ES2880763T3 - Unidad de acristalamiento, procedimiento para su producción y su uso - Google Patents

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Abstract

Unidad de acristalamiento (1) para el diseño estético, que contiene o se compone de al menos un vidrio (3), presentando el vidrio (3) una primera superficie estructurada (4), sobre la que se ha aplicado una estructura fotónica (2), la cual está configurada para reflejar un primer espectro parcial de radiación electromagnética incidente y para transmitir un segundo espectro parcial de radiación electromagnética incidente, caracterizada por que la proporción reflejada corresponde a un armónico más alto y se encuentra en la zona espectral visible.

Description

DESCRIPCIÓN
Unidad de acristalamiento, procedimiento para su producción y su uso
La invención se refiere a una unidad de acristalamiento, que presenta al menos un vidrio, así como a un procedimiento para su producción y su uso. Las unidades de acristalamiento del tipo mencionado al principio se pueden usar, por ejemplo, como elemento de fachada.
El mercado de la energía fotovoltaica integrada en edificios (BIPV, por sus siglas en inglés) y la energía solar térmica integrada en construcciones presenta un gran potencial tanto a nivel nacional como mundial. Las posibilidades de diseño que hasta el momento han sido muy limitadas son un obstáculo para la amplia aceptación y aplicación de tales tecnologías en los edificios. Para aumentar la aceptación y el atractivo, existe una demanda creciente de módulos solares con células fotovoltaicas y colectores solares térmicos, en los cuales su función se puede enmascarar con la ayuda de efectos de color y, por lo tanto, ya no son perceptibles. Se desea especialmente la posibilidad de poder influir en el color de forma específica e individual (por ejemplo, estructuración con el logotipo de la propia empresa) y al mismo tiempo obtener el mayor grado posible de eficiencia. A este respecto, la impresión de color de los módulos debería ser lo más independiente posible del ángulo de visión y se deberían evitar los efectos de deslumbramiento según el lugar de uso. Los conceptos anteriores presentan o bien una pérdida intolerable de eficiencia, están limitados en su elección de colores o bien no se pueden implementar industrialmente.
Por ejemplo, si se desean diseñar los módulos BIPV de manera más atractiva visualmente, entonces en principio existen dos opciones diferentes. Se puede intentar diseñar el módulo de manera que las células no sean perceptibles al insertarse delante de las células un panel de vidrio, por ejemplo, de color o difuso. En el caso de esta opción, los módulos solares ya no son visibles. A este respecto, resulta importante minimizar la reducción de la eficiencia que antes era inevitable debido al panel de vidrio, para que se pueda implementar un efecto suficiente en el balance energético del edificio.
Como alternativa a esto, se puede intentar dejar visibles las células y utilizarlas conscientemente como un elemento de diseño al elegirse una forma, tamaño o posición especiales de las células solares.
En el caso de la primera opción, el vidrio de cobertura del módulo coloreado se puede usar como panel de vidrio de color. Una posibilidad es la coloración o bien la impresión del vidrio con pigmentos de color absorbentes. Por ello, es posible una elección de colores relativamente libre y sencilla pero, debido a la absorción de un rango parcial del espectro electromagnético por los pigmentos de color, se producen grandes pérdidas cuando se quiere conseguir una fotovoltaica invisible real. Por ello, prácticamente se ha descartado una amplia aceptación. También se pueden utilizar materiales luminiscentes, aunque en este caso la eficiencia total sigue siendo buena. No obstante, incluso en el caso del uso de materiales luminiscentes, una implementación industrial está todavía muy lejos y la elección del color depende del color de los materiales luminiscentes disponibles y, por eso, está restringida.
A través de la utilización de una capa de cobertura selectivamente reflectante, la eficiencia total solo se ve influida mínimamente y se abren más márgenes de diseño. Resulta desventajosa la dependencia del ángulo de la impresión del color, lo cual, por regla general, no es deseable en el caso de edificios.
Una unidad de acristalamiento con un revestimiento que reduce el problema de la dependencia del ángulo se conoce por el documento US 2015/0249424 A1. Este revestimiento se compone de una estructura de capas compleja y da como resultado una pérdida por reflexión del 8 % al 12 %. Un producto correspondiente (Kromatix™) se puede obtener en seis colores diferentes. No obstante, esta tecnología presenta considerables desventajas. La impresión de color independiente del ángulo se basa en un filtro de película delgada muy especial y complejo, lo cual limita el número de colores y grados de libertad posibles, así como la saturación de color alcanzable.
Una unidad de acristalamiento según el preámbulo de la reivindicación 1 se conoce por el documento WO2015155357.
Por lo tanto, a partir de este estado de la técnica, la invención se basa en el objetivo de proporcionar una unidad de acristalamiento con propiedades mejoradas.
De acuerdo con la invención, el objetivo se resuelve a través de una unidad de acristalamiento de acuerdo con la invención 1, un procedimiento para la producción de esta unidad de acristalamiento según la reivindicación 9, un módulo solar que presenta la unidad de acristalamiento según la reivindicación 14 y un colector solar térmico según la reivindicación 15.
Perfeccionamientos ventajosos de la invención se encuentran en las reivindicaciones dependientes.
De acuerdo con la invención, se propone una unidad de acristalamiento para el diseño estético, por ejemplo, de superficies de fachadas y superficies de tejado, que comprende o se compone de al menos una estructura fotónica y un vidrio, presentando el vidrio una primera superficie estructurada sobre la que se ha aplicado la estructura fotónica.
La unidad de acristalamiento de acuerdo con la invención contiene al menos un material transparente o translúcido como sustrato, el cual a continuación se denomina vidrio. El sustrato en el sentido de la presente invención también puede presentar una estructura multicapa, por ejemplo, como vidrio de seguridad laminado y, por eso, también puede contener láminas o capas de polímero.
En el sentido de la presente descripción, las estructuras fotónicas son modulaciones del índice de refracción que ocurren o se crean en cuerpos sólidos transparentes o translúcidos. Por lo tanto, la estructura fotónica contiene al menos primeras áreas espaciales con un primer índice de refracción y segundas áreas espaciales con un segundo índice de refracción, de manera que la propagación de la luz se ve influida por difracción, reflexión en interfaces y/o interferencia. Para ello, el índice de refracción se modula en al menos una dirección espacial en dimensiones, las cuales se encuentran en el mismo orden de magnitud que la longitud de onda de la luz relevante.
En algunas formas de realización de la invención, la primera y segunda áreas espaciales pueden estar realizadas en forma de una pluralidad de capas delgadas de diferentes composiciones o dos composiciones diferentes y opcionalmente diferentes espesores. En algunas formas de realización, el espesor óptico de la capa de las capas individuales puede corresponder a aproximadamente un cuarto de la longitud de onda de diseño, en la cual aparece el máximo de reflexión principal (armónico cero).
Las estructuras fotónicas usadas de acuerdo con la invención están configuradas para reflejar un primer espectro parcial de radiación electromagnética incidente y para transmitir un segundo espectro parcial de radiación electromagnética incidente, correspondiendo la proporción reflejada a un armónico más alto y encontrándose en la zona espectral visible. A este respecto, un armónico más alto presenta una longitud de onda más corta o bien una longitud de onda media más baja de una distribución de longitud de onda que el máximo de reflexión principal (armónico cero). En algunas formas de realización de la invención, se puede usar el segundo o tercer armónicos. En medios sin dispersión, los armónicos más altos ocurren en múltiplos enteros de la frecuencia del máximo de reflexión principal (armónico cero).
De acuerdo con la invención, se ha reconocido que el uso de un armónico más alto de un filtro de película delgada en la zona espectral visible ofrece una mayor saturación de color y una pluralidad de colores y posibilidades de diseño posibles. A través de la combinación de acuerdo con la invención de la estructura fotónica con la superficie estructurada, se puede reducir o anular la dependencia del ángulo de la impresión de color. Un edificio provisto de la unidad de acristalamiento de acuerdo con la invención presenta la misma impresión de color desde muchos o todos los ángulos de visión.
La primera y segunda áreas espaciales de la estructura fotónica pueden estar dispuestas de forma no periódica.
La primera y segunda áreas espaciales pueden estar dispuestas periódicamente. Para ello, se pueden emplear capas del mismo espesor y composición. La estructura fotónica puede reflejar luz de una longitud de onda o de un intervalo de longitudes de onda predeterminables y transmitir otras longitudes de onda, por ejemplo, a través de efectos de interferencia. La longitud de onda de reflexión o el valor máximo del intervalo de longitud de onda también se denomina a continuación longitud de onda de Bragg. El ancho del intervalo de longitud de onda reflejada a incidencia perpendicular puede ascender a menos de 75 nm, menos de 65 nm o menos de 60 nm.
De acuerdo con la invención, una estructura fotónica de este tipo se encuentra sobre una superficie estructurada del vidrio. Para ello, el vidrio presenta al menos una primera superficie estructurada, sobre la cual se ha aplicado la estructura fotónica. Por eso, esta también se denomina a continuación estructura fotónica tridimensional. La primera superficie estructurada puede comprender una superficie parcial de un lado del vidrio o un lado completo del vidrio puede estar provisto de la superficie estructurada. Una superficie estructurada en el sentido de la presente invención denota una estructura que presenta elevaciones y depresiones. En algunas formas de realización de la invención, la rugosidad RMS se puede encontrar entre aproximadamente 30 nm y aproximadamente 100 |jm, o entre aproximadamente 80 nm y aproximadamente 10 jm . La superficie estructurada puede estar estructurada de forma periódica o aperiódica.
De acuerdo con la invención, en algunas formas de realización, un filtro de película delgada se ha aplicado como estructura fotónica sobre una superficie estructurada. Con ello, este filtro de película delgada está asimismo estructurado, de manera que no se puede considerar como un filtro plano de película delgada, como suele ser habitual. No obstante, el filtro de película delgada se puede diseñar como un filtro de Bragg o como un filtro similar. Sin embargo, de acuerdo con la invención, se ha reconocido que algunas propiedades de la estructura diseñada como filtro de película delgada cambian significativamente a través de la aplicación sobre un vidrio estructurado, de manera que ya no se puede hablar de un filtro de película delgada unidimensional. En el caso de esta forma de implementación, se conservan los máximos de reflexión principal, pero también los armónicos más altos de la estructura de película delgada, pudiendo verse influida su posición exacta por medio de la secuencia de capas de las capas individuales del filtro de película delgada. Una de las influencias esenciales de la superficie estructurada es la influencia en la dependencia del ángulo de los picos de reflexión. Por eso, en el sentido de la presente descripción, un filtro de película delgada plano sobre una superficie estructurada también se denomina estructura fotónica tridimensional.
En algunas formas de realización, el índice de refracción medio de la unidad de acristalamiento puede ser mayor de aproximadamente 1,6, o mayor de aproximadamente 1,8, o mayor de aproximadamente 1,95, en cada caso determinado en el caso de una longitud de onda de 550 nm. El índice de refracción medio se ha definido como la promediación del índice de refracción ponderada con las proporciones de volumen del respectivo material. Esto se puede determinar a través de las siguientes etapas de procedimiento:
determinación del espesor total de todas las capas Dges del filtro de película delgada de la estructura fotónica, por ejemplo, a través de microscopía óptica o microscopía electrónica de barrido,
determinación del número de capas diferentes del filtro de película delgada, por ejemplo, con EDX, determinación con ello del número de elementos de simetría Nsym del filtro de película delgada, determinación de la longitud de onda del pico principal LDh p ,
determinación de la longitud de onda del armónico m. LDm,
determinación de m a través de la división de las longitudes de onda de pico:
m = LDh p / LDm-1 y redondeo a un número entero,
cálculo del índice de refracción medio n según la siguiente fórmula: n = Nsym/Dges x 0,5 x LDm x (m+1)
De acuerdo con la invención, al menos un primer lado del vidrio está provisto de la estructura fotónica de acuerdo con la invención, la cual está dispuesta sobre una superficie estructurada. En algunas formas de realización, este primer lado puede ser el lado interior que se aleja de la intemperie, de manera que la estructura fotónica está protegida frente a exposición a la intemperie y la suciedad. En otras formas de realización de la invención, el primer lado del vidrio con la estructura fotónica de acuerdo con la invención puede ser la superficie exterior durante el funcionamiento o bien después del montaje final. Por ello, se puede aumentar la saturación del color.
La estructura fotónica presenta un armónico más alto en la zona espectral visible. Esto se puede realizar por que se incrementan los espesores de capa de la estructura fotónica. Esta característica tiene el efecto de que el ancho espectral del intervalo de longitud de onda reflejada se vuelve más pequeño. Un armónico más alto se caracteriza por que la longitud de onda reflejada o bien el valor medio de un intervalo de longitud de onda es menor que la longitud de onda reflejada o bien el valor medio de un intervalo de longitud de onda del armónico cero o bien de la longitud de onda principal. En algunas formas de realización de la invención, en el caso del armónico más alto se trata del segundo o tercer armónico. Por ello, se puede aumentar la saturación del color en la reflexión y la transmisión. Por lo tanto, está a disposición una mayor proporción del espectro de luz para su uso por fotovoltaicos o colectores térmicos y, al mismo tiempo, un espectador percibe una superficie coloreada de manera homogénea en lugar de células individuales.
En algunas formas de realización de la invención, las pérdidas por reflexión de la unidad de acristalamiento pueden ascender a menos del 12 % o a menos del 9 %.
A través de la aplicación de la estructura fotónica tridimensional de acuerdo con la invención sobre un vidrio modular de un módulo fotovoltaico, la unidad de acristalamiento de acuerdo con la invención se puede utilizar como parte de un módulo fotovoltaico. A este respecto, el proceso de producción del módulo fotovoltaico puede permanecer casi invariable. No obstante, el diseño de color se puede seleccionar libremente, de manera que los módulos fotovoltaicos de acuerdo con la invención pueden presentar un ámbito más amplio de aplicaciones. Los módulos fotovoltaicos se pueden utilizar sobre superficies en las cuales la utilización de módulos fotovoltaicos convencionales se ha prohibido hasta ahora por razones creativas. De la misma manera, los colectores solares térmicos también se pueden equipar con la unidad de acristalamiento de acuerdo con la invención. Además, las unidades de acristalamiento con la capa selectiva se pueden usar directamente sin laminación, por ejemplo, en módulos fotovoltaicos no laminados.
En algunas formas de realización de la invención, la estructura fotónica puede presentar primeras capas, las cuales contienen un primer material que presenta un primer índice de refracción, y la estructura fotónica puede presentar segundas capas, las cuales contienen un segundo material que presenta un segundo índice de refracción, ascendiendo el primer índice de refracción a entre aproximadamente 1,5 y aproximadamente 2,2 y ascendiendo el segundo índice de refracción a entre aproximadamente 1,8 y aproximadamente 2,5. En algunas formas de realización de la invención, el contraste del índice de refracción puede ascender a entre aproximadamente 0,2 y aproximadamente 0,9. Por ello, se aumenta la saturación del color y las pérdidas por reflexión se pueden reducir aún más.
En algunas formas de realización de la invención, la estructura fotónica tridimensional presenta o se compone de un filtro de película delgada, pudiendo ser el filtro de película delgada un filtro de película delgada periódico, en particular un filtro de Bragg. A este respecto, el filtro de Bragg puede presentar o componerse de capas alternas de un primer material y un segundo material. El primer y/o el segundo material puede contener y componerse de ZrO2 y/o Nb2O5 y/o TÍO2 y/o SÍ3N4 y/o SÍO2 y/o AlN, SnO2 y/o AI2O3 y/o HfO2 y/o Ta2O5 y/o SiOx ny y/o AlOx ny y/o ZnO y/o BÍ2O3 y/o In2O3 y/o WO3 y/o MoO3. En algunas formas de realización de la invención, el primer y/o segundo material pueden contener adicionalmente un dopante.
Ejemplos de realización de filtros de Bragg son las siguientes estructuras de capas a) hasta c):
a) Si3N4 en particular en un espesor de 140 nm, TiO2 en particular en un espesor de 170 nm, Si3N4 en particular en un espesor de 200 nm, TiO2 en particular en un espesor de 170 nm y Si3N4 en particular en un espesor de 140 nm, o
b) Si3N4 en particular en un espesor de 165 nm, TiO2 en particular en un espesor de 190 nm, Si3N4 en particular en un espesor de 240 nm, TiO2 en particular en un espesor de 190 nm y Si3N4 en particular en un espesor de 165 nm, o
c) Si3N4 en particular en un espesor de 120 nm, TiO2 en particular en un espesor de 140 nm, Si3N4 en particular en un espesor de 170 nm, TiO2 en particular en un espesor de 140 nm y Si3N4 en particular en un espesor de 120 nm.
Para prevenir una oxidación de las capas de Si3N4 si este forma una capa exterior de la estructura fotónica, se puede disponer una capa de pasivación encima de ella. La capa de pasivación puede contener o componerse de SiO2 y, por ejemplo, presentar un espesor de aproximadamente 120 nm hasta aproximadamente 210 nm.
En la siguiente tabla se han indicado ejemplos de estructuras fotónicas y la impresión de color resultante de las unidades de acristalamiento:
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En algunas formas de realización, la capa de cobertura opcional, la cual contiene o se compone de SiO2 , también se suprime. Para la protección frente a las influencias ambientales, las unidades de acristalamiento de este tipo se pueden laminar sin capa de SiO2 final en al menos una lámina de polímero. Siempre que se suprima una laminación de este tipo, la capa de SiO2final con un espesor de entre aproximadamente 100 nm y aproximadamente 230 nm puede disminuir la reflexión total y/o reducir la degeneración debida a influencias ambientales. Siempre que esté previsto laminar la unidad de acristalamiento, una capa de SiO2 final puede mejorar la conexión a la lámina laminada. Para ello, la capa SiO2 final también puede estar seleccionada para que sea más delgada y, por ejemplo, puede presentar un espesor entre aproximadamente 5 nm y aproximadamente 50 nm o entre aproximadamente 3 nm y aproximadamente 100 nm.
A este respecto, el término "vidrio estructurado" significa un vidrio que presenta una primera superficie estructurada sobre la cual se ha aplicado el filtro de película delgada como una estructura fotónica tridimensional.
En algunas formas de realización, la unidad de acristalamiento presenta varias estructuras fotónicas tridimensionales, las cuales en cada caso reflejan diferentes intervalos de longitud de onda. En algunas formas de realización de la invención, se pueden usar 2 o 3 estructuras tridimensionales, las cuales dan como resultado diferentes colores, por ejemplo, rojo, verde y azul. Por ello, es posible abarcar un amplio espacio de color a través de la mezcla de colores aditiva.
Un espacio de color amplio de este tipo también se puede lograr al usar una única estructura fotónica tridimensional con varios picos de reflexión con longitudes de onda o bien intervalos de longitud de onda diferentes los unos de los otros. En algunas formas de realización de la invención, esto se puede lograr a través de estructuras no periódicas o a través de estructuras periódicas con varios espesores de capa diferentes.
En algunas formas de realización, el vidrio presente en la unidad de acristalamiento puede presentar una segunda superficie estructurada, que se encuentra opuesta a la primera superficie estructurada. La segunda superficie estructurada puede servir, por ejemplo, como capa de tratamiento antirreflejos. En esta realización, se puede lograr una saturación de color aún mayor debido a la falta de reflexión en el lado delantero.
En algunas formas de realización, la unidad de acristalamiento puede presentar primeras superficies parciales, las cuales presentan una primera estructura fotónica, y segundas superficies parciales, las cuales presentan una segunda estructura fotónica o ninguna estructura fotónica. Si las superficies parciales de la unidad de acristalamiento no presentan ninguna estructura fotónica, aparecen negras. Si las superficies parciales de la unidad de acristalamiento presentan una estructura fotónica diferente a otras superficies parciales, entonces estas pueden aparecer en un color diferente si difieren el espesor de las capas o el material de las capas individuales. En otras formas de realización de la invención, superficies parciales pueden estar provistas del filtro de Bragg idéntico, pero presentan una rugosidad menor o bien una estructuración de superficie diferente. Por ello, se puede ajustar una dependencia del ángulo de la impresión de color. Debido a la división en primeras y segundas superficies parciales, se pueden realizar patrones, logotipos u otros elementos de diseño sobre la unidad de acristalamiento.
De acuerdo con la invención, se proporciona además un procedimiento para la producción de una unidad de acristalamiento de acuerdo con la invención. A este respecto, primero se produce la primera superficie estructurada sobre el vidrio y luego sobre esta primera superficie estructurada se aplica la estructura fotónica tridimensional.
En algunas formas de realización, la aplicación de la estructura fotónica tridimensional se puede realizar sobre la primera superficie estructurada del vidrio a través de pulverización catódica. A este respecto, se trata de un proceso generalizado para el revestimiento de vidrio arquitectónico, de manera que la unidad de acristalamiento de acuerdo con la invención se puede producir fácilmente con las instalaciones existentes. Por lo tanto, en el caso de este procedimiento, se pueden usar vidrios de cobertura habituales para módulos solares y colectores solares térmicos, que luego se pueden usar de la manera habitual para la producción adicional de los módulos solares o bien de colectores solares térmicos.
En algunas formas de realización, la producción de la primera superficie estructurada del vidrio se puede realizar a través de chorro de arena, decapado, estampación, colada o laminado. Como ya se ha expuesto anteriormente, en algunas formas de realización la unidad de acristalamiento puede presentar una segunda superficie estructurada. Esto también se puede producir a través de chorro de arena, decapado, estampación, colada o laminado. Siempre que se ha deseado una subdivisión en primeras y segundas superficies parciales con diferente rugosidad, se puede realizar un enmascaramiento opcional. En particular, la máscara se puede aplicar a través de un procedimiento de impresión.
Si la unidad de acristalamiento presenta primeras superficies parciales, las cuales presentan una primera estructura fotónica, y segundas superficies parciales, las cuales presentan una segunda estructura fotónica o ninguna estructura fotónica, también se puede aplicar una máscara antes de la generación de la estructura fotónica. En algunas formas de realización de la invención, esto se puede realizar a través de un procedimiento de impresión. Siempre que la máscara se componga de material orgánico, este se puede eliminar a través de incineración. En algunas formas de realización de la invención, la incineración se puede realizar al mismo tiempo que un tratamiento térmico para curar la unidad de acristalamiento.
Aparte de eso, de acuerdo con la invención, se proporciona un módulo solar, que presenta una unidad de acristalamiento de acuerdo con la invención, en particular como la que se ha descrito anteriormente. A este respecto, la unidad de acristalamiento de acuerdo con la invención puede estar presente en módulos solares conocidos por sí mismos. En particular, el módulo solar puede presentar la unidad de acristalamiento, una primera película de incrustación, una célula solar, una segunda película de incrustación y una lámina del lado posterior. Ejemplos de materiales de la película de incrustación son etileno-acetato de vinilo y/o silicona.
En algunas formas de realización, la unidad de acristalamiento puede estar aplicada sobre un colector solar térmico conocido por sí mismo.
La unidad de acristalamiento de acuerdo con la invención se puede usar para el diseño estético de una pluralidad de áreas y superficies diferentes. A este respecto, es posible que una parte del área/superficie esté acristalada con la unidad de acristalamiento de acuerdo con la invención y otras partes del área/superficie estén diseñadas de manera habitual.
La unidad de acristalamiento de acuerdo con la invención se puede utilizar como vidrio de cobertura para energía fotovoltaica integrada en edificios (BIPV), energía solar térmica integrada en construcciones, instalaciones sobre tejado con un diseño de color especial, como acristalamiento normal no solar, por ejemplo, en el área de parapeto de construcciones totalmente acristaladas o como acristalamiento de colores para vehículos. En este último caso, se puede introducir una inscripción, un patrón o un logotipo y a través de la inscripción la luz aún puede llegar a través del acristalamiento hasta el espacio que se encuentra detrás.
A continuación, se explicará con más detalle la invención mediante las figuras y ejemplos de realización sin limitar la idea inventiva general. A este respecto, muestra:
La figura 1 una unidad de acristalamiento de acuerdo con la invención en una primera forma de realización.
La figura 2 muestra una segunda forma de realización de la unidad de acristalamiento de acuerdo con la invención.
La figura 3 muestra una tercera forma de realización de la unidad de acristalamiento de acuerdo con la invención.
La figura 4 muestra una cuarta forma de realización de la unidad de acristalamiento de acuerdo con la invención.
Las figuras 5a y b muestran una quinta forma de realización de la unidad de acristalamiento de acuerdo con la invención.
La figura 6 muestra una sexta forma de realización de la unidad de acristalamiento de acuerdo con la invención.
La figura 1 muestra una primera forma de realización de la unidad de acristalamiento 1 de acuerdo con la invención. A este respecto, en la figura 1 está representada una estructura fotónica 2 tridimensional y un vidrio 3, presentando el vidrio 3 una primera superficie estructurada 4, sobre la que se ha aplicado la estructura fotónica 2 tridimensional.
El vidrio 3 representa un material de soporte para la estructura fotónica tridimensional. El vidrio 3 es un material transparente o translúcido, el cual también puede estar compuesto por varias capas (no representadas) hechas de diferentes materiales. Por ejemplo, el vidrio 3 puede estar provisto de una capa antirreflexión o, como vidrio de seguridad laminado, puede contener al menos una lámina de polímero, la cual está conectada por toda la superficie a capas de vidrio adyacentes.
En esta primera forma de realización, la estructura fotónica 2 tridimensional se ha construido como un filtro de película delgada a partir de varias capas individuales alternas, las cuales contienen en cada caso Si3N4 o TiO2. A través de la elección de las distancias entre capas, se puede seleccionar la longitud de onda de reflexión y, con ello, el diseño de color de la unidad de acristalamiento 1, de manera que muestre un determinado color, por ejemplo, rojo. Las distancias entre capas se pueden seleccionar entre aproximadamente 100 nm y aproximadamente 250 nm. El número de capas individuales puede ascender a entre 1 y aproximadamente 100 o a entre aproximadamente 3 y aproximadamente 20.
Las capas individuales de la estructura fotónica 2 se han aplicado sobre una superficie estructurada 4, la cual se puede producir de una manera conocida por sí misma a través de chorro de arena, laminado, estampación, colada o decapado.
Puesto que el vidrio 3 presenta una superficie estructurada 4, el filtro de película delgada está estructurado asimismo con ello, de manera que no se puede considerar como un filtro plano de película delgada, como suele ser habitual. No obstante, el filtro de película delgada se puede diseñar como un filtro de Bragg o como un filtro similar. Sin embargo, de acuerdo con la invención, se ha reconocido que algunas propiedades de la estructura diseñada como filtro de película delgada cambian significativamente a través de la aplicación sobre un vidrio 3 estructurado, de manera que ya no se puede hablar de un filtro de película delgada unidimensional. En el caso de esta forma de implementación, se conservan los máximos de reflexión principal, pero también los armónicos más altos de la estructura de película delgada, pudiendo verse influida su posición exacta por medio de la secuencia de capas de las capas individuales del filtro de película delgada. Una de las influencias esenciales de la superficie estructurada es una influencia en la dependencia del ángulo de los picos de reflexión. El diseño de color de la unidad de acristalamiento 1 muestra una menor variación cuando se cambia el ángulo de visión que las unidades de acristalamiento de colores conocidas. Al mismo tiempo, la transmisión del espectro que se puede usar para la generación de energía solar es mayor que en el caso de las unidades de acristalamiento de color conocidas, en particular pigmentadas.
En la figura 2 se muestra una segunda forma de realización de la unidad de acristalamiento 1 de acuerdo con la invención, en la que se han generado tres estructuras fotónicas 2a, 2b, 2c tridimensionales diferentes sobre la superficie estructurada 4 del vidrio 3. Estas se diferencian en que muestran diferentes colores, es decir, reflejan la luz en longitudes de onda diferentes en cada caso. De esta manera, también es posible generar colores mezclados por medio de la superposición de tres colores primarios y, con ello, aumentar aún más las posibilidades de diseño.
Las diferentes estructuras fotónicas 2a, 2b y 2c tridimensionales se pueden aplicar sobre la superficie 4 previamente estructurada del vidrio 3 a través de pulverizaciones catódicas que se realizan una detrás de la otra. Las estructuras fotónicas 2a, 2b y 2c pueden diferir en términos de composición y/o espesor y/o número de capas individuales.
La tercera forma de realización de la unidad de acristalamiento 1 de acuerdo con la invención según la figura 3 muestra que el vidrio 3 presenta una segunda superficie estructurada 5, que se encuentra opuesta a la primera superficie estructurada 4 del vidrio 3.
La segunda superficie estructurada 5 puede servir para evitar reflejos no deseados sobre la superficie, los cuales podrían deslumbrar a los transeúntes y pueden reducir aún más la intensidad que atraviesa la unidad de acristalamiento.
La cuarta forma de realización de la unidad de acristalamiento 1 de acuerdo con la invención presenta asimismo una segunda superficie estructurada 5, un vidrio 3 y una primera superficie estructurada 4. En este sentido, corresponde a la tercera forma de realización de la unidad de acristalamiento de acuerdo con la invención representada en la figura 3. Sin embargo, de manera similar a la figura 2, la unidad de acristalamiento 1 de acuerdo con la figura 4 presenta tres estructuras fotónicas 2a, 2b y 2c tridimensionales diferentes, que provocan una impresión de color diferente, de manera que en conjunto se produce la impresión general de un color mezclado.
La quinta forma de realización de la unidad de acristalamiento de acuerdo con la invención mostrada en las figuras 5a y 5b presenta una estructura fotónica 2 tridimensional, una superficie estructurada 4 y un vidrio 3. Un elemento de diseño 6 se encuentra sobre la superficie del vidrio 3. En el caso más simple, este se puede generar con una lámina adhesiva. Esto está representado en sección transversal en la figura 5a, y como una vista superior en la figura 5b, en la que el elemento de diseño está ilustrado en forma de una letra con fines ilustrativos.
Sin embargo, resulta ventajoso que la unidad de acristalamiento para la generación de un elemento de diseño presente primeras superficies parciales, las cuales presentan una primera estructura fotónica, y segundas superficies parciales, las cuales presentan una segunda estructura fotónica o ninguna estructura fotónica. Si las superficies parciales de la unidad de acristalamiento no presentan ninguna estructura fotónica, aparecen negras. Si las superficies parciales seleccionadas de la unidad de acristalamiento presentan una estructura fotónica diferente a otras superficies parciales, entonces estas pueden aparecer en un color diferente si difieren el espesor de las capas y/o el material de las capas individuales y/o el número de capas individuales. En otras formas de realización de la invención, superficies parciales pueden estar provistas del filtro de Bragg idéntico, pero presentan una rugosidad menor o bien una estructuración de superficie diferente. Por ello, se puede ajustar una mayor dependencia del ángulo de la impresión de color. Debido a la división en primeras y segundas superficies parciales, se pueden realizar patrones, logotipos u otros elementos de diseño sobre la unidad de acristalamiento. Al mismo tiempo, la alta transmisión sigue siendo una ventaja esencial de la invención por toda la superficie. La figura 6 muestra una sexta forma de realización de la invención. En esta se muestra cómo se ha instalado una unidad de acristalamiento 1 de acuerdo con la invención en un módulo solar. A este respecto, el módulo solar presenta la unidad de acristalamiento 1 como vidrio de cobertura.
La unidad de acristalamiento de acuerdo con la invención con el vidrio 3 y la estructura fotónica 2 se encuentra sobre una primera película de incrustación 7a, que está producida, por ejemplo, de etileno-acetato de vinilo o silicona. Además, el módulo solar contiene una segunda película de incrustación 7b. Las películas de incrustación 7a, 7b encierran al menos una célula fotovoltaica 8. A este respecto, se puede tratar de una célula fotovoltaica conocida por sí misma. La invención no enseña el uso de una célula determinada como principio de solución. Finalmente, el módulo solar presenta una lámina del lado posterior 9 habitual. Los módulos solares de este tipo se pueden usar para la energía fotovoltaica integrada en edificios. Evidentemente, la invención no está limitada a las formas de realización representadas. Por eso, la descripción anterior no se debe considerar como limitativa, sino como explicativa. Las siguientes reivindicaciones se deben entender de tal manera que esté presente una característica nombrada. Esto no excluye la presencia de características adicionales. Siempre que la descripción anterior defina "primeras" y "segundas" formas de realización, entonces esta designación sirve para la distinción entre dos formas de realización similares sin establecer un orden de precedencia.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Unidad de acristalamiento (1) para el diseño estético, que contiene o se compone de al menos un vidrio (3), presentando el vidrio (3) una primera superficie estructurada (4), sobre la que se ha aplicado una estructura fotónica (2), la cual está configurada para reflejar un primer espectro parcial de radiación electromagnética incidente y para transmitir un segundo espectro parcial de radiación electromagnética incidente, caracterizada por que la proporción reflejada corresponde a un armónico más alto y se encuentra en la zona espectral visible.
2. Unidad de acristalamiento (1) según la reivindicación 1, siendo el índice de refracción medio de la estructura fotónica (2) mayor de aproximadamente 1,6 o mayor de aproximadamente 1,8 o mayor de aproximadamente 1,95.
3. Unidad de acristalamiento (1) según una de las reivindicaciones 1 o 2, conteniendo la estructura fotónica (2) o componiéndose de un filtro de Bragg.
4. Unidad de acristalamiento (1) según una de las reivindicaciones 1 a 3, presentando la estructura fotónica (2) primeras capas, las cuales contienen un primer material que presenta un primer índice de refracción, y presentando la estructura fotónica (2) segundas capas, las cuales contienen un segundo material que presenta un segundo índice de refracción, ascendiendo el primer índice de refracción a entre aproximadamente 1,5 y aproximadamente 2,2 y ascendiendo el segundo índice de refracción a entre aproximadamente 1,8 y aproximadamente 2,5.
5. Unidad de acristalamiento (1) según una de las reivindicaciones 1 a 4, presentando la estructura fotónica (2) una de las siguientes estructuras de capas:
- Si3N4 en un espesor de 140 nm, TiO2 en un espesor de 170 nm, Si3N4 en un espesor de 200 nm, TiO2 en un espesor de 170 nm y Si3N4 en un espesor de 140 nm, o
- Si3N4 en un espesor de 165 nm, TiO2 en un espesor de 190 nm, Si3N4 en un espesor de 240 nm, TiO2 en un espesor de 190 nm y Si3N4 en un espesor de 165 nm, o
- Si3N4 en un espesor de 120 nm, TiO2 en un espesor de 140 nm, Si3N4 en un espesor de 170 nm, TiO2 en un espesor de 140 nm y Si3N4 en un espesor de 120 nm, o
- Si3N4 en un espesor de 140 nm, TiO2 en un espesor de 170 nm y Si3N4 en un espesor de 140 nm, o - Si3N4 en un espesor de 165 nm, TiO2 en un espesor de 190 nm y Si3N4 en un espesor de 165 nm, o - Si3N4 en un espesor de 120 nm, TiO2 en un espesor de 140 nm y Si3N4 en un espesor de 120 nm.
6. Unidad de acristalamiento (1) según la reivindicación 5, que contiene además una capa de SiO2 con un espesor de aproximadamente 100 nm hasta aproximadamente 230 nm o de aproximadamente 3 nm hasta aproximadamente 100 nm como capa de cobertura que termina la estructura de capas.
7. Unidad de acristalamiento (1) según una de las reivindicaciones 1 a 6, presentando la unidad de acristalamiento (1) varias estructuras fotónicas (2a, 2b, 2c), las cuales reflejan en cada caso un primer espectro parcial diferente, y/o presentando el vidrio (3) una segunda superficie estructurada (5), que se encuentra opuesta a la primera superficie estructurada (4) del vidrio (3), estando dispuesta opcionalmente al menos una segunda estructura fotónica sobre la segunda superficie estructurada (5).
8. Unidad de acristalamiento (1) según una de las reivindicaciones 1 a 7, presentando esta primeras áreas superficiales, las cuales presentan una primera estructura fotónica (2) y segundas áreas superficiales, las cuales presentan una segunda estructura fotónica o ninguna estructura fotónica, y/o siendo el vidrio (3) al menos un superficie parcial de un ladrillo vítreo o de una teja de techo de vidrio o de un vidrio para ventanas.
9. Procedimiento para la producción de una unidad de acristalamiento (1) para el diseño estético, que comprende o se compone de al menos una estructura fotónica (2) y un vidrio (3), caracterizado por las siguientes etapas: proporcionar un vidrio (3), producir una primera superficie estructurada (4) sobre el vidrio (3) y aplicar la estructura fotónica (2) sobre la primera superficie estructurada (4), de manera que esta esté configurada para reflejar un primer espectro parcial de radiación electromagnética incidente y para transmitir un segundo espectro parcial de radiación electromagnética incidente, caracterizado por que la proporción reflejada corresponde a un armónico más alto y se encuentra en la zona espectral visible.
10. Procedimiento según la reivindicación 9, realizándose la aplicación de la estructura fotónica (2) sobre la primera superficie estructurada (4) del vidrio (3) a través de pulverización catódica.
11. Procedimiento según la reivindicación 9 o 10, realizándose la producción de la primera superficie estructurada (4) a través de limpieza por chorro de arena, decapado, estampación, colada o laminado.
12. Procedimiento según una de las reivindicaciones 9 a 11, generándose sobre la primera superficie estructurada (4), antes de la aplicación de la estructura fotónica (2), una máscara, la cual se elimina después de la aplicación de la estructura fotónica (2).
13. Procedimiento según la reivindicación 12, realizándose la eliminación de la máscara a través de incineración, en particular al mismo tiempo con el curado de la unidad de acristalamiento (1), y/o realizándose la generación de la máscara a través de impresión.
14. Módulo solar, que contiene al menos una unidad de acristalamiento (1) según una de las reivindicaciones 1 a 8, al menos una primera película de incrustación (7a), al menos una célula solar (8), al menos una segunda película de incrustación (7b) y al menos una lámina del lado posterior (9).
15. Colector solar térmico con una unidad de acristalamiento según una de las reivindicaciones 1 a 8.
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