太陽能電池 + 銅熱吸收塊，接收聚焦後的陽光，同時產生電力（約60.6 W/m²）和高溫熱能（最高達110.8°C），用於供應熱水或供暖。
最後，搭配KIT開發的智慧能源管理系統（EMS），設備能結合當地氣象預報與家庭用電習慣，利用AI演算法動態分配熱能流向，確保在陽光最烈、冷氣需求最大的正午，系統能最大化產出冷量與熱水，實現能源的極致利用。
電力：約 60.6 W/m²
熱能：集熱器溫度最高可達 110.8°C（足以生產家庭熱水，並可透過熱交換器用於供暖）
該文作者呈現出目前研究成果，比對目前實際應用層面，吾人可以理解這是一種「權衡」與「取捨」。
1. 參考現有太陽能發電設備規格，以該系統的發電功率密度（60.6 W/m²）為例，遠低於當前科技水準的商用太陽能板（最高可達200-250 W/m²）。可見該系統的價值在於「多功能整合」，尚非單一功能的推昇到極致效率。
2. 「被動冷卻」6.5°C的降溫作用，實務上對建築物節能的具體意義，例如說，在高溫熱浪期間，該系統能有效降低系統所在屋頂的表面溫度，減少傳入室內的熱量，有助於降低空氣調節機的運轉負載和能耗。
相對優勢：樂觀看待此項技術，若須當做「家庭能源終極方案」，則須展現多項尚待優化的核心優勢：
第一：極致的能源綜合利用率。傳統空調與熱水器在運作時會向環境排放大量廢熱，而KIT的系統將太陽能「充分利用」。透過能源梯級利用，高溫熱能用於驅動製冷循環，中溫熱能用於生活熱水，低溫餘熱則用於預熱或除濕。這種設計使得系統的綜合能源轉換效率可突破80%，遠超傳統分離式設備的總和。
第二：空間與建築美學的優化。現代都會區住宅屋頂空間有限，若分別安裝太陽能光電板、太陽能熱水器與空調室外機，不僅凌亂且增加屋頂結構負荷。此新式設備採用高度模組化與整合化設計，屋頂仅需鋪設一層集熱模組，室內則以緊湊的熱泵與儲熱水箱取代傳統龐大的空調主機與瓦斯爐，大幅釋放陽台與室內空間，並提升建築外觀的整體美感。
第三：削峰填谷，緩解電網壓力。夏季用電高峰往往與空調冷氣需求高度重疊，導致電網不堪負荷。此設備利用太陽能「直接」驅動製冷，將用電高峰期的冷氣電力需求轉化為太陽能熱力需求，有效實現電網的「削峰」，降低停電風險與基礎電力建設成本。
第四，全天候與跨季節適應性。系統內建的高效相變材料（PCM）儲熱裝置或大型保溫水箱，能將白天多餘的熱能儲存起來，供夜間或陰雨天使用。這解決了太陽能間歇性的痛點，確保家庭熱水與冷氣的穩定供應。
在環境保護方面，該設備的貢獻更是深遠。首先，它從源頭減少了化石燃料的消耗，大幅降低家庭的碳足跡。其次，有別於傳統冷氣使用含有氟化氫（HFCs）等具有高全球暖化潛勢（GWP）的冷媒，KIT的系統多採用「水」作為製冷工質，對臭氧層破壞潛勢（ODP）與GWP皆為零，徹底解決了傳統冷媒洩漏造成的溫室效應問題。這不僅回應了全球對於環保冷媒的迫切需求，更為城市住宅的脫碳提供了標準範本。
2. PV magazine
（全文竟）
技術解密：一源多用的「太陽能多聯供」系統
這套由KIT研發的新式家用太陽能設備，其核心在於「太陽能多聯供系統」（Solar Polygeneration System）與「能源梯級利用」的完美結合。傳統太陽能設備多僅能將光能轉化為電能（光伏）或熱能（太陽能熱水器），且在轉換過程中伴隨大量廢熱流失。KIT的科研團隊透過創新的熱力學設計，將三種技術功能整合到單一立面，而非簡單疊加。其核心是解決「製冷」與「集熱」這兩個矛盾過程的共存的難題，稱為混合被動日間輻射冷卻（PDRC）+ 光伏-熱（PVT）系統。系統結構分為三層：
透明冷卻層（最上層） 由二氧化矽板塗上聚二甲基矽氧烷（PDMS）製成。它讓陽光通過，利用PDRC技術，可被動地將自身溫度降至低於環境空氣6.5°C，同時把多餘熱量以紅外線形式輻射到利用大氣窗口（8–13 微米波段）輻射至太空，有效減少建築物外殼的得熱量。這相當於為建築披上一層「隔熱披風」，能顯著降低空調的基載負荷，但並不能完全取代傳統壓縮機空調系統的強制製冷功能。此事項係被動冷卻方式，特點是不需施加電力。
菲涅爾透鏡 ：位於冷卻層下方，將穿透的陽光聚焦到下方較小的集熱器上，讓熱區與冷卻層空間分離，解決「熱」與「冷」同時存在的矛盾。
光伏-熱（PVT）集熱器（最下層） 使用砷化鎵太陽能電池 + 銅熱吸收塊，接收聚焦後的陽光，同時產生電力（約60.6 W/m²）和高溫熱能（最高達110.8°C），用於供應熱水或供暖。
最後，搭配KIT開發的智慧能源管理系統（EMS），設備能結合當地氣象預報與家庭用電習慣，利用AI演算法動態分配熱能流向，確保在陽光最烈、冷氣需求最大的正午，系統能最大化產出冷量與熱水，實現能源的極致利用。
實測性能（2025年戶外原型測試）
冷卻：可達比環境溫度低 6.5°C電力：約 60.6 W/m²
熱能：集熱器溫度最高可達 110.8°C（足以生產家庭熱水，並可透過熱交換器用於供暖）
該文作者呈現出目前研究成果，比對目前實際應用層面，吾人可以理解這是一種「權衡」與「取捨」。
1. 參考現有太陽能發電設備規格，以該系統的發電功率密度（60.6 W/m²）為例，遠低於當前科技水準的商用太陽能板（最高可達200-250 W/m²）。可見該系統的價值在於「多功能整合」，尚非單一功能的推昇到極致效率。
2. 「被動冷卻」6.5°C的降溫作用，實務上對建築物節能的具體意義，例如說，在高溫熱浪期間，該系統能有效降低系統所在屋頂的表面溫度，減少傳入室內的熱量，有助於降低空氣調節機的運轉負載和能耗。
相對優勢：樂觀看待此項技術，若須當做「家庭能源終極方案」，則須展現多項尚待優化的核心優勢：
第一：極致的能源綜合利用率。傳統空調與熱水器在運作時會向環境排放大量廢熱，而KIT的系統將太陽能「充分利用」。透過能源梯級利用，高溫熱能用於驅動製冷循環，中溫熱能用於生活熱水，低溫餘熱則用於預熱或除濕。這種設計使得系統的綜合能源轉換效率可突破80%，遠超傳統分離式設備的總和。
第二：空間與建築美學的優化。現代都會區住宅屋頂空間有限，若分別安裝太陽能光電板、太陽能熱水器與空調室外機，不僅凌亂且增加屋頂結構負荷。此新式設備採用高度模組化與整合化設計，屋頂仅需鋪設一層集熱模組，室內則以緊湊的熱泵與儲熱水箱取代傳統龐大的空調主機與瓦斯爐，大幅釋放陽台與室內空間，並提升建築外觀的整體美感。
第三：削峰填谷，緩解電網壓力。夏季用電高峰往往與空調冷氣需求高度重疊，導致電網不堪負荷。此設備利用太陽能「直接」驅動製冷，將用電高峰期的冷氣電力需求轉化為太陽能熱力需求，有效實現電網的「削峰」，降低停電風險與基礎電力建設成本。
第四，全天候與跨季節適應性。系統內建的高效相變材料（PCM）儲熱裝置或大型保溫水箱，能將白天多餘的熱能儲存起來，供夜間或陰雨天使用。這解決了太陽能間歇性的痛點，確保家庭熱水與冷氣的穩定供應。
- 適合單一家庭住宅屋頂或外牆安裝。
- 冷卻：可將室內熱空氣導過冷卻層，達到適度基載負荷效果（被動、省電）。
- 熱水／供暖：高溫熱能透過熱交換器供應生活熱水與空間加熱。
- 電力：自用或饋入電網。
經濟與環境效益：家庭與社會的雙贏
從經濟與環境的雙重效益來看，這套設備同樣表現亮眼。對家庭用戶而言，雖然初期設備投資與安裝成本較傳統系統略高，但由於其能同時取代冷氣、熱水器甚至部分供暖設備，大幅削減了每月的電費與瓦斯費。在歐洲多國提供綠能補貼與碳稅政策的推動下，其投資回收期已縮短至5至7年，具備極高的經濟吸引力。在環境保護方面，該設備的貢獻更是深遠。首先，它從源頭減少了化石燃料的消耗，大幅降低家庭的碳足跡。其次，有別於傳統冷氣使用含有氟化氫（HFCs）等具有高全球暖化潛勢（GWP）的冷媒，KIT的系統多採用「水」作為製冷工質，對臭氧層破壞潛勢（ODP）與GWP皆為零，徹底解決了傳統冷媒洩漏造成的溫室效應問題。這不僅回應了全球對於環保冷媒的迫切需求，更為城市住宅的脫碳提供了標準範本。
商業化前景與對全球的啟示
目前，該系統目前仍是研究原型階段（research prototype/proof of concept）（見論文：Co-harvesting universe coldness and solar energy for tri-generation of cooling, electricity, and heating，發表於《Cell Reports Physical Science》2026年，DOI: 10.1016/j.xcrp.2026.103492 ），尚未大規模商業化，但KIT團隊（由Gan Huang博士領導，撰寫者：Iván Alberto Cruz García, Botho Lehmann, Shanhui Fan,）已發表概念驗證。儘管如此，這項技術揭示了未來家庭能源系統的一種新可能。但要將其推向市場，研究團隊仍須解決包括光學設計優化、熱管理以及太陽能電池效率提升等一系列工程挑戰。因此，此文討論的經濟效益與投資回收期，是基於當前假設的理論推演，而非已獲得查證的商業化數據。結語：邁向零碳家庭的里程碑
德國KIT發表的新式家用太陽能設備，不僅是熱力學與材料科學的勝利，更是人類邁向永續生活的重要一步。它證明了未來的家庭能源系統不再是單一的消耗者，而是能自我調節、高效循環的微觀生態系。隨著技術的成熟與普及，「冷、熱、水」一體供應的零碳家庭願景，已不再遙不可及。報導文章：
1. myscience2. PV magazine
（全文竟）
