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ES2928504T3 - Elemento de fachada coloreado con estructura de paneles compuestos - Google Patents

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ES2928504T3
ES2928504T3 ES20153987T ES20153987T ES2928504T3 ES 2928504 T3 ES2928504 T3 ES 2928504T3 ES 20153987 T ES20153987 T ES 20153987T ES 20153987 T ES20153987 T ES 20153987T ES 2928504 T3 ES2928504 T3 ES 2928504T3
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Spain
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panel
colored
layer
façade
optical interference
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ES20153987T
Other languages
English (en)
Inventor
Jörg Palm
Lutz Tautenhahn
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CNBM Research Institute for Advanced Glass Materials Group Co Ltd
Original Assignee
CNBM Research Institute for Advanced Glass Materials Group Co Ltd
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Publication date
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Abstract

La invención se refiere a un elemento de fachada (1) que comprende un primer panel transparente o semitransparente de color (2) y un segundo panel transparente de soporte mecánico (3), que están firmemente conectados entre sí por una capa intermedia (13), el primer panel (2) tiene una superficie frontal (4) en el lado de incidencia de la luz y una superficie trasera opuesta (5), en donde al menos una superficie (4, 5), seleccionada entre las superficies frontal y trasera, tiene al menos un área estructurada (8, 8'), y en el que al menos una capa de interferencia óptica (9, 9') para reflejar la luz dentro de un rango de longitud de onda predeterminado está dispuesta en al menos una superficie (4, 5), seleccionada del frente y superficies traseras, donde la al menos una región estructurada (8, 8') tiene las siguientes características: - perpendicular al plano del primer disco (2) un perfil de altura que tiene montañas y valles, con una diferencia de altura media entre las montañas y valles es de al menos 2 μm,- al menos el 50% del área estructurada se compone de segmentos que están inclinados con respecto al plano del primer panel (2), con al menos el 20% de los segmentos que tienen un ángulo de inclinación en el rango de más de 0° a un máximo de 15° y al menos el 30% de los segmentos tienen un ángulo de inclinación en el rango de más de 15° a un máximo de 45°, siendo cada uno de los segmentos planos y con un área de segmento de al menos 1 μm2, cada uno de los segmentos tiene una rugosidad media de menos del 15% de un espesor de capa de la al menos una capa de interferencia óptica. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Elemento de fachada coloreado con estructura de paneles compuestos
La presente invención se encuentra en el campo técnico de la producción de fachadas y se refiere a un elemento de fachada de color con una estructura de panel compuesto.
El uso de módulos solares como elementos de pared o fachada es actualmente un mercado relativamente pequeño en términos económicos, pero es muy interesante desde el punto de vista ecológico. Especialmente en vista de los mayores esfuerzos para soluciones energéticas descentralizadas y edificios energéticamente neutros, la necesidad de la aplicación de módulos solares como componentes integrados de envolventes de edificios está creciendo. Otras áreas de aplicación interesantes para los módulos solares son las paredes de protección contra el ruido (carretera, ferrocarril), paredes de privacidad en áreas exteriores o paredes para invernaderos. Estas nuevas aplicaciones imponen requisitos completamente nuevos a los módulos solares, especialmente en lo que respecta a la estética, la vida útil y otras funcionalidades, como el sellado y el aislamiento térmico. En particular, los módulos solares utilizados para este propósito deben estar disponibles en diferentes formas, tamaños y colores y transmitir una impresión de color lo más homogénea posible. Dependiendo del origen del color (absorción/remisión, interferencia, refracción), el color de una superficie básicamente homogénea del módulo solar puede depender del ángulo de visión y/o del ángulo de incidencia. Además, el espectro y la distribución espacial (difusa, dirigida) de la luz también determinan la impresión de color.
En términos de optimización de la eficiencia, un módulo solar ideal sería un cuerpo negro que absorbiera completamente la luz solar incidente para convertir de manera óptima la energía de radiación en energía eléctrica. Sin embargo, la radiación que incide es reflejada por cada cuerpo real y la radiación absorbida es remitida, y la impresión de color en el ojo humano surge fundamentalmente de la reflexión y la remisión de la luz seleccionada espectralmente. El espectro solar tiene la intensidad energética más alta en el intervalo espectral visible y el ojo humano tiene la mayor sensibilidad. Si un módulo solar está coloreado, es decir, si se va a generar una impresión de color del módulo solar en el ojo humano que difiere del cuerpo negro ideal, la intensidad de la luz absorbida en el semiconductor fotovoltaico activo se reduce y, con ello, la electricidad salida o la eficiencia del módulo solar. En principio, la eficiencia óptima solo se puede lograr con un módulo solar negro. Por otro lado, dependiendo del origen del color (absorción/remisión, interferencia, refracción), el color de una superficie básicamente homogénea del módulo solar puede depender del ángulo de visión y/o del ángulo de incidencia. Además, el espectro y la distribución espacial (difusa, dirigida) de la luz también determinan la impresión de color.
Del estado de la técnica, EP 3 129 810 A1, EP 2 793 271 A1, EP 2 897 795 A2, WO 2018/154045 A1, se conocen elementos de fachada genéricos y similares. El documento US 2014/104690 A1 muestra una estructuración para dispersión de luz para paneles de vidrio.
En las solicitudes de patentes europeas inéditas EP 1818615 y EP 18186161, se muestran módulos solares en los que la coloración se produce a través de al menos una capa de interferencia óptica. Al estructurar el vidrio frontal, se obtiene un módulo solar coloreado, que tiene un efecto de color que es en gran medida estable para el ojo humano, incluso desde diferentes direcciones de observación y en diferentes condiciones de iluminación, y aún logra un rendimiento energético aceptable, en particular un buen grado de eficiencia.
El dimensionamiento concreto de una fachada puede requerir que se necesiten módulos solares coloreados en diferentes tamaños y formas para dar a la fachada un color lo más homogéneo posible. En general, los módulos solares más pequeños y no rectangulares generan costos adicionales significativos si la pila de semiconductores real se fabrica en un área grande y los módulos más pequeños deben fabricarse por partes, ya que los módulos solares más pequeños requieren un uso significativamente mayor de material por unidad de potencia de salida. Además, con módulos solares más pequeños, la relación entre el área del módulo y el borde del módulo es menos favorable, por lo que la eficiencia general del módulo también es menor. Además, los costos de ciertos materiales y costos fijos para accesorios y sellado de bordes para pequeños módulos solares tienen una mayor proporción de los costos totales. Además, ciertos pasos del proceso de fabricación para diferentes tamaños de sustrato solo pueden implementarse con conceptos de sistema muy modificados.
Por las razones mencionadas con anterioridad, la producción industrial en serie de módulos solares está orientada a unos pocos tamaños de módulo estándar y, por lo general, módulos solares rectangulares, de modo que cubrir toda la superficie de una fachada con módulos solares no suele ser posible o económicamente inaceptable. Además, el diseño fotovoltaico de las celdas solares y varios accesorios, como tiras de contacto, cajas de conexiones y cables, están optimizados para los tamaños de módulo estándar. Además, puede resultar antieconómico cubrir determinadas zonas de una fachada con módulos solares por una orientación desfavorable al sol o por sombras de partes del mismo edificio o de edificios vecinos, ya que su rendimiento energético no genera los costes adicionales.
Para resolver el problema de la falta de tamaños y/o formas adecuadas de los módulos solares coloreados, es concebible utilizar elementos de fachada fotovoltaicos pasivos hechos de chapa u otros materiales de construcción convencionales, entendiéndose que su color debe ser tan similar posible a la de los módulos solares coloreados. Sin embargo, aquí hay un problema técnico y de diseño que radica en la naturaleza de la producción del color. De hecho, el color de los módulos solares puede cambiar según el origen del color (absorción/remisión, interferencia, refracción) en diferentes condiciones de iluminación, en particular según el tipo de luz (difusa, directa, color claro), como así como por un cambio en la incidencia y/o el cambio del ángulo de visión. Si los elementos fotovoltaicos pasivos de la fachada se componen de materiales diferentes a los de los módulos solares de colores, normalmente se producen contrastes de color que no son deseables desde el punto de vista del diseño.
Una solución a este problema proviene de la solicitud de patente europea inédita EP 18186175. En ella, se muestran elementos fotovoltaicos pasivos de fachada, en los que, análogamente a las solicitudes de patente europea no publicadas EP 1818615 y EP 18186161, el vidrio frontal presenta una estructura y se prevé al menos una capa de interferencia óptica.
En el caso de fachadas tipo cortina con ventilación trasera, el elemento de fachada está separado de las estructuras detrás de él por una capa de aire. Según la norma DIN 18516-1, una construcción de este tipo consta de un revestimiento de fachada, una zona de ventilación trasera, un aislamiento térmico y una subestructura. El requisito previo es una base de anclaje con carga estática. El aislamiento térmico también está ventilado para permitir que la condensación se seque. Son posibles diferentes revestimientos de fachada, en los que, además de materiales como madera, metal, materiales compuestos, también se pueden utilizar paneles de vidrio coloreado, que se fijan mediante soportes lineales, soportes puntuales o abrazaderas. Los módulos solares con un vidrio frontal de 3-4 mm de espesor, un vidrio de sustrato de 2 mm de espesor con celdas solares de película delgada CIGS en conexión en serie monolítica y rieles laterales traseros pegados (rieles traseros), como los vendidos por el solicitante, también son particularmente adecuados como elementos de fachada.
Como alternativa al muro cortina ventilado, las fachadas cortina también son muy utilizadas. Desde un punto de vista estático, la fachada de montantes y travesaños, junto con la fachada modular, pertenece a las fachadas cortina. Las fachada cortina son autoportantes y, en gran medida, no soportan cargas estructurales adicionales de otras partes del edificio. Su subestructura está unida a la estructura primaria de un edificio. La norma de producto DIN En 13830 (fachadas cortina) regula los requisitos generales para una fachada de montantes y travesaños. Con la fachada de montantes y travesaños, se pueden crear aberturas a gran escala, así como áreas de fachada completas. Debido a las dimensiones variables del perfil, especialmente en la profundidad del perfil y al uso de diferentes materiales como madera, acero o aluminio, las construcciones se pueden adaptar a casi cualquier situación de instalación, especialmente porque se pueden seleccionar diferentes materiales para los paneles de relleno tales como, por ejemplo, paneles aislantes de vidrio y módulos solares. El diseño modular de la fachada de montantes y travesaños permite tanto la prefabricación de los elementos en fábrica (fachada unitaria) como su unión en obra. La construcción se basa en la conexión de perfiles verticales de montantes (perfiles principales) y perfiles horizontales de travesaños, que juntos dan como resultado una estructura portante esquelética. La carga principal se transfiere a través de los postes verticales. Los largueros se atornillan, enchufan o sueldan a estos. Los paneles pueden estar hechos de materiales transparentes u opacos. Se utilizan elementos de sellado elásticos entre los paneles de fachada y el marco de fachada de soporte.
También es de interés la instalación de paneles solares en grandes ventanales. Estos se pueden integrar en paredes exteriores con diferentes formas de construcción (por ejemplo, también entre paredes exteriores de ladrillo). Por ejemplo, los módulos solares se pueden instalar como elementos opacos en elementos de ventanas de piso a techo. Alternativamente, hay un segmento activo fotovoltaicamente en el área inferior de un elemento de ventana y un segmento transparente en el área superior.
Los siguientes requisitos deben cumplirse al integrar módulos solares como elementos de fachada en un muro cortina ventilado, una fachada cortina o un muro ventana:
Efecto de color homogéneo:
Por razones estructurales, pero también por razones económicas, los elementos de fachada deben tener un tamaño mínimo determinado. El tamaño debe poder ajustarse en forma variable según aspectos estáticos y estéticos arquitectónicos. Este requisito puede entrar en conflicto con los tamaños disponibles de la producción de paneles solares. En el caso de los módulos solares de capa fina, por motivos de producción, normalmente solo están disponibles determinados anchos y longitudes. Por lo tanto, para áreas más grandes, se deben integrar varios módulos uno al lado del otro o uno debajo del otro en un elemento de fachada para la construcción de montantes y travesaños. En el medio, hay áreas (bandas de contacto, áreas de borde para el aislamiento, etc.) que tienen un efecto de color diferente al del área foltovoltaicamente activa. En el caso de los módulos solares que utilizan tecnología de obleas de silicio, también hay áreas (rejilla de contacto, tiras de contacto, espacios entre las celdas) que tienen un efecto de color diferente al de las celdas reales. Además, tanto las celdas solares de película fina como las celdas solares de obleas de silicio tienen su propio efecto de color estrechamente definido (gris, azul o negro). El área de la celda real y las áreas no activas deben cubrirse homogéneamente con un color uniforme, tan libremente como sea posible, según los deseos del usuario. La pérdida de eficiencia no debe ser demasiado alta, de lo contrario el rendimiento energético de la fachada será demasiado bajo.
Estabilidad mecánica:
Los módulos solares generalmente consisten en paquetes de vidrio (endurecido y/o no endurecido) con espesores de vidrio relativamente delgados, por ejemplo, vidrio frontal ESG de 3 mm más vidrio de sustrato sin endurecer de 2 mm para un módulo solar de película delgada CIGS o vidrio frontal endurecido de 4 mm más película trasera para módulos solares de silicio estándar. Estos espesores de vidrio no suelen ser suficientes para los rellenos de una construcción de vidrio con montantes y travesaños o para un panel para el revestimiento de una fachada cortina con ventilación trasera, particularmente en el caso de edificios más altos y/o zonas de mayor carga de viento. Para edificios grandes, los requisitos de resistencia al viento aumentan, y es deseable penetrar zonas de mayor carga de viento y alturas de edificios.
Estabilidad climática:
A diferencia de los materiales de fachada convencionales, los módulos solares se componen de componentes electrónicos (esencialmente diodos semiconductores de gran superficie y sus elementos de contacto), que deben protegerse contra la humedad y otras influencias ambientales. Esto generalmente se garantiza mediante materiales de encapsulación adecuados y sellado de bordes.
Costos de fabricación:
Hasta ahora, los módulos solares integrados en edificios se han fabricado principalmente en forma manual o semiautomática. Esto conduce a costos de fabricación relativamente elevados. La fotovoltaica integrada en edificios solo puede convertirse en un campo de aplicación de crecimiento sostenible si los costos de producción, por un lado, y los rendimientos de la producción de energía, por otro, conducen a un período de amortización aceptable para los costos adicionales de la fachada.
Eficiencia:
Para lograr un período aceptable de amortización de los costos adicionales de la fachada a través del rendimiento de energía eléctrica para la integración de la fachada, la eficiencia y el rendimiento energético promedio durante todo el año no deben ser demasiado bajos.
Por el contrario, el objeto de la presente invención es proporcionar un elemento de fachada de color con una estructura de panel compuesto que tenga en cuenta los requisitos anteriores. En particular, el color del elemento de fachada debe depender lo menos posible de las condiciones de iluminación y del ángulo de visión y de incidencia. El elemento de fachada debería poder fabricarse en diferentes tamaños y formas a costos aceptables y con una homogeneidad satisfactoria. Además, debe cumplir con mayores requisitos de resistencia al viento, para que pueda usarse en zonas con cargas de viento más altas y para edificios más grandes.
Según la propuesta de la invención, estos y otros objetos se logran mediante un elemento de fachada con las características de la reivindicación de patente independiente. Las configuraciones ventajosas de la invención se especifican mediante las características de las reivindicaciones dependientes.
De acuerdo con la invención, se muestra un elemento de fachada coloreado con una estructura de panel compuesto.
La expresión “elemento de fachada” generalmente se refiere a un componente que es adecuado y está destinado a integrarse en una fachada como un elemento de superficie visible. En general, la fachada presenta un frente o exterior y un fondo o interior, por lo que el frente de la fachada se puede ver desde el entorno exterior. La fachada es, por ejemplo, una pared de edificio o una pared independiente que sirve como pantalla o barrera acústica, por ejemplo. El elemento de fachada se puede integrar en una fachada como un componente independiente, siendo la superficie frontal del elemento de fachada parte de la superficie exterior o frontal de la fachada. El frente o el exterior del elemento de fachada se utiliza para la incidencia de la luz (por ejemplo, la luz del sol) en el elemento de fachada. La parte trasera o interior del elemento de fachada no se utiliza para la visualización desde el entorno exterior, ni para la incidencia de la luz.
Por “elemento de fachada de color” o “elemento de fachada con efecto de color”, se ha de entender que el frente o el exterior del elemento de fachada tiene un color específico (seleccionable) cuando se expone a la luz (por ejemplo, la luz del sol).
Por “estructura de panel compuesto”, se ha de entender que el elemento de fachada presenta al menos dos paneles que están firmemente conectados (por ejemplo, laminados) entre sí mediante una capa intermedia.
El elemento de fachada puede ser fotovoltaicamente activo (es decir, adecuado y destinado a la generación de energía fotovoltaica). Sin embargo, también es posible que el elemento de fachada sea fotovoltaicamente pasivo a diferencia de esto.
De acuerdo con la invención, se muestra un elemento de fachada con un efecto de color que comprende un primer panel transparente o semitransparente y un segundo panel transparente, que están firmemente unidos entre sí por una capa intermedia transparente. Los paneles primero y segundo forman un panel compuesto. La capa intermedia es preferiblemente una capa intermedia termoplástica o de polímero reticulado (por ejemplo, PVB = polivinilbutiral o EVA = vinilacetato de etileno) que une los dos discos entre sí. El pegado también es posible con silicona transparente o resina de colada.
En el sentido de la presente invención, el término “transparencia” o “transparente” se refiere a una permeabilidad a la luz visible de al menos el 85 %, en particular al menos el 90 %, preferiblemente al menos el 95 %, en particular el 100 %. Por lo general, la luz visible está en el intervalo de longitud de onda de 380 nm a 780 nm. El término “opacidad” u “opaco” se refiere a una transmisión de luz visible de menos del 5 %, en particular del 0 %. El término “semitransparencia” o “semitransparente” se refiere a una transmisión de luz visible de menos del 85 % y más del 5 %. Los porcentajes se refieren a la intensidad de la luz, medida en un lado de la estructura plana por examinar (por ejemplo, un cristal), en relación con la intensidad de la luz que incide en el otro lado de la estructura plana. Para tal medición, por ejemplo, se puede disponer una fuente de luz blanca (fuente de luz visible) en un lado de la estructura plana y un detector de luz visible en el otro lado de la estructura plana. Los valores dados a continuación para el índice de refracción óptica siempre se refieren al índice de refracción óptica en el intervalo de longitud de onda visible de 380 nm a 780 nm. En el elemento de fachada según la invención, el primer panel transparente o semitransparente se utiliza coloreado, como se explicará con más detalle a continuación. Dado que el primer panel tiene un reflejo de color, ya no es completamente transparente. Para colores más oscuros y más saturados, la transmisión de luz visible aún puede ser superior al 85 %, para colores más claros y más saturados suele ser inferior al 85 %. El segundo panel transparente no se utiliza coloreado, sino como soporte mecánico o refuerzo del elemento de fachada, de modo que el elemento de fachada también satisfaga mayores requisitos en términos de resistencia al viento.
El primer panel coloreado tiene una superficie frontal dispuesta en el lado de incidencia de la luz y una superficie trasera opuesta. La superficie frontal del primer panel mira así al entorno externo desde el que se puede ver el frente o el exterior del elemento de fachada. En consecuencia, la superficie trasera del primer panel mira hacia el exterior.
De acuerdo con una realización del elemento de fachada según la invención, los cristales del elemento de fachada se componen del mismo material, por ejemplo, vidrio o plástico, preferiblemente vidrio sodocálcico. Cada uno de los paneles está preferiblemente formado como una placa rígida de vidrio o plástico. En este caso, la superficie delantera o la superficie trasera de un cristal está formada por el material respectivo del cristal. De acuerdo con una realización alternativa, un cristal puede constar de al menos dos materiales diferentes, estando formada la superficie delantera y/o la superficie trasera del cristal de un material diferente del núcleo del cristal. El núcleo del cristal está hecho preferiblemente del mismo material, por ejemplo, vidrio o plástico, preferiblemente vidrio sodocálcico. En el exterior y/o el interior del núcleo del cristal hay un material que es diferente del núcleo del cristal y es transparente y tiene el mismo índice de refracción óptica que el material del núcleo del cristal. En este caso, la superficie delantera o la superficie trasera del panel está formada por el material respectivo que se aplica al núcleo del disco. De acuerdo con la invención, el término “panel” también incluye cuerpos compuestos, con la condición de que los materiales que forman el panel sean no absorbentes y tengan el mismo índice de refracción óptica.
Los cristales del elemento de fachada preferiblemente no tienen curvatura y, por lo tanto, son planos (nivelados). Sin embargo, los discos también se pueden curvar. Los discos pueden ser rígidos o flexibles. También se puede proporcionar un panel flexible en forma plana. En el caso de un cristal plano, un plano está definido por el propio cristal, que debe entenderse como el “plano del cristal” en el sentido de la invención. En el caso de un panel curvo, un plano local puede definirse en cualquier punto del plano mediante una superficie tangencial plana (imaginaria), que también se incluye en la expresión “plano del disco”.
Cuando se ilumina desde el exterior con luz blanca, en particular cuando se ilumina con luz solar, el elemento de fachada según la invención da al observador una impresión de color homogénea en al menos una sección, es decir, el elemento de fachada está coloreado. La sección coloreada se extiende preferiblemente por toda la superficie frontal del elemento de fachada. Los elementos de fachada con una impresión de color homogénea en toda la superficie se consideran especialmente atractivos.
El color del elemento de fachada se puede describir mediante tres coordenadas de color L*, a*, b*, las coordenadas de color relacionadas con el espacio de color (CIE)L*a*b* conocido por los expertos en la técnica, en el que todos los colores perceptibles se definen con precisión. Este espacio de color está especificado en la norma europea EN ISO 11664-4 “Colorimetry - Part 4: CIE 1976 L*a*b* Color space”, a la que se hace referencia completa dentro del alcance de la descripción de la presente invención. En el espacio de color (CIE)L*a*b*, cada color está definido por una ubicación de color con las tres coordenadas cartesianas L*, a*, b*. El verde y el rojo se enfrentan en el eje a*, el eje b* se extiende entre el azul y el amarillo, y el eje L* describe la luminosidad (luminancia) del color. Para una representación más clara, las cantidades se pueden convertir al espacio de color Lhc, donde L permanece igual y la saturación es el radio, y h es el ángulo de un punto de color en el plano a*b*.
El color del elemento de fachada se refiere a una vista desde el entorno exterior, es decir, a la vista del panel frontal. La medición del color o la determinación de las coordenadas de color del elemento de fachada se puede realizar de manera sencilla con un dispositivo de medición del color disponible comercialmente (espectrofotómetro). Para ello, el dispositivo de medición del color se dirige a la superficie frontal del cristal frontal, en particular se coloca sobre la superficie frontal. Los dispositivos de medición de color habituales permiten una medición de color que cumple con los estándares, y su estructura y tolerancias suelen estar sujetas a estándares internacionales, por ejemplo, definidos por DIN 5033, ISO/CIE 10527, ISO 7724 y ASTM E1347. Por ejemplo, se hace referencia en su totalidad a la norma Din 5033 con respecto a la medición del color. Un dispositivo de medición de color tiene, por ejemplo, una lámpara de flash de xenón, una lámpara de tungsteno-halógeno o uno o más LED como fuente de luz, con la superficie frontal de un cuerpo que se ilumina con la luz generada (por ejemplo, luz blanca) y la luz recibida por el elemento de fachada que se está midiendo. Como se explicó al principio, el color de la carrocería medido por el medidor de color resulta de la luz reflejada y remitida del elemento de fachada.
Para garantizar que el elemento de fachada según la invención tenga un color homogéneo en al menos una sección, al menos una superficie (es decir, la superficie delantera y/o la superficie trasera) del primer panel coloreado tiene al menos una región estructurada. Además, en el primer panel está dispuesta al menos una capa de interferencia óptica coloreada. La al menos una capa de interferencia óptica convierte el primer panel en un primer panel coloreado.
La al menos una capa de interferencia óptica sirve para reflejar la luz dentro de un intervalo de longitud de onda predeterminado o determinable. La al menos una capa de interferencia óptica está dispuesta preferiblemente directamente (es decir, sin ninguna capa intermedia adicional) sobre una superficie del primer panel.
La al menos una capa de interferencia óptica puede tener una o más capas, es decir, tener una o más capas que refractan la luz (capas refractivas). La capa de interferencia óptica se usa para generar el color del primer panel y, por lo tanto, del elemento de fachada, estando diseñada la capa de interferencia óptica de tal manera que es posible la interferencia constructiva o destructiva de la luz reflejada en las diversas interfaces de la capa de interferencia óptica. El color del elemento de fachada resulta de la interferencia de la luz reflejada en las interfaces de la capa de interferencia óptica. Cuando se ilumina con luz (blanca), en particular la luz del sol, la capa de interferencia óptica actúa como un filtro de color para producir un color homogéneo. El área estructurada se extiende preferiblemente sobre todo el primer cristal, es decir, sobre toda la superficie (superficie delantera y/o superficie trasera) del primer cristal, de modo que todo el elemento de fachada tenga un color homogéneo. El elemento de fachada también puede tener varias secciones de elementos de fachada, cada una con un color homogéneo. Los colores de las secciones de los elementos de la fachada pueden ser iguales o diferentes entre sí.
La al menos un área estructurada presenta un perfil de altura con montañas (elevaciones) y valles (depresiones) perpendiculares al plano del primer panel coloreado, con una diferencia de altura promedio entre las montañas y los valles de al menos 2 pm y preferible, pero no necesariamente, como máximo el 20 %, preferiblemente como máximo el 10 %, más preferiblemente como máximo el 5 %, de un espesor del primer panel transparente o semitransparente. Además, al menos el 50 %, preferiblemente al menos el 80 %, más preferiblemente al menos el 90 % de la región estructurada de la superficie (superficie frontal y/o posterior) está compuesta por segmentos o facetas inclinadas de manera diferente. Los segmentos son secciones de la superficie del primer panel de entintado que miran hacia el entorno externo y cada uno está formado como superficies planas que están inclinadas con respecto al plano del primer panel de entintado. Aquí, en base al plano del primer panel coloreado, al menos el 20 % de los segmentos tienen un ángulo de inclinación en el intervalo de más de 0° a un máximo de 15° y al menos el 30 % de los segmentos tienen un ángulo de inclinación en el intervalo de más de 15° a un máximo de 45°. Es ventajoso, pero no obligatorio, que menos del 30 % de los segmentos tengan un ángulo de inclinación superior a 45°. Las estructuras son preferiblemente no periódicas y anisotrópicas. Sin embargo, las estructuras periódicas y las estructuras aniostrópicas también se pueden usar para efectos ópticos especiales.
Además, los segmentos son cada uno planos y tienen un área de segmento de al menos 1 pm2. Además, en al menos una zona (es decir, un área parcial) de la región estructurada, los segmentos tienen cada uno una rugosidad promedio de menos del 15 %, preferiblemente menos del 10 %, más preferiblemente menos del 5 %, de un espesor de capa de la óptica. Se aplica la capa de interferencia que se encuentra sobre el área estructurada. Si la capa de interferencia óptica consta de varias capas refractivas, los segmentos de al menos una zona tienen cada uno una rugosidad promedio de menos del 15 % del espesor de capa de la capa refractiva con el espesor de capa más pequeño. La zona en la que los segmentos tienen cada uno una rugosidad media de menos del 15 % del espesor de capa de la capa de interferencia óptica puede corresponder al área estructurada, es decir, la zona y el área estructurada son entonces idénticas. El área estructurada se puede producir, por ejemplo, mediante grabado, arenado o laminado del primer vidrio.
En consecuencia, la al menos una región estructurada del primer panel coloreado del elemento de fachada tiene una multiplicidad de segmentos planos (planos). Dentro del significado de la presente invención, los segmentos planos (planos) pueden estar formados por superficies no curvas. Sin embargo, también es posible que los segmentos planos (planos) estén formados por superficies ligeramente curvadas. Un segmento es ligeramente curvado en el sentido de la presente invención si se aplica lo siguiente a cada punto del segmento: si hay un plano tangencial (imaginario) con un área de 1 pm2 en un punto del segmento se construye, la distancia entre la superficie del segmento y el plano tangente, referida a la dirección normal al plano tangente, es menor de 50 nm.
En el contexto de la presente invención, el término “estructuración” o “área estructurada” en relación con el elemento de fachada designa un área de la superficie frontal o la superficie posterior del primer panel coloreado en el que las características descritas con anterioridad están presentes en combinación.
Debido a las características de la región estructurada, se puede conseguir de manera ventajosa que, cuando se ilumina con luz el primer panel coloreado, incluso cuando se observa fuera del ángulo de observación (el ángulo de incidencia de la luz incidente corresponde al ángulo de emergencia de la luz reflejada, basada en el plano del primer panel coloreado), la luz se devuelve con una intensidad relativamente alta. La razón de ello son los segmentos inclinados de manera diferente, que están presentes en número suficiente, tamaño apropiado y ángulos de inclinación adecuados para permitir una alta intensidad de la luz reflejada incluso cuando se observa fuera del ángulo de observación. Siempre hay un número suficiente de segmentos inclinados que dispersan suficiente intensidad en direcciones fuera del ángulo de observación del primer panel coloreado cuando están estructurados en el exterior por refracción en los segmentos y cuando están estructurados en el interior por reflexión en los segmentos.
Como se usa aquí y más adelante, la expresión “ángulo de observación” se refiere a la normal al plano del primer panel coloreado, a diferencia de “ángulo de observación local” que se refiere a la normal al plano de un segmento. El ángulo de observación y el ángulo de observación local pueden ser iguales (el segmento es paralelo al plano del primer panel coloreado), pero normalmente son diferentes (el segmento está inclinado con respecto al plano del primer panel coloreado).
Como resultado, se puede lograr que la intensidad de la luz que no se refleja (es decir, se dispersa) en el ángulo de incidencia sea relativamente alta, lo que, en comparación con una superficie reflectante sin tal área estructurada, tiene solo una baja dependencia angular con respecto a la dirección de incidencia y observación. La luz reflejada fuera del ángulo de observación puede someterse a una selección de color por medio de la capa de interferencia óptica, dependiendo del índice de refracción y el espesor de la capa de interferencia óptica, de modo que la superficie del primer panel coloreado tenga un color homogéneo con dependencia angular relativamente pequeña. La capa de interferencia actúa como un filtro con la reflexión más estrecha posible y transmisión de banda ancha.
Ventajosamente a este respecto, la región estructurada presenta un perfil de altura en el que una diferencia de altura media entre los picos y los valles es de al menos 2 pm, preferiblemente de al menos 10 pm y, de manera especialmente preferible, de al menos 15 pm. Tal área estructurada se puede producir grabando el primer panel (por ejemplo, hecho de vidrio). Igualmente ventajoso a este respecto, el área estructurada tiene un perfil de altura en el que una diferencia de altura media entre los picos y los valles es de al menos 50 pm, preferiblemente de al menos 100 pm. Tal área estructurada se puede producir enrollando el primer panel coloreado (por ejemplo, hecho de vidrio). En consecuencia, la invención se extiende ventajosamente a un elemento de fachada cuya al menos una región estructurada del primer vidrio coloreado está realizada por ataque químico o laminado, como resultado de lo cual se pueden realizar los perfiles en altura mencionados.
Sin embargo, las estructuras también se pueden producir aplicando una capa transparente y estructurada al primer panel coloreado. La capa debe tener el mismo (o al menos muy similar) índice de refracción que el primer panel. Según la invención, la estructuración de una superficie del primer panel coloreado debería incluir también la aplicación de una capa transparente y estructurada de este tipo.
Las propiedades mencionadas de la región estructurada del primer panel coloreado se pueden medir usando dispositivos de medición convencionales como un microscopio, en particular un microscopio confocal o un perfilómetro de aguja.
Preferiblemente, la al menos una región estructurada del primer cristal (sin revestir) del elemento de fachada según la invención asegura que en ángulos de observación de 45° y 15° (en cada caso, con respecto al plano del primer cristal) y un ángulo de incidencia que se desvía en 45° del respectivo ángulo de observación (en ambas direcciones), se produce una luminosidad L de la luz reflejada de al menos 10. Se produce una luminosidad L de la luz reflejada de al menos 15 y más preferiblemente de al menos 20. En esta medida, se fija una cubierta negra al lado opuesto al lado por caracterizar (es decir, la superficie posterior) del primer panel (sin recubrir). Se usa un radiador D65 para la medición y el brillo L se mide con un colorímetro multiángulo disponible comercialmente (ángulo de apertura de 10°). La configuración de medición se explica con más detalle a continuación en relación con la Figura 26. En este contexto, se hace referencia completa a la norma europea EN ISO 11664-4.
En el elemento de fachada según la invención, el primer panel se usa coloreado el elemento de fachada, mientras que el segundo panel se usa para soportar (reforzar) mecánicamente el elemento de fachada. En una realización ventajosa del elemento de fachada, el segundo panel de soporte mecánico es más grueso y, por lo tanto, mecánicamente más resistente que el primer panel coloreado, de modo que ambos paneles pueden optimizarse en cuanto a su función. Alternativamente, sin embargo, también es posible que el primer panel coloreado sea más grueso que el segundo panel de soporte mecánico. Esto puede ser especialmente ventajoso si para la estabilidad mecánica deseada del elemento de fachada es suficiente un panel adicional (soportado mecánicamente) con un espesor de panel relativamente pequeño.
En una realización del elemento de fachada según la invención, el primer panel coloreado está dispuesto en el lado de incidencia de la luz de la capa intermedia, es decir, el primer panel forma el cristal de cubierta frontal del elemento de fachada. Alternativamente, sin embargo, también es posible que el segundo panel de soporte mecánico esté dispuesto en el lado de incidencia de la luz de la capa intermedia, es decir, el segundo panel forma el panel de cubierta frontal del elemento de fachada. En este último caso, la luz atraviesa el segundo panel que se sostiene mecánicamente hasta que incide en el primer panel coloreado. El color del elemento de fachada resulta del color seleccionado de al menos una capa de interferencia óptica cuando se ilumina con luz blanca (por ejemplo, la luz del sol), combinándose el color seleccionado con el color de fondo de una estructura plana (por ejemplo, una pared) a la que se aplica el elemento de fachada. La impresión general resulta del color seleccionado y el color de fondo.
En principio, es posible que el elemento de fachada se utilice sin un elemento trasero que contribuya a la coloración. En la práctica, se debe tener en cuenta el color de fondo de la estructura plana a la que se une el elemento de fachada.
Para lograr una coloración independiente del fondo, el elemento de fachada presenta en su lado posterior al menos un elemento trasero plano. El al menos un elemento trasero plano es preferiblemente opaco o semitransparente. El al menos un elemento trasero plano está dispuesto en la parte trasera del elemento de fachada, es decir, en la dirección de incidencia de la luz detrás del compuesto sólido del primer panel coloreado y el segundo panel que soporta mecánicamente.
El al menos un elemento trasero contribuye a la coloración del elemento de fachada. Para ello, el elemento de la parte trasera es, por ejemplo, acromático, oscuro y mate. También es posible que el elemento trasero esté coloreado para dar al elemento de fachada una impresión de color específica (determinada o determinable) en combinación con al menos una capa de interferencia óptica coloreada que está dispuesta en el primer panel. Si el elemento trasero es fotovoltaicamente activo y tiene celdas solares de película delgada CIGS, estas contribuyen al color general. Las celdas solares de película delgada CIGS suelen tener un color negro azulado.
Como ya se ha dicho, el primer panel tiene una superficie frontal orientada hacia el entorno exterior y una superficie posterior opuesta al mismo. Análogamente a esto, el segundo panel tiene una superficie frontal orientada hacia el entorno exterior (lado de incidencia de la luz) y una superficie posterior opuesta a la superficie frontal. En el estado instalado del elemento de fachada en la fachada, la superficie frontal de un panel respectivo mira hacia el entorno exterior.
El al menos un elemento trasero plano tiene una superficie de contacto que está firmemente unida a la superficie trasera del cristal trasero (primer o segundo cristal), es decir, la superficie trasera de este panel que está dispuesta en el lado de la capa intermedia que da la espalda a la incidencia de la luz.
El al menos un elemento trasero plano cubre, por ejemplo, al menos el 70 %, al menos el 90 % o al menos el 99 % de la superficie trasera del panel trasero. En particular, el elemento trasero plano cubre la superficie trasera del panel trasero en toda su superficie (100 %, es decir, cobertura completa). Sin embargo, también es posible que el al menos un elemento trasero plano cubra menos del 70 %, en particular menos del 50 % de la superficie trasera del panel trasero.
El elemento trasero plano del elemento de fachada puede ser fotovoltaicamente activo o pasivo.
De acuerdo con una realización preferida del elemento de fachada según la invención, el al menos un elemento trasero plano está diseñado para ser fotovoltaicamente activo, es decir, adecuado y destinado a generar energía a partir de la luz solar. Por lo tanto, el elemento de fachada coloreado se puede utilizar de manera ventajosa para la generación de energía fotovoltaica.
El al menos un elemento del lado posterior fotovoltaicamente activo es preferiblemente un sustrato de soporte (panel) con celdas solares conectadas en serie aplicadas al mismo, estando conectado el sustrato de soporte preferiblemente en forma directa, es decir, sin un panel intermedio, al panel trasero (primero o segundo panel) de la combinación del primer y segundo panel está firmemente conectado por otra capa intermedia (por ejemplo, por laminación). El panel de la parte posterior forma así un compuesto adicional de dos paneles con el sustrato de soporte. El resultado general es una estructura de panel compuesto en la que tres paneles están firmemente conectados entre sí mediante laminación (primer panel, segundo panel, sustrato de soporte). Las celdas solares están bien protegidas contra las influencias climáticas externas mediante la combinación del primer panel coloreado y el segundo panel de soporte mecánico.
Puede ser ventajoso que el elemento lateral trasero plano sea más pequeño que el panel delantero en relación con el plano del panel. Las dimensiones del elemento de soporte plano a lo largo de cada dirección del panel frontal son, por lo tanto, más pequeñas que las dimensiones del panel frontal. Como resultado de esta medida, el elemento trasero plano está particularmente bien protegido contra influencias externas, especialmente si presenta celdas solares.
El elemento trasero activo fotovoltaicamente está provisto de celdas solares conectadas eléctricamente en serie para la generación de energía fotovoltaica. En principio, puede ser cualquier tipo de celda solar, en particular celdas solares basadas en obleas basadas en silicio (celdas solares sobre un sustrato de soporte en configuración de superestrato) o celdas solares de película delgada que están conectadas en serie en forma monolíticamente integrada (celdas solares sobre un sustrato de soporte en configuración de sustrato). Se trata preferiblemente de celdas solares de capa fina que están conectadas en serie en forma monolíticamente integrada.
Por laminación con el panel trasero del material compuesto de los paneles primero y segundo, se produce un módulo solar de capa fina con una estructura de panel compuesto a partir del sustrato de soporte con celdas solares aplicadas y el panel trasero, estando el panel trasero firmemente unido tanto al panel frontal como al sustrato de soporte por una capa intermedia respectiva.
Sin embargo, también es posible que un módulo solar completo, que consta de dos paneles unidos entre sí en forma fija por una capa intermedia (por ejemplo, sustrato de soporte con celdas solares, en particular celdas solares de capa fina y placa de cubierta), esté unido en forma fija a un solo panel (primer panel o segundo panel). El resultado es una estructura de panel compuesto con tres paneles que están firmemente conectados entre sí por dos capas intermedias. De esta manera, se puede utilizar ventajosamente un módulo solar prefabricado. El módulo solar prefabricado puede tener opcionalmente el segundo panel de soporte mecánico o el primer panel coloreado, estando entonces el módulo solar firmemente conectado al otro panel (primer panel coloreado o segundo panel de soporte mecánico). Cada capa intermedia es preferiblemente una capa intermedia termoplástica o de polímero reticulado (por ejemplo, PVB o EVA) que une los dos paneles entre sí. El pegado también es posible con silicona transparente o resina de colada.
El elemento del lado trasero fotovoltaicamente activo tiene preferiblemente celdas solares de película delgada en una configuración de sustrato en la que la estructura de capas para producir las celdas solares se aplica a una superficie del sustrato de soporte que mira hacia el lado de entrada de luz. En línea con el uso común, la expresión “celdas solares de película delgada” se refiere a una estructura en capas con un espesor pequeño de, por ejemplo, unos pocos micrómetros, de modo que se requiere un sustrato de soporte para una resistencia mecánica suficiente. El sustrato de soporte puede consistir, por ejemplo, en vidrio inorgánico, acero o plástico y puede estar diseñado como placa rígida o lámina flexible dependiendo del espesor de capa respectivo y las propiedades específicas del material. El sustrato de soporte consta preferiblemente de vidrio.
En el caso de celdas solares de capa fina, la estructura de capas comprende, de manera en sí conocida, una capa de electrodos trasera, una capa de electrodos delantera y una capa absorbente fotovoltaicamente activa dispuesta entre las capas de electrodos trasera y delantera. La capa frontal del electrodo es ópticamente transparente, ya que debe ser posible que la luz la atraviese para formar las capas. La capa de electrodo frontal ópticamente transparente normalmente comprende o consiste en un óxido de metal dopado (TCO = óxido conductor transparente), por ejemplo, óxido de zinc (AZO) dopado con aluminio, n-conductor.
La capa absorbente fotovoltaicamente activa comprende o consiste preferiblemente en un semiconductor de calcopirita, que es ventajosamente un semiconductor compuesto ternario I-III-VI del grupo cobre-indio/disulfuro de galio/diseleniuro (Cu(In,Ga)(S,Se)2). En la fórmula anterior, el indio y el galio pueden existir solos o combinados. Lo mismo se aplica al azufre y al selenio, cada uno de los cuales puede estar presente solo o en combinación. CIS (diseleniuro/disulfuro de cobre, indio y galio) o CIGS (disulfuro de cobre, indio y galio, disulfuro de cobre, indio y galio, disulfiseleniuro de cobre, indio y galio) es especialmente adecuado como material para la capa absorbente. La capa absorbente normalmente tiene un dopado de un primer tipo de conductividad (tipo portador de carga) y el electrodo frontal tiene un dopado del tipo de conductividad opuesto. Por regla general, la capa absorbente es p-conductora (pdopada), es decir, tiene un exceso de electrones defectuosos (agujeros) y la capa frontal del electrodo es n-conductora (n-dopada), por lo que hay un exceso de electrones libres. Normalmente se dispone una capa intermedia entre la capa absorbente y la capa frontal del electrodo. Esto se aplica en particular a las capas absorbentes basadas en Cu(In,Ga)(S,Se)2, que suelen tener una capa de amortiguamiento entre una capa absorbente de Cu(In,Ga)(S,Se)2 pconductora y un electrodo frontal n-conductor. Según los conocimientos actuales, la capa de amortiguamiento permite un ajuste electrónico entre el absorbedor y el electrodo frontal. También ofrece protección contra daños por pulverización catódica en un paso posterior del proceso de depósito del electrodo frontal, por ejemplo, mediante pulverización catódica con magnetrón de CC. Una heterounión p-n está formada por la secuencia de la capa de electrodo frontal n-conductora, la capa de amortiguamiento y la capa absorbente p-conductora, es decir, una unión entre capas del tipo de conductividad opuesto. La capa absorbente activa fotovoltaicamente también puede consistir en teleruro de cadmio (CdTe) o silicio amorfo y/o microcristalino, por ejemplo.
En la estructura de capas, las celdas solares conectadas en serie están formadas por zonas de estructuración. Así, al menos la capa de electrodos trasera está dividida en secciones completamente separadas por primeras líneas de estructuración (líneas P1), que forman los electrodos traseros de las celdas solares. Además, al menos la capa absorbente está dividida en secciones completamente separadas por segundas líneas estructurantes (líneas P2), que forman los absorbedores de las celdas solares, y al menos la capa de electrodo frontal está dividida en secciones completamente separadas por terceras líneas estructurantes (líneas P3), que forman los electrodos frontales de las celdas solares. Las celdas solares adyacentes están conectadas eléctricamente entre sí en serie a través de material eléctricamente conductor en las segundas líneas de estructuración, estando conectado eléctricamente el electrodo frontal de una celda solar al electrodo posterior de la celda solar adyacente y normal, pero no necesariamente, tiene contacto directo con ella. Cada zona de estructuración comprende una sucesión directa de las tres líneas de estructuración P1-P2-P3, cada una en este orden.
Los módulos de película delgada basados en silicio amorfo y/o microcristalino y basados en CdTe generalmente se construyen en una configuración de superestrato. Por lo tanto, las celdas solares de película delgada están dispuestas en la superficie del vidrio en el lado de entrada de luz. En la parte posterior, suele haber un segundo vidrio para la encapsulación estable al clima. En este caso, el vidrio de soporte transparente en el lado de entrada de luz también puede asumir el papel del vidrio de soporte mecánico. Un módulo de vidrio laminado coloreado según la invención se produce por laminación con un panel coloreado.
De acuerdo con el uso común, la expresión “celda solar” en los módulos solares de película delgada se refiere a un área de la estructura en capas que tiene un electrodo frontal, un absorbedor activo fotovoltaicamente y un electrodo posterior y está delimitada por dos zonas estructurantes directamente adyacentes. Cada celda solar tiene una zona ópticamente activa que, apilada una encima de la otra, comprende un electrodo trasero, un absorbedor y un electrodo delantero y es capaz de convertir fotoeléctricamente la luz en corriente eléctrica.
De acuerdo con una realización del elemento de fachada según la invención, en la dirección de incidencia de la luz, detrás de la última capa de interferencia (ver más abajo), se dispone una capa de enmascaramiento que cubre parcialmente el al menos un elemento trasero, que cubre áreas fotovoltaicamente inactivas de las tapas de los elementos traseros (conexiones, barras bus, cajas de derivación, etc.). En consecuencia, solo las áreas ópticamente activas de las celdas solares son visibles desde el entorno exterior, lo que mejora aún más la apariencia externa del elemento de fachada.
El elemento trasero plano está firmemente conectado al panel trasero. El elemento trasero plano en sí mismo puede tener un color, y el color del elemento trasero influye en el color general del elemento de fachada.
De acuerdo con una realización del elemento de fachada según la invención, el elemento trasero plano es fotovoltaicamente pasivo, es decir, no está destinado ni es adecuado para generar energía a partir de la luz solar.
El elemento trasero fotovoltaicamente pasivo está configurado, por ejemplo, como un revestimiento, en particular un revestimiento opaco, sobre la superficie trasera del panel trasero (primer o segundo panel). Igualmente, el elemento trasero puede, por ejemplo, tener la forma de una película, en particular una película opaca, firmemente unida a la superficie trasera del panel trasero (primer o segundo cristal), o un cuerpo rígido (sin recubrimiento), en particular un cuerpo rígido opaco, por ejemplo, en forma de placa. El cuerpo rígido puede ser un cuerpo portante o no portante y, como cuerpo portante, puede ser en particular una placa de soporte. Se puede unir una película o un cuerpo al panel trasero (primer o segundo panel) usando un adhesivo transparente, en particular una película adhesiva transparente.
En particular, el color del elemento trasero plano fotovoltaicamente pasivo puede seleccionarse para que corresponda al fondo opaco de los módulos solares coloreados, es decir, el elemento trasero puede tener un color que corresponda a las celdas solares ópticamente activas. El elemento trasero plano fotovoltaicamente pasivo es preferiblemente acromático, oscuro y mate. Entonces, la impresión de color y la dependencia del ángulo del elemento de fachada se pueden ajustar particularmente bien con los módulos de colores fabricados adecuadamente basados en módulos de capa delgada. Estas propiedades se pueden describir de la siguiente manera:
- un valor L de como máximo 50, preferiblemente inferior a 45 o inferior a 40;
- un croma c = (a2b2)1/2 de como máximo 5, preferiblemente menos de 2 o más preferiblemente menos de 1,5.
Para evitar el brillo, también se puede agregar el siguiente requisito:
- una neblina de reflexión de al menos el 90 %, donde la neblina de reflexión es la proporción de la luz reflejada difusamente en la luz reflejada total.
A continuación, se describen diversas configuraciones del primer panel coloreado del elemento de fachada según la invención.
De acuerdo con una configuración (denominada “Tipo I” para una referencia más sencilla) del elemento de fachada, la superficie frontal del primer panel coloreado tiene al menos un área estructurada en la que se coloca una capa de interferencia óptica coloreada para reflejar la luz dentro de un intervalo predeterminado o especificable. Se organiza el intervalo de longitud de onda. La capa de interferencia óptica está preferiblemente dispuesta en forma directa (es decir, sin ninguna capa intermedia adicional) sobre la superficie frontal del primer panel.
En la configuración anterior del tipo I, puede ser ventajoso que la superficie posterior del primer panel coloreado no presente un área estructurada ni una capa de interferencia óptica. La superficie trasera es entonces preferiblemente lisa (dentro del alcance de las imprecisiones de producción).
En la configuración anterior del tipo I, también puede ser ventajoso si la superficie posterior del primer panel coloreado no tiene un área estructurada, con una capa de interferencia óptica adicional para reflejar la luz dentro de un intervalo de longitud de onda predeterminado dispuesta en la superficie posterior del primer panel coloreado. La superficie posterior es preferiblemente lisa (dentro del alcance de las imprecisiones de producción). Las dos capas de interferencia óptica pueden ser iguales o diferentes entre sí. En particular, las dos capas de interferencia óptica pueden diseñarse para reflejar luz dentro del mismo intervalo de longitud de onda. Sin embargo, también es posible que las dos capas de interferencia óptica estén diseñadas para reflejar la luz dentro de intervalos de longitud de onda diferentes o solo parcialmente superpuestos. Los espesores de capa y los índices de refracción de las dos capas de interferencia óptica pueden ser iguales o diferentes entre sí. Esta medida permite definir aún mejor el color del elemento de fachada. También se pueden generar colores mixtos.
En la configuración anterior del tipo I, también puede ser ventajoso si la superficie posterior presenta al menos un área estructurada en la que se dispone una capa de interferencia óptica para reflejar la luz dentro de un intervalo de longitud de onda predeterminado. El área estructurada de la superficie trasera y el área estructurada de la superficie delantera pueden ser iguales o diferentes entre sí. Los espesores de capa y los índices de refracción de las dos capas de interferencia óptica pueden ser iguales o diferentes entre sí. El color del elemento de la fachada también se puede definir mejor con estas medidas. También se pueden generar colores mixtos.
En el diseño del elemento de fachada de tipo I, cuando la luz incide en la superficie frontal estructurada del primer panel con una capa de interferencia, se crea un color con alta intensidad y baja dependencia del ángulo también fuera del ángulo de observación por reflexión, transmisión, absorción parcial e interferencia. La capa de interferencia adicional y/o la estructuración en la superficie posterior del primer panel pueden intensificar aún más este efecto.
De acuerdo con otra realización (denominada “Tipo II” para facilitar la referencia) del elemento de fachada, se dispone una capa de interferencia óptica colorante para reflejar la luz dentro de un intervalo de longitud de onda predeterminado o especificable en la superficie posterior del primer panel coloreado. Preferiblemente, la capa de interferencia óptica está dispuesta directamente (sin otra capa intermedia) sobre la superficie trasera del primer panel coloreado. Además, la superficie posterior y/o la superficie frontal del primer panel coloreado presentan cada una al menos un área estructurada, con la condición de que la superficie frontal presente al menos un área estructurada o esté dispuesta en la superficie frontal una capa de interferencia óptica adicional para reflejar la luz dentro de un intervalo de longitud de onda predeterminado o predeterminable. Preferiblemente, la capa de interferencia óptica está dispuesta directamente (sin ninguna otra capa intermedia) sobre la superficie frontal del primer panel coloreado. Esto significa que no se dispone ninguna capa de interferencia óptica en la superficie frontal si la superficie frontal presenta al menos un área estructurada.
Por lo tanto, la luz incidente debe atravesar el primer panel al menos una vez y reflejarse en la capa de interferencia interna para lograr el color deseado con una estabilidad angular mejorada. La superficie estructurada interior y/o exterior del primer panel coloreado también refleja luz con una alta intensidad y baja dependencia angular fuera del ángulo de incidencia, ya que la capa de interferencia en el interior representa una interfaz con un índice de refracción más alto. En el caso de estructuración externa, la luz ya se refracta en la interfaz entre el aire y el panel y golpea la capa de interferencia en el interior, dispersada difusamente desde una amplia variedad de ángulos. Si la estructuración es solo interior, la dispersión difusa tiene lugar en esta interfaz interior, ya que, según la invención, están disponibles muchos segmentos de superficie con diferentes ángulos de inclinación. Además, se logra una buena impresión de color homogénea mediante la capa de interferencia óptica coloreada. La capa de interferencia actúa así como un filtro con la reflexión más estrecha posible y transmisión de banda ancha.
En la configuración anterior de tipo II, puede ser ventajoso si se dispone una capa de interferencia óptica en la superficie posterior del primer panel coloreado, en donde la superficie posterior del primer panel coloreado no presenta área estructurada y la superficie frontal del primer panel coloreado que tiene al menos un área estructurada, en donde no se dispone ninguna otra capa de interferencia óptica en la superficie frontal del primer panel coloreado. La superficie posterior es preferiblemente lisa (dentro de los límites de las imprecisiones de producción). No hay requisito de rugosidad para los segmentos de la región estructurada de la cara frontal del elemento de revestimiento. La superficie frontal estructurada también puede tener una mayor rugosidad microscópica. En esta interfaz solo tienen lugar transmisión, refracción y dispersión, pero no interferencia. En esta configuración del elemento de fachada según la invención, puede ser ventajoso que la superficie frontal del primer panel coloreado esté recubierta con una capa antirreflectante (por ejemplo, fina) cuyo índice de refracción óptica sea inferior al del primer panel coloreado. Como resultado, se puede suprimir un reflejo esencialmente blanco del primer panel coloreado (por ejemplo, vidrio) y aumenta el grado de saturación de los colores. Sin embargo, una capa adicional en la superficie frontal del primer panel coloreado también puede tener el mismo índice de refracción que el primer panel coloreado. En este caso, la capa solo sirve para proteger el primer panel coloreado de la humedad y otros componentes corrosivos en el aire. Se ha demostrado que el vidrio esmerilado producido por grabado es más sensible al calor húmedo que el vidrio plano o laminado. Por ejemplo, en el caso de vidrio sodocálcico grabado, la capa adicional puede ser una capa delgada de SiO2 pulverizada.
En la configuración anterior del tipo II, también puede ser ventajoso si se dispone una capa de interferencia óptica en la superficie trasera del primer panel coloreado, en donde la superficie trasera del primer panel coloreado presenta al menos un área estructurada y la superficie delantera presenta al menos un área estructurada, en donde ninguna otra capa de interferencia óptica está dispuesta en la superficie frontal del primer panel coloreado. El área estructurada de la superficie posterior y el área estructurada de la superficie frontal del primer panel coloreado pueden ser iguales o diferentes entre sí. No hay restricción de rugosidad para los segmentos de la región estructurada de la superficie frontal. La superficie frontal estructurada también puede tener una mayor rugosidad microscópica. En esta interfaz solo tienen lugar transmisión, refracción y dispersión, pero no interferencia. La condición de rugosidad mencionada con anterioridad se aplica a los segmentos de la región estructurada de la superficie posterior, ya que se dispone una capa de interferencia óptica sobre el área estructurada. Si la superficie frontal está estructurada y la capa de interferencia está en la superficie posterior, la estabilidad angular surge del hecho de que la luz que ingresa a través de la superficie frontal estructurada se refracta en los segmentos inclinados de manera diferente, golpea la capa de interferencia en diferentes ángulos y, después de interferencia, absorción parcial y reflexión pasa una vez más por la superficie frontal estructurada al salir del primer panel coloreado y cambia de nuevo su dirección debido a la refracción.
En la configuración anterior del tipo II del elemento de fachada, también puede ser ventajoso si se dispone una capa de interferencia óptica en la superficie trasera del primer panel coloreado, en donde la superficie trasera del primer panel coloreado presenta al menos una región estructurada y la superficie frontal del primer panel coloreado no presenta área estructurada, en donde no se dispone ninguna otra capa de interferencia óptica sobre la superficie frontal del primer panel coloreado. La superficie frontal es preferiblemente lisa (dentro de las imprecisiones de producción). La condición mencionada con anterioridad para la rugosidad se aplica a los segmentos de la región estructurada de la superficie trasera, ya que se dispone una capa de interferencia óptica sobre el área estructurada. En esta configuración del elemento de fachada según la invención, puede ser ventajoso que la superficie frontal del primer panel coloreado esté recubierta con una capa antirreflectante (por ejemplo, fina) cuyo índice de refracción sea inferior al del primer panel coloreado. Como resultado, se puede suprimir un reflejo esencialmente blanco de un primer panel coloreado de vidrio y aumenta el grado de saturación de los colores.
En la configuración anterior del tipo II, también puede ser ventajoso si la superficie posterior del primer panel coloreado presenta al menos un área estructurada y la superficie frontal no presenta ningún área estructurada, estando dispuesta otra capa de interferencia óptica en la superficie frontal del primer panel coloreado. La superficie frontal es preferiblemente lisa (dentro de las imprecisiones de producción). La condición mencionada con anterioridad para la rugosidad se aplica a los segmentos de la región estructurada de la superficie trasera, ya que sobre el área estructurada está dispuesta una capa de interferencia óptica. Las dos capas de interferencia óptica pueden ser iguales o diferentes entre sí. En particular, las dos capas de interferencia óptica pueden diseñarse para reflejar luz dentro del mismo intervalo de longitud de onda. Sin embargo, también es posible que las dos capas de interferencia óptica estén diseñadas para reflejar la luz dentro de intervalos de longitud de onda diferentes o solo parcialmente superpuestos. La capa de interferencia en el exterior liso también puede ser una capa antirreflectante de color neutro para reducir la porción blanca de la luz reflejada en general. El color se genera por reflexión sobre el interior estructurado con la capa de interferencia. Sin embargo, la capa de interferencia en el exterior liso también puede ser una capa coloreada que intensifica el color generado en el interior o mezcla con él otro componente de color en un intervalo de longitud de onda diferente.
Por lo tanto, en el diseño del elemento de fachada de tipo II, la luz incidente debe atravesar el primer panel coloreado al menos una vez y debe reflejarse en la capa de interferencia interna para lograr el color deseado con estabilidad angular mejorada después de salir de la superficie frontal del primer panel coloreado.
En el elemento de fachada de acuerdo con la invención, la luz con una alta intensidad y una baja dependencia del ángulo también se refleja fuera del ángulo de observación por el primer panel estructurado. Mediante la al menos una capa de interferencia óptica, que tiene un efecto colorante, se produce una impresión de color muy homogénea.
En una realización ventajosa del elemento de fachada según la invención, al menos el 80 %, de manera especialmente preferible, al menos el 90 %, de una superficie estructurada de la superficie frontal o de la superficie trasera (según la superficie estructurada) del primer panel coloreado se compone de los segmentos inclinados al plano del primer panel coloreado. Al aumentar el número de segmentos, se puede aumentar aún más la intensidad de la luz reflejada desde el área estructurada de la superficie del primer panel coloreado, incluso fuera del ángulo de observación, y su estabilidad angular.
En una realización ventajosa del elemento de fachada según la invención, los ángulos de inclinación de los segmentos (de superficie) están entre 0° y 45° con respecto al plano del primer panel (plano de vidrio). Al menos el 50 %, preferiblemente el 70 % de los segmentos inclinados deben tener un ángulo de ataque inferior a 25°. La distribución de los ángulos de ataque debe tener un máximo de frecuencia en el intervalo de ángulo de 0°-35°, preferiblemente 0°-25°, que está en el intervalo de 5°-20°, preferiblemente entre 10° y 15°. Además, la proporción de superficies no inclinadas (ángulo de ataque = 0°) debe ser inferior al 5 % de la distribución angular total.
En una realización ventajosa del elemento de fachada según la invención, la relación de aspecto de ancho (B) a alto (H) de las estructuras (segmentos) es al menos B:H > 2:1 y B:H < 50:1 , mejor B:H > 3:1 y B:H < 10:1.
Si hay relativamente muchas facetas con un pequeño ángulo de inclinación de menos de 10°, esencialmente solo se produce una intensidad reflejada (como en una superficie no estructurada) en un ángulo de observación cercano al ángulo de observación, lo que no es deseable según la invención. De acuerdo con las condiciones anteriores, también se puede lograr una intensidad muy alta de la luz reflejada fuera del ángulo de incidencia, con una dependencia angular de la intensidad al mismo tiempo particularmente baja. Las estructuras son preferiblemente no periódicas y anisotrópicas. Sin embargo, las estructuras periódicas y/o las estructuras anisotrópicas también pueden usarse para efectos ópticos especiales. Las estructuras periódicas y anisotrópicas, como pirámides, estructuras de panal tetragonales o hexagonales o hemisferios, se pueden producir fácilmente con rodillos de trefilado de vidrio. Se pueden utilizar para crear atractivos efectos de brillo y color. Si las estructuras superficiales cumplen las condiciones anteriores, los elementos de la fachada vuelven a mostrar una disminución de color significativamente reducida para ángulos fuera del ángulo de observación, pero las dependencias angulares son entonces anisotrópicas con respecto a la orientación en el plano del primer panel coloreado.
La al menos una capa de interferencia óptica puede contener una o varias capas de refracción y en particular estar compuesta por estas. Una capa refractiva consiste en el mismo material (con la misma composición) y en particular tiene un índice de refracción homogéneo (mismo) en todo el espesor de la capa. Cuando la capa de interferencia óptica contiene una pluralidad de capas de refracción, al menos dos capas de refracción están hechas de un material diferente entre sí y tienen un índice de refracción diferente. Al menos una capa de refracción presenta ventajosamente un índice de refracción n superior a 1,7, preferiblemente superior a 2,0 y de manera especialmente preferida, superior a 2,3. En principio, cuanto mayor sea el índice de refracción, menor será la dependencia angular de la luz reflejada, de manera que la dependencia angular de la impresión de color puede reducirse aún más.
Ventajosamente, la capa de interferencia óptica contiene al menos un compuesto seleccionado de TÍOx, ZrOX, SiC y Si3N4 , es decir, materiales no absorbentes con un índice de refracción más alto. Cuando la capa de interferencia óptica presenta dos, tres o más capas, la capa de interferencia óptica contiene preferiblemente al menos un compuesto seleccionado de MgF2 , A^O 3, SiO2 y oxinitruro de silicio. Estos son compuestos no absorbentes con un índice de refracción relativamente bajo.
Se puede lograr una buena impresión de color en el elemento de fachada según la invención mediante la combinación de una superficie estructurada con una capa de interferencia óptica que tiene solo un pequeño número de capas de refracción (por ejemplo, de una a tres capas de refracción). Debido al pequeño número de capas refractivas, se simplifica la producción del elemento de fachada y se reducen los costes de producción.
Ventajosamente, al menos una capa de interferencia óptica (en particular todas las capas de interferencia óptica) del elemento de fachada contiene (o consiste en) precisamente una capa refractiva cuyo índice de refracción n es superior a 1,9, preferiblemente superior a 2,3.
De manera igualmente ventajosa, al menos una capa de interferencia óptica (en particular todas las capas de interferencia óptica) del elemento de fachada contiene exactamente dos capas de refracción (o consta de ellas), en donde una primera capa de refracción está presente con un primer índice de refracción n1 en el primer panel coloreado con un índice de refracción nd y una segunda capa de refracción con un segundo índice de refracción n2 está presente en la primera capa de refracción. Lo siguiente se aplica a las cantidades (valores absolutos) de las diferencias en los índices de refracción: |n1-nd| > 0,3 y |n2-n1| > 0,3 y al menos uno de los índices de refracción n1 o n2 es superior a 1,9, preferiblemente superior a 2,3.
De manera igualmente ventajosa, al menos una capa de interferencia óptica (en particular todas las capas de interferencia óptica) del elemento de fachada contiene exactamente tres capas de refracción (o consta de ellas), en donde una primera capa de refracción con un primer índice de refracción n1 está presente en el primer panel coloreado con un índice de refracción nd, una segunda capa de refracción con un segundo índice de refracción n2 está presente en la primera capa de refracción y una tercera capa de refracción con un tercer índice de refracción n3 está presente en la segunda capa de refracción. Lo siguiente se aplica a las cantidades (valores absolutos) de las diferencias en los índices de refracción: |n3-n2| > 0,3 y |n2-n1| > 0.3 y |n1-nd| > 0,3. Los valores de los índices de refracción se comportan alternativamente: se aplican n1 > n2 y n3 > n2 o n1 < n2 y n3 < n2. Además, al menos uno de los índices de refracción n1, n2 o n3 es superior a 1,9, preferiblemente superior a 2,3.
Debido a las capas de interferencia óptica con exactamente una, exactamente dos o exactamente tres capas refractivas, se puede lograr una impresión de color homogénea del elemento de fachada con una producción simplificada y menores costos de producción del elemento de fachada. La intensidad del color, es decir, el brillo y la saturación, es decir, la reflexión en un intervalo de onda estrecho específico, se puede aumentar por medio de dos o tres capas. La dependencia angular se reduce con índices de refracción relativamente altos. Las capas de interferencia de pilas de capas con más de tres capas en combinación con el primer panel coloreado estructurado según la invención y las configuraciones mostradas también están dentro del alcance de la invención, pero son más complejas de producir. Con una capa cuádruple de capas refractivas con índices de refracción altos y bajos alternos, por ejemplo, el ancho de banda de la luz reflejada se puede reducir aún más con una transmisión mejorada.
En la al menos una región estructurada del primer panel coloreado, la radiación de luz incidente también se refleja fuera del ángulo de observación con una intensidad relativamente alta. Para ello, la superficie estructurada está configurada preferiblemente de tal manera que haya una turbidez de reflexión de más del 50 %, de forma especialmente preferente más del 90 %. La neblina de reflexión puede determinarse mediante un medidor de neblina disponible comercialmente. Según la norma ASTM D1003, la neblina es la relación entre la parte difusa de la luz reflejada y la reflexión total.
En el elemento de fachada según la invención está prevista al menos una zona en la que los segmentos tienen una rugosidad media inferior al 15 % del espesor de capa de la capa de interferencia óptica en la superficie frontal, por lo que la interferencia constructiva o destructiva del reflejo la luz se hace posible. Esta zona se extiende ventajosamente por todo el primer panel coloreado. De acuerdo con una realización, el área estructurada tiene al menos una zona adicional, es decir, un área (parcial), en la que los segmentos tienen cada uno una rugosidad promedio tal que no se produce interferencia en la capa de interferencia óptica. Por ejemplo, los segmentos tienen allí una rugosidad media del 50 % al 100 % del espesor de capa de la capa de interferencia. En estas zonas, el elemento de fachada no tiene color generado por la capa de interferencia óptica.
De acuerdo con una realización del elemento de fachada según la invención, la combinación del primer panel y el segundo panel está conectada con al menos otro panel a través de un espaciador para formar un panel aislante. La estructura básica de los paneles aislantes es conocida por el experto en la técnica, por lo que no es necesario tratarla aquí con más detalle.
Además, la invención se extiende al uso del elemento de fachada según la invención como componente (integral) de un armazón de edificio (muro de edificio) o un muro independiente, por ejemplo, un muro de privacidad o de protección contra el ruido. El elemento de fachada según la invención se utiliza de manera especialmente ventajosa como parte de una fachada de cortina con ventilación trasera, una fachada de montantes o una fachada de ventana.
Las diversas configuraciones de la invención pueden implementarse individualmente o en cualquier combinación. En particular, las características mencionadas con anterioridad y que se explicarán a continuación pueden utilizarse no solo en las combinaciones especificadas, sino también en otras combinaciones o por sí solas, sin apartarse del alcance de la presente invención.
La invención se explicará con más detalle a continuación, haciendo referencia a los dibujos adjuntos. Muestran en una representación simplificada que no está a escala:
Figuras 1-2 diversas configuraciones del elemento de fachada según la invención sin elemento trasero en vistas esquemáticas en sección transversal;
Figuras 3-5 diversas configuraciones del elemento de fachada según la invención con al menos un elemento trasero en vistas esquemáticas en sección transversal;
Figuras 6-7 varias configuraciones del elemento de fachada según la invención con elementos traseros en planta;
Figura 8 otra realización del elemento de fachada según la invención en forma de panel aislante;
Figura 9 una vista esquemática en sección transversal del primer panel coloreado según una realización del elemento de fachada según la invención;
Figura 10 una representación esquemática de las condiciones de iluminación típicas en un elemento de fachada según la invención;
Figuras 11-14 representaciones esquemáticas de trayectorias de luz de ejemplo tras la reflexión en el área estructurada del primer panel coloreado de la Figura 9;
Figura 15 una representación esquemática de la interferencia de los rayos de luz en una capa de interferencia óptica;
Figuras 16-17 otras configuraciones del primer panel coloreado del elemento de fachada según la invención en vistas esquemáticas en sección transversal;
Figura 18 una representación esquemática de trayectorias de luz de ejemplo tras la reflexión en el primer panel coloreado;
Figuras 19-20 otras configuraciones del primer panel coloreado del elemento de fachada según la invención en vistas esquemáticas en sección transversal;
Figura 21 una representación esquemática de trayectorias de luz de ejemplo al reflejarse en el área estructurada del elemento de fachada de la Figura 20;
Figura 22 otra realización del primer panel coloreado del elemento de fachada según la invención en una vista en sección transversal esquemática;
Figura 23 una representación esquemática de trayectorias de luz de ejemplo al reflejarse en el primer panel coloreado del elemento de fachada de la Figura 22;
Figuras 24-25 otras configuraciones del primer panel coloreado del elemento de fachada según la invención en vistas esquemáticas en sección transversal;
Figura 26 una representación esquemática del método de medición para la medición de color multiángulo. En las Figuras 1 y 2, la estructura de un elemento de fachada designado globalmente con la referencia 1 según un ejemplo de realización de la presente invención se representa esquemáticamente mediante una vista en sección transversal (sección perpendicular a la superficie del elemento de fachada). El elemento 1 de fachada se utiliza para la instalación en una fachada. Por ejemplo, el elemento 1 de fachada puede servir como panel de una fachada ventilada por detrás, puede utilizarse como relleno de una estructura de montantes y travesaños o como elemento de ventana en una pared de ventana.
El elemento 1 de fachada comprende un primer panel 2 coloreado, transparente o semitransparente, y un segundo panel 3 que se sostiene mecánicamente, que están firmemente unidos entre sí por una capa 13 intermedia (por ejemplo, por laminación). El primer panel 2 y el segundo panel son paneles de vidrio, por ejemplo, y están hechos de un vidrio preferiblemente de baja absorción, como el vidrio sodocálcico. A continuación, el primer panel 2 también se denomina elemento de vidrio coloreado y el segundo panel 3, como elemento de vidrio de soporte mecánico.
El elemento 1 de fachada tiene un lado frontal V, que debe verse desde el exterior (lado de incidencia de la luz), y un lado posterior R que, en el estado incorporado, generalmente mira hacia una estructura plana (por ejemplo, una pared). En el contexto de la presente invención, el entorno U del lado frontal V del elemento 1 de fachada se considera el entorno exterior (en las Figuras 1 y 2 el entorno U, que está a la izquierda del elemento 1 de fachada).
El primer panel 2 coloreado comprende una superficie 4 frontal que mira hacia el ambiente externo U y opuesta una superficie 5 posterior que mira hacia el ambiente externo U. Análogamente a esto, el segundo panel 3 tiene una superficie 4' frontal orientada hacia el entorno exterior U y, opuestamente, una superficie 5' posterior orientada hacia el exterior. Para los fines de la presente invención, las superficies se denominan “superficies frontales” si están orientadas hacia el entorno externo U. En consecuencia, las superficies se denominan “superficies posteriores” si están orientadas en dirección opuesta al entorno externo U. También sería posible que el primer panel 2 y/o el segundo panel 3 estén diseñados como un cuerpo compuesto y consistan en particular en un núcleo transparente que está incrustado en otro material transparente (por ejemplo, en forma de sándwich) que tiene el mismo índice de refracción óptico que el núcleo. La superficie 4, 4' frontal y la superficie 5, 5' posterior se forman entonces a partir de este material. Esto no se muestra en detalle en la Fig. 1.
El primer panel 2 está conectado al segundo panel 3 mediante encolado, por ejemplo, mediante una película de laminación, silicona transparente o resina de moldeo para formar un elemento de vidrio compuesto. El primer panel 2 está aquí, por ejemplo, en el exterior, es decir, forma el lado frontal V del elemento 1 de fachada. El segundo panel 3 está en el interior, es decir, forma el lado trasero R del elemento 1 de fachada.
El elemento 1 de fachada, que comprende un panel 15 compuesto formado por el primer panel 2 y el segundo panel 3, asume tanto una función mecánica (carga de viento) como una función de protección contra la intemperie (lluvia, etc.). Dependiendo de los requisitos estáticos-estructurales, los espesores de los paneles 2, 3 deben dimensionarse en consecuencia. Dependiendo de los requisitos estructurales, los dos paneles 2, 3 están hechos preferiblemente de vidrio refinado, como vidrio templado térmicamente, el llamado vidrio de seguridad templado (ESG) o vidrio parcialmente templado (TVG).
El primer panel 2 está revestido y texturizado con fines de coloración, como se explicará con más detalle a continuación. El segundo panel 3 sirve para soportar mecánicamente (es decir, reforzar) el primer panel 2 coloreado y contribuye significativamente a la estabilidad mecánica del elemento 1 de fachada, de modo que también puede soportar mayores cargas de viento.
En la realización que se muestra en la Figura 1, el primer panel 2 coloreado es más delgado que el segundo panel 3 que soporta mecánicamente. Por ejemplo, el primer panel tiene un espesor de panel en el intervalo de 2-4 mm. El segundo panel 3 es más grueso que el primer panel 2 y presenta un espesor de cristal de más de 4 mm, por ejemplo.
La figura 2 muestra una variante de la figura 1, que difiere de la figura 1 sólo en que el segundo panel de soporte mecánico 3 es el panel más externo del elemento de fachada 1, es decir, forma la parte frontal frente V del elemento de la fachada 1.. Detrás está el primer panel 2 coloreado.
En el elemento 1 de fachada de las Figuras 1 y 2, el primer panel 2 coloreado está firmemente conectado al segundo panel 3 (por ejemplo, por laminación) y ambos juntos forman un panel 15 compuesto coloreado. El elemento 1 de fachada no tiene ningún elemento trasero, por ejemplo. El color del elemento 1 de fachada puede verse influenciado en particular por un fondo de color que no forma parte del elemento 1 de fachada.
El elemento 1 de fachada presenta preferiblemente al menos un elemento trasero plano en su lado trasero R, que es, por ejemplo, un elemento trasero fotovoltaicamente pasivo. El elemento del lado posterior plano es preferiblemente opaco. El elemento trasero fotovoltaicamente pasivo está configurado, por ejemplo, como un revestimiento de superficie completa, en particular un revestimiento opaco, de la superficie 5', 5 posterior del panel trasero (primer panel 2 o segundo panel 3). Asimismo, el elemento trasero puede tener, por ejemplo, la forma de una película, en particular una película opaca, unida firmemente a la superficie 5', 5 posterior del panel trasero (primer panel 2 o segundo panel 3), o un cuerpo rígido, en particular un cuerpo rígido opaco, por ejemplo, en forma de placa. Esto no se muestra con más detalle en las Figuras.
Asimismo, el elemento trasero puede tener, por ejemplo, la forma de una película, en particular una película opaca, unida firmemente a la superficie trasera 5', 5 del cristal trasero (primer cristal 2 o segundo cristal 3), o una cuerpo rígido, en particular un cuerpo rígido opaco, por ejemplo en forma de placa, ser educado. Esto no se muestra con más detalle en las figuras.
El elemento 1 de fachada coloreado presenta de manera especialmente preferida al menos un elemento trasero plano que es activo fotovoltaicamente, es decir, es adecuado y está previsto para la generación de energía a partir de la luz solar. El elemento 1 de fachada coloreado se puede utilizar así de manera ventajosa para la generación de energía fotovoltaica. Tales configuraciones se ilustran en las Figuras 3 a 5.
Considere la Figura 3 primero. Allí se muestra un elemento 1 de fachada, como ya se ha explicado en relación con la Figura 1. Se hace referencia a las explicaciones correspondientes de la Figura 1. Además, el elemento 1 de fachada presenta un elemento 14 trasero activo fotovoltaicamente. El elemento 14 del lado trasero incluye un sustrato de soporte de vidrio 16 (panel de vidrio), por ejemplo, en el que se forman varias celdas 18 solares conectadas en serie. El sustrato 16 de soporte está conectado directamente, es decir, sin un cristal intermedio, al panel trasero (aquí, por ejemplo, el segundo panel 3) del panel 15 compuesto formado por el primer panel 2 y el segundo panel 3 por una capa 13' intermedia adicional (por ejemplo, por laminación). El panel 3 trasero forma así otro panel 15' compuesto con el sustrato 16 de soporte. El resultado general es una estructura de panel compuesto en la que los dos paneles 2, 3 y el sustrato 16 de soporte están firmemente conectados entre sí por laminación. La capa 13' intermedia adicional para conectar firmemente el panel 3 trasero y el sustrato 16 de soporte es preferiblemente una capa intermedia termoplástica o de polímero reticulado (por ejemplo, PVB o EVA).
Las celdas 18 solares están bien protegidas contra las influencias climáticas externas por el panel 15 compuesto formado por el primer panel 2 y el segundo panel 2. Las celdas 18 solares son preferiblemente celdas solares de capa fina, en las que la capa absorbente fotovoltaicamente activa consiste en un semiconductor de calcopirita, en particular un semiconductor compuesto ternario I-III-VI del grupo de cobre indio/disulfuro de galio/diselenuro (Cu (In,Ga)(S,Se)2).
En la Figura 4, se muestra una variante de la Figura 3, que difiere de la realización de la Figura 3 en que el segundo panel 3 es más delgado que el primer panel 2 coloreado. Además, el segundo panel 3 es más pequeño que el primer panel 2 y corresponde en sus dimensiones al sustrato 16 de soporte. El segundo panel 3 está configurado aquí como placa de cubierta para el sustrato 16 de soporte con celdas 18 solares. Durante la fabricación del elemento 1 de fachada, se puede laminar con el primer panel 2 un módulo 20 solar prefabricado que contiene el segundo panel 3 como placa de cubierta y el sustrato 16 de soporte con celdas 18 solares. Esto puede ser ventajoso desde el punto de vista de la tecnología de procesos, ya que el módulo 20 solar puede estar prefabricado. El elemento 14 trasero corresponde entonces al módulo 20 solar completo. El tamaño del módulo 20 solar en el plano del sustrato 16 de soporte es más pequeño que el del primer panel 2, de modo que el módulo 20 solar está bien protegido contra influencias externas. También sería posible formar el primer panel 2 coloreado como una placa de cubierta del módulo 20 solar (con el mismo tamaño que el sustrato 16 de soporte), y luego conectar firmemente el módulo 20 solar al segundo panel 3 de soporte mecánico dispuesto en la parte delantera.
En las configuraciones de las Figuras 3 y 4, al menos una capa 19 de enmascaramiento está dispuesta detrás de la última capa de interferencia (ver más abajo), es decir, detrás del primer panel 2 coloreado. En las Figuras 3 y 4, la capa 19 de enmascaramiento se aplica en la superficie 5 posterior del primer panel 2 en cada caso. La capa 19 de enmascaramiento cubre la superficie 5 posterior solo parcialmente, estando cubiertas las áreas fotovoltaicamente inactivas. Las áreas activas fotovoltaicamente de las celdas 18 solares no están cubiertas. Esto mejora el aspecto exterior del elemento 1 de fachada.
En la realización de la Figura 3, el elemento de vidrio coloreado es delgado. Por ejemplo, el espesor del panel está en el intervalo de 2 a 4 mm. El elemento de vidrio que soporta mecánicamente es más grueso. Por ejemplo, el espesor del panel es superior a 4 mm. Uno o varios sustratos 16 de soporte con celdas 18 solares (sin vidrio frontal) o también paneles de vidrio con filas de celdas solares de obleas de silicio o una lámina trasera con filas de celdas solares de obleas de silicio están laminados detrás del elemento de vidrio que se sostiene mecánicamente. En este caso, las áreas no activas (bandas de contacto, zonas de borde, áreas intermedias, piezas de ajuste) están cubiertas por la capa 19 de enmascaramiento opaca. La capa 19 de enmascaramiento opaca está preferiblemente en la superficie 5 posterior (es decir, el lado 2) del elemento de vidrio que proporciona el color o en la superficie 4' frontal (es decir, el lado 3) o la superficie 5' posterior (es decir, el lado 4) del elemento de vidrio de soporte mecánico. La capa 19 de enmascaramiento opaca entre las áreas activas también oculta cables, enchufes o cajas de conexiones. El panel 15 compuesto formado por el elemento de vidrio coloreado y el elemento de vidrio que se sostiene mecánicamente puede ser más grande que el área de uno o más sustratos 16 de soporte si las áreas del borde se requieren para la fijación con montaje lineal, montaje puntual o pegado. Se pueden usar varias películas de laminación conocidas como PVB, EVA, TPO reticulado y otras para laminar uno o más sustratos 16 de soporte. Se pueden usar tamaños estándar y láminas de vidrio de sustrato de soporte relativamente delgadas. Esto es ventajoso en la fabricación de módulos solares de capa fina.
En la realización de la Figura 4, el elemento de vidrio coloreado está en el exterior. En este caso, es bastante grueso (por ejemplo, un espesor de hoja de 3 a 10 mm), ya que asume una parte importante de la estabilización mecánica. En este caso, el elemento de vidrio que soporta mecánicamente es más delgado y también puede tener una anchura y/o altura más pequeña que el elemento de vidrio coloreado. El elemento de vidrio de soporte mecánico es el panel frontal del módulo 20 solar. La introducción del elemento de vidrio de soporte mecánico presenta ventajas en términos de tecnología de producción. El módulo 20 solar puede, por lo tanto, ser fabricado como un producto en serie por un fabricante de módulos, completo con vidrio frontal y cajas de conexiones, y por ende, puede ser procesado posteriormente como un elemento ya sellado por un fabricante de fachadas de vidrio. Como en la Figura 3, las áreas no activas (bandas de contacto, zonas de borde, áreas intermedias, piezas de ajuste) pueden cubrirse con la capa 19 de enmascaramiento opaca. La capa 19 de enmascaramiento opaca se ubica preferiblemente en la superficie 5 posterior (es decir, el costado) del elemento de vidrio coloreado. La capa 19 de enmascaramiento opaca entre las áreas activas también oculta cables, enchufes o cajas de conexiones. El panel 15 compuesto formado por el elemento de vidrio coloreado y el elemento de vidrio de soporte mecánico puede ser más grande que el área de uno o más módulos 20 solares.
En la Figura 5, se muestra una variante de la realización de la Figura 3. Esto se diferencia de la Figura 3 en que el elemento de vidrio que se sostiene mecánicamente es el panel de vidrio más exterior del elemento 1 de fachada. Detrás está el elemento de vidrio coloreado. El elemento de vidrio coloreado es comparativamente delgado (espesor del panel, por ejemplo, en el intervalo de 2 - 4 mm). El elemento de vidrio coloreado se lamina sobre el elemento de vidrio de soporte mecánico y ambos juntos forman el elemento de vidrio laminado coloreado o el panel 15' laminado. Detrás del elemento de vidrio coloreado, se laminan uno o más sustratos 16 de soporte con celdas 18 solares, preferiblemente celdas de película delgada o sustratos portadores con cadenas de celdas solares de obleas de silicio o una lámina trasera con cadenas de celdas solares de obleas de silicio. En este caso, las áreas no activas (bandas de contacto, zonas de borde, áreas intermedias, piezas de ajuste) se pueden cubrir con al menos una capa 19 de enmascaramiento opaca. La al menos una capa 19 de enmascaramiento opaca se encuentra preferiblemente en la superficie 5 interior (lado 4) del elemento de vidrio coloreado. La al menos una capa 19 de enmascaramiento opaca entre las áreas activas también mantiene ocultos los cables, enchufes o cajas de conexiones. Si se laminan varios sustratos 16 de soporte (circuitos) con celdas solares 18 (de película delgada), sus lados traseros (vidrios de sustrato) no están conectados.
Dependiendo de la configuración de la cadena de suministro, el módulo solar puede laminarse directamente con el elemento de vidrio coloreado en la planta de producción de módulos solares y luego entregarse al fabricante de los elementos de fachada como un módulo solar bien sellado y probado.
En las Figuras 6 y 7, se muestran diferentes configuraciones del elemento 1 de fachada en una vista en planta de la parte trasera R. El elemento 1 de fachada se basa en las configuraciones de la Figura 3 o 5. En consecuencia, aquí, por ejemplo, dos sustratos 16 de soporte con celdas 18 solares (circuitos) se laminan sobre el material 15 compuesto formado por el primer panel 2 y el segundo panel 3. Las celdas 18 solares de los dos sustratos 16 de soporte están conectadas entre sí en serie o en paralelo mediante líneas 21 de conexión y cajas 22 de conexión. Esto también crea conexiones externas. En la realización de la Figura 7, además de los dos sustratos 16 de soporte con celdas 18 solares (circuitos), también está prevista una ventana 23 transparente. La capa 19 de enmascaramiento opaca cubre las áreas fotovoltaicamente inactivas.
En la Figura 8, se muestra una realización del elemento 1 de fachada como panel aislante. En este caso, el panel 15, 15' compuesto formado por el primer panel 2, el segundo panel 3 y el sustrato 16 de soporte con celdas 18 solares está firmemente conectado con otro panel de vidrio aislante a través de un espaciador 24.
Dependiendo del diseño del elemento 1 de fachada, la superficie 4 frontal y/o la superficie 5 posterior del primer panel 2 coloreado está estructurada (por ejemplo, mediante grabado, arenado o laminado durante el proceso de dibujo) y tiene al menos una capa de interferencia óptica, que no se muestra en las Figuras 1 a 8. Esto se explica con más detalle a continuación.
En la Figura 9, se muestra una realización del elemento 1 de fachada según la invención, mostrándose únicamente el primer panel 2 coloreado con una estructura de ejemplo. El elemento 1 de fachada se puede diseñar en particular como se muestra en las Figuras 1 a 8. En consecuencia, la superficie 4 frontal del primer panel 2 coloreado está estructurada en una región 8 que, en el presente ejemplo, se extiende por toda la superficie 4 frontal, es decir, la superficie 4 frontal y la región 8 estructurada son idénticas. Directamente sobre la superficie 4 frontal, está dispuesta una capa 9 de interferencia óptica. En la región 8 estructurada, la superficie 4 frontal está provista de un perfil de altura que tiene montañas y valles. Aquí, más del 50 % de la superficie 4 frontal consta de segmentos 10 planos, cuyos planos están cada uno inclinados con respecto al plano del primer panel 2 coloreado, es decir, tienen un ángulo distinto de cero con el plano del primer panel 2 coloreado. Los segmentos 10 tienen cada uno un área de segmento de al menos 1 pm2 y una rugosidad media inferior al 15 % del espesor de capa d de la capa 9 de interferencia óptica. Una subcapa de altura media entre los puntos más altos (picos) y los puntos más bajos (valles) de la superficie 4 frontal es de al menos 2 pm y, por ejemplo, como máximo el 20 % del espesor del primer panel 2 coloreado. Con relación al plano del primer panel 2 coloreado, al menos el 20 % de los segmentos presenta un ángulo de inclinación en el intervalo de más de 0° a un máximo de 15°, al menos el 30 % de los segmentos tiene un ángulo de inclinación en el intervalo de más de 15° a un máximo de 45° y menos del 30 % de los segmentos 10 tiene un ángulo de inclinación mayor a 45°. En el ejemplo de realización de la Figura 9, todos los segmentos tienen un ángulo de inclinación de 45° como máximo.
La capa 9 de interferencia óptica es delgada y presenta un espesor de capa, por ejemplo, en el intervalo de 0,1 a unos pocos (por ejemplo, 2) micrómetros. Además, la capa 9 de interferencia óptica tiene un índice de refracción n superior a 1,7, preferiblemente superior a 2,0 y de manera especialmente preferida, superior a 2,3, y la menor absorción posible con respecto a la luz incidente. La capa 9 de interferencia óptica puede tener una o más capas, es decir, puede constar de una o más capas refractivas. Cada capa refractiva tiene un índice de refracción específico y está hecha del mismo material. Por ejemplo, la capa 9 de interferencia óptica consta de MgO, SiONx, Si3N4 , ZrO2, TiOx y/o SiC. La conductividad eléctrica de las capas de refracción individuales, en particular de la capa 9 de interferencia óptica, debe ser lo más baja posible.
El funcionamiento de la estructuración de la superficie 4 frontal del primer panel 2 coloreado se describe con más detalle a continuación. En primer lugar, considérese la Figura 10, en la que se ilustran a modo de ejemplo condiciones de iluminación típicas en un elemento 1 de fachada. En consecuencia, la luz del sol S incide directamente en el primer panel 2 coloreado y se refleja en el ángulo de observación. Se muestran el rayo de luz incidente E y el rayo de luz R reflejado en el ángulo de observación. Además del rayo de luz reflejado R, la luz incidente también se dispersa difusamente fuera del ángulo de observación. Dos rayos de luz dispersados difusamente R' se muestran como ejemplo. El efecto de color se crea por reflexión, dispersión e interferencia. Si un observador B se para frente al elemento 1 de fachada y mira perpendicularmente el primer panel 2 coloreado frente a él, su ojo rara vez se encontrará con la luz reflejada directamente R (es decir, el observador generalmente no está en el ángulo de observación). Esto se ilustra en la Figura 10, donde el observador B está fuera del ángulo de observación y solo ve el rayo de luz dispersado de modo difuso R'. En el caso de una superficie lisa sin una región 8 estructurada, la intensidad de la luz dispersada de modo difuso R' es relativamente baja y depende en gran medida del ángulo. Solo se obtiene un color claro con una intensidad satisfactoria (brillo, valor L) cuando la porción difusamente dispersada es suficientemente grande.
El principio básico del modo de funcionamiento de los segmentos inclinados 10 de la superficie estructurada 8 se ilustra en la figura 11, en la que las diferentes trayectorias de luz para un observador B que mira perpendicularmente a la superficie de vidrio o superficie frontal 4 del elemento de fachada 1 se muestran como ejemplo. Se muestran tres segmentos 10 con diferentes inclinaciones respecto al plano GE ilustrado esquemáticamente del primer panel 2 coloreado, así como los rayos de luz E que inciden sobre los segmentos 10, que son reflejados por los segmentos 10 en el ángulo de observación local al observador B (rayos de luz reflejados R). El segmento 10 central está dispuesto paralelo al plano GE, con el rayo de luz incidente E golpeando el segmento 10 perpendicularmente y reflejándose perpendicularmente al observador B (rayo reflejado R). Para el segmento 10 medio, el ángulo rasante y el ángulo rasante local son idénticos. En el caso de los dos segmentos 10 contiguos, los rayos de luz incidentes E presentan cada uno un ángulo distinto de cero a la superficie normal en el plano GE y también inciden en el observador B en el ángulo de observación local. Debido a las diferentes inclinaciones de los segmentos 10, la luz proveniente de diferentes direcciones se refleja en cada caso en el ángulo de observación local de los segmentos 10 hacia el observador B que mira verticalmente a la superficie del módulo. En el ejemplo de realización de la Figura 11, los ángulos de incidencia y reflexión son como máximo de 45°.
En la Figura 12, se muestra una situación en la que el observador B mira el plano GE del primer panel 2 coloreado en un ángulo de 45° con respecto a la superficie normal. Como en la Figura 11, se muestran como ejemplo tres segmentos 10 con diferentes inclinaciones con respecto al plano GE del primer panel 2 coloreado, así como los rayos de luz E que inciden sobre los segmentos 10, que se reflejan desde los segmentos 10 en el ángulo de observación local al observador B (rayos de luz reflejados R ). Debido a las diferentes inclinaciones de los segmentos 10, la luz desde diferentes direcciones se refleja en el ángulo de observación local hacia el observador B que mira la superficie del módulo. En el ejemplo de realización de la Figura 12, los ángulos de incidencia y de reflexión son como máximo de 67,5°. Básicamente, con valores relativamente grandes del ángulo rasante, la luz reflejada se desplaza hacia el azul. Este desplazamiento hacia el azul se puede reducir aumentando el índice de refracción de la capa de interferencia óptica. En el caso de inclinaciones superficiales relativamente pronunciadas, también pueden ocurrir reflexiones múltiples en las facetas vecinas.
En la Figura 13, se muestra una situación en la que la fuente de luz y, por lo tanto, los rayos de luz incidente siempre están inclinados en un ángulo de 45° con respecto al plano GE del primer panel 2 coloreado. El observador B mira la superficie del elemento 1 de fachada desde diferentes ángulos. La información del ángulo en la Figura 13 debe entenderse de la siguiente manera: ángulo de incidencia (basado en el plano GE del primer panel 2 coloreado)/ángulo de observación o reflexión (desviación del ángulo de observación basado en la superficie normal en el plano GE). El signo de grado “°” no está especificado. En la Figura 13, se muestran como ejemplo cuatro segmentos 10 con diferentes inclinaciones respecto al plano GE. Solo en un segmento 10, cuyo plano es paralelo al plano del primer panel 2 coloreado, el observador B está en el ángulo de observación con respecto al plano GE: 45/0. Esto significa que el haz de luz incidente tiene un ángulo de 45° con respecto al plano GE, el haz de luz reflejado tiene una desviación angular de cero con respecto al ángulo de incidencia. En el caso de los otros segmentos 10, el observador B está fuera del ángulo de observación. En el caso de los dos segmentos 10 de la izquierda (45/90, 45/45), el observador mira la superficie del elemento 1 de fachada en un ángulo de 90° o 45° con respecto al ángulo de observación, con la luz incidiendo en un ángulo de 45° con el plano GE. En el caso del segmento derecho 17 (45/-15), el observador se encuentra en un ángulo de -15° con respecto al ángulo de observación. Debido a los segmentos 10 inclinados de manera diferente y la reflexión resultante en el ángulo de observación local, la luz con suficiente intensidad se refleja hacia el observador B incluso si el observador no está en el ángulo de observación, basado en el plano GE del primer panel 10 coloreado.
En la Figura 14, se muestra una situación en la que el observador B siempre observa la superficie del elemento 1 de fachada en un ángulo de 45° con respecto a la superficie del módulo o plano GE del primer panel 2 coloreado. En la Figura 14, se muestran como ejemplo cuatro segmentos 10 con diferentes inclinaciones respecto al plano GE. Solo en un segmento 10, cuyo plano es paralelo al plano GE, el observador B está en el ángulo de observación: 45/0. En el caso de los otros segmentos 10, el observador B está fuera del ángulo de observación. En el caso de los dos segmentos 10 de la izquierda (45/90, 45/45), el observador B mira la superficie del elemento 1 de fachada en un ángulo de 45°, con la luz incidiendo con una desviación de 90° o 45° en relación con el ángulo de observación. En el caso del segmento derecho 10 (45/-15), la luz incide en un ángulo de -15° con respecto al ángulo de observación. Debido a los segmentos 10 inclinados de manera diferente y la reflexión resultante en el ángulo de observación local, la luz se refleja hacia el observador B con suficiente intensidad incluso cuando la luz incide fuera del ángulo de observación.
En el elemento 1 de fachada según la invención, mediante la estructuración de la superficie 4 frontal del primer panel 2 coloreado en combinación con la capa 9 de interferencia óptica coloreada, se puede lograr una impresión de color homogénea en un intervalo de longitud de onda definible, siendo la impresión de color mucho menos dependiente del ángulo en comparación con una superficie no estructurada.
En la Figura 15, se muestra la reflexión en la capa 9 de interferencia óptica con un espesor de capa d. El haz de luz incidente E se refleja tanto en la interfaz entre la atmósfera y la capa de interferencia (R1) como en la interfaz entre la capa de interferencia y el panel (R2). Si la diferencia de trayectoria entre los dos haces de luz R1, R2 corresponde a un múltiplo de la longitud de onda del haz de luz incidente, se produce una interferencia constructiva, y si la diferencia de trayectoria es un múltiplo de la mitad de la longitud de onda, se produce una interferencia destructiva. Cuando se ilumina con luz blanca, la capa 9 de interferencia óptica actúa así como un filtro de color, ya que la interferencia constructiva, dependiendo del índice de refracción n y el espesor de la capa d, solo se produce para luz de una longitud de onda adecuada. Aquí a es el ángulo de los rayos reflejados R1, R2 a la superficie normal. Los rayos de luz R' ejemplifican la luz reflejada fuera del ángulo de incidencia, que puede ocurrir en el área estructurada 15 si la rugosidad de la interfaz entre la capa de interferencia y el panel es demasiado grande. Para cumplir con la condición de interferencia, es necesario que los centros de dispersión sean más pequeños que la longitud de onda y el espesor de la capa, respectivamente. Además, R1 y R2 solo pueden interferir si todavía están en el mismo segmento de superficie plana. Por lo tanto, la interferencia cromática puede lograrse mediante el área mínima de los segmentos reivindicados según la invención y su rugosidad máxima.
Si la superficie 4 frontal del primer panel 2 coloreado con una capa 9 de interferencia óptica, que consiste en una capa inorgánica, químicamente inerte y dura como, por ejemplo, con Si3N4, está recubierta, resulta una alta resistencia al rayado, resistencia química y efecto repelente a la suciedad para el elemento 1 de fachada. Mediante el uso de capas fotocatalíticas como TiO2 también puede resultar un efecto de autolimpieza. Las pruebas climáticas también han demostrado que las capas de interferencia hechas de materiales como Si3N4 o T O 2 también previenen la corrosión de un primer panel 2 de vidrio por calor húmedo.
Ahora se hace referencia a la Figura 16, en la que se representa otra realización del elemento 1 de fachada según la invención, en la que de nuevo solo se muestra el primer panel 2 coloreado. Para evitar repeticiones innecesarias, solo se describen las diferencias con respecto a la Figura 9 y, por lo demás, se hace referencia a las declaraciones anteriores. En esta configuración, la región 8 estructurada de la superficie 4 frontal tiene unas primeras zonas 11 y unas segundas zonas 12. En este caso, las primeras zonas 11 están formadas de tal manera que los segmentos 10 presentan una rugosidad media inferior al 15 % del espesor de capa d de la capa 9 de interferencia óptica en la superficie 4 frontal. En la realización de la Figura 9, esto se aplica a toda la región 8 estructurada. En contraste con esto, la rugosidad promedio en las segundas zonas 12 es tan grande que se suprime una interferencia en la capa 9 de interferencia óptica. Por ejemplo, la rugosidad media de los segmentos 10 en las segundas zonas 12 es más del 50 % del espesor de la capa 9 de interferencia óptica. Por lo tanto, el elemento 1 de fachada tiene un color homogéneo en las primeras zonas 11, que resulta del efecto de filtro de color de la capa 9 de interferencia óptica. En las segundas zonas 12, la capa 9 de interferencia óptica no tiene efecto de filtro de color debido a la falta de interferencia constructiva, y, por lo tanto, hay esencialmente una superficie que corresponde al elemento de fachada sin capa 9 de interferencia óptica. El elemento 1 de fachada puede así dotarse opcionalmente de un color homogéneo en las primeras zonas 11 predeterminables. En la Figura 16, las segundas zonas 12 están ilustradas esquemáticamente por una mayor rugosidad.
En la Figura 17, se muestra otra realización del elemento 1 de fachada según la invención, mostrándose únicamente el primer panel 2 coloreado. Para evitar repeticiones innecesarias, solo se describen las diferencias con la realización de la Figura 9 y, por lo demás, se hace referencia a las declaraciones anteriores. Por consiguiente, el elemento 1 de fachada presenta una primera capa 9 de interferencia óptica sobre la región 8 estructurada de la superficie 4 frontal del primer panel 2 coloreado y una segunda capa 9' de interferencia óptica sobre la superficie 5 posterior del primer panel 2 coloreado. La superficie 5 posterior del primer panel 2 coloreado no está estructurada, es decir, no tiene una región 8 estructurada análoga a la superficie 4 frontal. La superficie 5 posterior es lisa dentro del alcance de las imprecisiones de producción. La segunda capa 9' de interferencia óptica tiene un espesor de capa d' y un índice de refracción óptico n', que pueden ser los mismos que los de la primera capa 9 de interferencia óptica, pero no necesariamente tienen que ser los mismos. El efecto de color se intensifica aún más por la segunda capa 9' de interferencia óptica. Con respecto a la configuración de la Figura 9, esto da como resultado una segunda fuente de reflexión con un efecto de filtro de color, ya que el índice de refracción de la segunda capa 9' de interferencia óptica entre el primer panel 2 coloreado (por ejemplo, vidrio) y la capa 6 adhesiva es mayor que la del primer panel 2 coloreado (por ejemplo, vidrio) y la capa 6 adhesiva. Debido a la refracción de la luz, el ángulo de entrada es menor para la segunda reflexión. Dado que la luz atraviesa una capa de interferencia óptica tres veces en total, la luz que llega al observador se filtra más intensamente. En particular, los espesores de capa d, d' y los índices de refracción n, n' de las dos capas 9, 9' de interferencia óptica también pueden ser significativamente diferentes entre sí. Cuando se recubre con espesores ópticos significativamente diferentes n*d o n'*d', se pueden generar colores mixtos, ya que la primera capa 9 de interferencia óptica genera un espectro de reflexión diferente al de la segunda capa 9' de interferencia y la luz reflejada por la segunda capa 9' de interferencia al pasar de nuevo a través de la primera capa 9 de interferencia. Los elementos 1 de fachada coloreados con una variedad de colores y una alta estabilidad angular se pueden producir de una manera muy sencilla y rentable.
En la Figura 18, se muestra la trayectoria del haz de la luz incidente E y la luz reflejada R1, R2 de una manera muy simplificada. La estructuración del primer panel 2 coloreado no se muestra en la Figura 18. Solo se muestra una única trayectoria de haz, aquí en el ángulo de observación en relación con el plano del primer panel 2 coloreado. Puede verse que la luz que ha pasado la primera capa 9 de interferencia se refracta en el primer panel 2 coloreado (por ejemplo, vidrio), se refleja una segunda vez en la segunda capa 9' de interferencia y, por lo tanto, se filtra por interferencia. Al salir del primer panel 2 coloreado, pasa la capa 9 de interferencia, de modo que las capas de interferencia pasan tres veces.
En la Figura 19, se muestra otra realización del elemento 1 de fachada según la invención, mostrándose únicamente el primer panel 2 coloreado. Para evitar repeticiones innecesarias, solo se describen las diferencias y, de lo contrario, se hace referencia a las declaraciones anteriores. En consecuencia, el elemento 1 de fachada presenta una primera región 8 estructurada en la superficie 4 frontal del primer panel 2 coloreado y una segunda región 8' estructurada en la superficie 5 posterior del primer panel 2 coloreado, con una primera capa 9 de interferencia óptica y en la primera región 8 estructurada está dispuesta una segunda capa 9' de interferencia óptica en la segunda región 8' estructurada. Las dos regiones 8, 8' estructuradas pueden presentar un diseño igual o diferente. Asimismo, las dos capas 9, 9' de interferencia óptica pueden ser iguales o diferentes, en particular los espesores de capa d, d' y los índices de refracción n, n' de las dos capas 9, 9' de interferencia óptica son diferentes entre sí. Si se elige el mismo espesor óptico n*d para las dos capas 9, 9' de interferencia óptica, se puede intensificar el color del elemento 1 de fachada. Al recubrir con espesores ópticos significativamente diferentes, se pueden generar colores mixtos.
Lo que estas configuraciones tienen en común es que, cuando la luz golpea la superficie frontal estructurada con la capa de interferencia, también aparece un color con alta intensidad y baja dependencia del ángulo fuera del ángulo de observación como resultado de la reflexión y la interferencia. Las capas de interferencia adicionales y/o la estructuración en la superficie posterior pueden intensificar aún más este efecto.
En la Figura 20, se utiliza una sección ampliada del primer panel 2 coloreado del elemento 1 de fachada para ilustrar otra realización del elemento 1 de fachada según la invención. Para evitar repeticiones innecesarias, solo se describen las diferencias y, de lo contrario, se hace referencia a las declaraciones anteriores. En consecuencia, la superficie 4 frontal del primer panel 2 coloreado está estructurada en una región 8 que, en el presente ejemplo, se extiende por toda la superficie 4 frontal, es decir, la superficie 4 frontal y la región 8 estructurada son idénticas. Una capa 9 de interferencia óptica está dispuesta directamente sobre la superficie 5 posterior del primer panel 2 coloreado. La superficie 5 posterior no tiene estructuración y es lisa dentro del alcance de las imprecisiones de producción. No hay capa de interferencia óptica en la superficie 4 frontal. Para los segmentos 10 de la región 8 estructurada de la superficie 4 frontal del elemento 1 de fachada de la Figura 20, no hay condición para la rugosidad.
La función de la superficie 4 frontal estructurada en combinación con la capa 9 de interferencia en el interior según la realización de la Figura 20 se explica con más detalle con referencia a la Figura 21. Muestra, a modo de ejemplo, diferentes trayectorias de luz para segmentos 10 inclinados de modo diferente del primer panel 2 coloreado. Se muestran tres segmentos 10 como ejemplo, con el segmento 10 de la derecha paralelo al plano del primer panel 2 coloreado y los otros dos segmentos 10 que tienen un ángulo distinto de cero con respecto al plano del primer panel 2 coloreado. La reflexión de los rayos de luz en la capa 9 de interferencia se muestra de manera simplificada. La reflexión en la capa 9 de interferencia ya se ha explicado. En la Figura 21, se muestran las trayectorias de luz para tres haces de luz que inciden cada uno sobre los segmentos 10 de diferente inclinación de la superficie 4 frontal del primer panel 2 coloreado con el mismo ángulo con respecto a la normal del plano del primer panel 2 coloreado. La respectiva perpendicular a los segmentos 10 se dibuja con líneas discontinuas. Debido a los segmentos 10 inclinados de manera diferente, los rayos de luz se reflejan de diferentes maneras. Un primer haz de luz 1-1 golpea un segmento 10, atraviesa el primer panel 2 coloreado como un haz de luz refractado 1-2, se refleja como un haz de luz 1-3 desde la capa 9 de interferencia (en el ángulo de observación) y sale como un haz de luz refractado 1-4 del primer panel 2 coloreado hacia el entorno exterior. El haz de luz 1-4 reflejado, finalmente, por el primer panel 2 coloreado tiene un ángulo diferente a la normal al plano del primer panel 2 coloreado que el haz de luz incidente 1-1, de modo que no hay reflexión en el ángulo de observación sino dispersión. En consecuencia, un segundo haz de luz 2-1 golpea otro segmento 10, atraviesa el primer panel 2 coloreado como un rayo de luz refractado 2-2, es reflejado por la capa 9 de interferencia como un rayo de luz 2-3 y sale como un rayo de luz refractado 2-4 del primer panel 2 coloreado al entorno exterior. El rayo de luz reflejado 2-4 emerge del primer panel 2 coloreado aproximadamente en dirección opuesta a la dirección de incidencia del rayo de luz 2-1, que también es un proceso de dispersión y no un reflejo en el ángulo de observación. Un tercer haz de luz 3-1 incide en otro segmento 10, atraviesa el primer panel 2 coloreado como un haz de luz refractado 3-2, se refleja en la capa 9 de interferencia como un haz de luz 3-3 y emerge del primer panel 2 coloreado como un haz de luz refractado al entorno exterior. Este segmento 10 es paralelo al plano del primer panel 2 coloreado, de modo que el haz de luz 2-4 se refleja en el ángulo de observación. Aquí es esencial que por aquellos segmentos 10 que están inclinados con respecto al plano del primer panel 2 coloreado, debido a la refracción en el segmento respectivo 10 y la posterior reflexión en la interfaz con la capa 9 de interferencia y la refracción adicional en la superficie estructurada, también se produzca una fuerte reflexión global fuera del ángulo de observación (con respecto al plano del primer panel 2 coloreado), de modo que, en combinación con la capa 9 de interferencia, se consigue un efecto de color homogéneo de la luz reflejada.
En la Figura 21, se muestra a modo de ejemplo la posición de un observador B que está fuera del ángulo de observación. Debido a la dispersión relativamente fuerte (difusa), el primer panel 2 coloreado con estructuración externa y una capa de interferencia interna, normalmente hay trayectorias de luz adecuadas que han atravesado la capa de interferencia para diferentes ángulos de observación fuera del ángulo de observación. Esto da como resultado una impresión de color que es mucho menos direccional que en los módulos convencionales sin una región 8 estructurada.
Ahora se hace referencia a la Figura 22, en la que se representa otra realización del elemento 1 de fachada según la invención, mostrándose únicamente el primer panel 2 coloreado. Para evitar repeticiones innecesarias, solo se describen las diferencias y, de lo contrario, se hace referencia a las declaraciones anteriores. Por consiguiente, el elemento 1 de fachada presenta una región 8 estructurada en la superficie 5 posterior del primer panel 2 coloreado, estando dispuesta una capa 9 de interferencia óptica sobre la región 8 estructurada. La capa 9 de interferencia óptica es delgada y sigue la superficie de la región 8 estructurada. La región 8 estructurada y la capa 9 de interferencia óptica pueden diseñarse cada una de manera análoga a las configuraciones anteriores. La superficie 4 frontal del primer panel 2 coloreado no tiene región 8 estructurada y es lisa dentro de los límites de las imprecisiones de producción. Además, en la superficie 4 frontal no está dispuesta ninguna capa de interferencia óptica. A diferencia de los segmentos 10 de la región 8 estructurada de la superficie 4 frontal, la capa 9 de interferencia óptica está ubicada en la región 8 estructurada de la superficie 5 posterior, de modo que los segmentos 10 deben cumplir la condición de que los segmentos 10 de la región 8 estructurada de la superficie 5 posterior son planos, tienen un área de segmento de al menos 1 pm2 y presentan una rugosidad promedio de menos del 15 % del espesor de la capa 9 de interferencia óptica en la superficie 5 posterior.
En la Figura 23, se muestran como ejemplo tres trayectorias de luz diferentes. La reflexión de los rayos de luz en la capa 9 de interferencia se muestra de nuevo de manera simplificada. Debido a los segmentos 10 inclinados de manera diferente, los rayos de luz se reflejan de modo diferente en el primer panel 2 coloreado. Un primer haz de luz 1-1 golpea la superficie 4 frontal del primer panel 2 coloreado, cruza el primer panel 2 coloreado como un haz de luz refractado 1-2, se refleja como un haz de luz 1-3 por un segmento 10 inclinado hacia el plano del primer panel 2 coloreado, y sale como un haz de luz refractado 1-4 desde el primer panel 2 coloreado hacia el entorno exterior. De manera correspondiente, un segundo haz de luz 2-1 incide en la superficie 4 frontal del primer panel 2 coloreado, cruza el primer panel 2 coloreado como un haz de luz refractado 2-2, se refleja como un haz de luz 2-3 desde un segmento 10 paralelo al plano del primer panel 2 coloreado y emerge como un haz de luz refractado 2-4 desde el primer panel 2 coloreado hacia el entorno exterior. De manera correspondiente, un tercer rayo de luz 3-1 incide en la superficie 4 frontal del primer panel 2 coloreado, cruza el primer panel 2 coloreado como un rayo de luz refractado 3­ 2, se refleja como un rayo de luz 3-3 desde un segmento 10 inclinado con respecto al plano del primer panel 2 coloreado y sale como un haz de luz refractado 3-4 desde el primer panel 2 coloreado hacia el entorno exterior. La condición ángulo de incidencia = ángulo de emergencia, es decir, reflexión en el ángulo de observación, solo se cumple para el segmento 10 central para el haz de luz incidente 2-1 y el haz de luz emergente 2-4. Los otros rayos de luz son reflejados por los segmentos 10 en el ángulo de observación local que, sin embargo, no corresponde al ángulo de observación del plano del primer panel 2 coloreado, de modo que se produce una dispersión relativamente fuerte. En conexión con la capa 9 de interferencia óptica, se puede lograr un efecto de color homogéneo poco dependiente de la dirección para el elemento 1 de fachada.
En la Figura 24, se muestra otra realización del elemento 1 de fachada según la invención, mostrándose únicamente el primer panel 2 coloreado. Para evitar repeticiones innecesarias, solo se describen las diferencias y, de lo contrario, se hace referencia a las declaraciones anteriores. En consecuencia, además de la capa 9 de interferencia óptica en la región 8 estructurada de la superficie 5 posterior del primer panel 2 coloreado, el elemento 1 de fachada tiene otra capa 9' de interferencia óptica directamente en la superficie 4 frontal del primer panel coloreado. 2. La superficie 4 frontal no está estructurada, es decir, no tiene una región 8 estructurada análoga a la superficie 5 posterior. Más bien, la superficie 4 frontal es lisa dentro del alcance de las imprecisiones de producción. Las dos capas 9, 9' de interferencia pueden tener un índice de refracción óptica igual o diferente y espesores de capa iguales o diferentes. Si se selecciona el mismo espesor óptico n*d para las dos capas 9, 9' de interferencia óptica, el color del módulo 1 solar se puede intensificar, ya que la luz que llega al observador atraviesa una capa de interferencia óptica tres veces en total y es, por lo tanto, más filtrado. Al recubrir con espesores ópticos significativamente diferentes, se pueden generar colores mezclados.
Si la superficie 4 frontal del primer panel 2 coloreado está recubierta con una capa 9' de interferencia óptica, que consiste en una capa inorgánica, químicamente inerte y dura como Si3N4, hay una alta resistencia al rayado, resistencia química y efecto repelente a la suciedad para el elemento 1 de fachada. Mediante el uso de capas fotocatalíticas como TiO2 también puede resultar en un efecto de autolimpieza.
Una capa adicional de este tipo dispuesta en la superficie 4 frontal también puede ser una capa antirreflectante delgada que tiene un índice de refracción óptica que es más bajo que el del primer panel 2 coloreado. Como resultado, se suprime el reflejo esencialmente blanco del primer panel 2 coloreado (por ejemplo, vidrio) y aumenta el grado de saturación de los colores.
En la Figura 25, se muestra otra realización del elemento 1 de fachada según la invención, mostrándose únicamente el primer panel 2 coloreado. Para evitar repeticiones innecesarias, solo se describen las diferencias y, de lo contrario, se hace referencia a las declaraciones anteriores. En consecuencia, la superficie 5 posterior del primer panel 2 coloreado del elemento 1 de fachada presenta una región 8 estructurada sobre la cual está dispuesta una capa 9 de interferencia óptica. Además, la cara frontal 4 del primer panel 2 coloreado también tiene una región 8' estructurada. En la superficie 4 frontal, no se dispone ninguna capa de interferencia óptica. Las dos regiones 8, 8' estructuradas pueden ser iguales o diferentes entre sí. En el ejemplo de realización de la Figura 25, todos los segmentos 10 tienen un ángulo de inclinación de 45° como máximo. En contraste con los segmentos 10 de la región 8 estructurada de la superficie 5 posterior, no hay condición para la rugosidad de los segmentos 10' de la región 8' estructurada de la superficie 4 frontal del elemento 1 de fachada de la Figura 25.
Una capa adicional de este tipo dispuesta en la superficie 4 frontal también puede ser una capa antirreflectante delgada, de color neutro, que tiene un índice de refracción óptico que es más pequeño que el del primer panel 2 coloreado. Como resultado, se suprime el reflejo esencialmente blanco del primer panel 2 coloreado (por ejemplo, vidrio) y aumenta el grado de saturación de los colores. Sin embargo, una capa adicional dispuesta en la superficie 4 frontal también puede tener el mismo índice de refracción óptica que el primer panel 2 coloreado. En este caso, la capa sirve únicamente para proteger el primer panel 2 coloreado de la humedad y otros componentes corrosivos en el aire. Se ha demostrado que el vidrio esmerilado producido por grabado es más sensible al calor húmedo que el vidrio plano o laminado. Por ejemplo, en el caso de vidrio de cal sodada grabado, la capa adicional puede ser una capa fina de SiO2 pulverizada.
En estas realizaciones, la luz debe atravesar el primer panel coloreado al menos una vez y debe reflejarse en la capa de interferencia interna para lograr el color deseado con estabilidad angular mejorada después de salir de la superficie frontal.
En principio, el elemento 1 de fachada se puede montar en una fachada mediante cualquier técnica de fijación adecuada, por ejemplo, rieles laterales traseros, soportes de puntos perforados, tiras de sujeción, etc. Los sistemas de enganche se utilizan a menudo en muros cortina con ventilación trasera, en los que la conexión de la junta se realiza mediante un ajuste de forma.
En la Figura 26, se muestra la disposición de medición para determinar la dispersión difusa del elemento 1 de fachada según la invención con un colorímetro 17 multiángulo disponible comercialmente (medición de color multiángulo). La región 8 estructurada, que no se muestra en detalle, se extiende por todo el primer panel 2 coloreado (por ejemplo, vidrio). Aquí, un haz de luz se dirige sobre la superficie 4 frontal del elemento 1 de fachada para caracterizar en diferentes ángulos de incidencia y la luz dispersada o reflejada se mide espectralmente desde diferentes ángulos de observación, por ejemplo, 15° o 45° con respecto a la superficie normal del plano del primer panel 2 coloreado. Debajo del primer panel 2 coloreado, hay un elemento 14 trasero opaco, que está diseñado aquí, por ejemplo, como una capa negra no brillante (por ejemplo, unida con un líquido con un índice de refracción de aproximadamente 1,5). El colorímetro 17 multiángulo se puede utilizar para determinar el brillo en el sistema L-ab con iluminación estándar D65 y un ángulo de apertura de 10°. Se ha demostrado que existe una buena estabilidad angular (es decir, una dependencia angular baja de la luz dispersada) si tanto en un ángulo de observación de 45° como en un ángulo de observación de 15° y en un ángulo de incidencia de 45°, medidos en cada caso desde el ángulo de observación, todavía hay al menos un brillo de L = 10, preferiblemente L = 15 e incluso mejor L = 20. Debido a la al menos una región 8 estructurada de la superficie 4 frontal y/o de la superficie 5 posterior del primer panel 2 coloreado, tanto en un ángulo de observación de 45° como de 15° y en un ángulo de incidencia de 45°, medido en cada caso desde el ángulo de observación (en ambas direcciones), se puede lograr al menos una luminosidad de L = 10. Los grados se entenderán de la siguiente manera: ángulo de reflexión (relativo a las superficies normales/ángulo de incidencia (relativo al ángulo de observación). Por ejemplo, con un ángulo de observación de 45° (medido con respecto a la superficie normal) y un ángulo de incidencia de 45° (medido desde el ángulo de observación), el haz incidente cae exactamente perpendicular a la superficie (45/45). Con un ángulo de observación de 15° y un ángulo de incidencia de 45°, la dirección de incidencia es de 30° desde la superficie normal del mismo lado que la dirección de observación (15/45). El colorímetro 20 multiángulo se coloca en un ángulo de visión de 45° o 15° con respecto a la superficie normal. En todas las configuraciones del elemento de fachada según la invención con un elemento trasero fotovoltaicamente activo, la zona eléctricamente activa se encuentra ventajosamente detrás de la piel exterior protectora del panel compuesto formado por el primer panel y el segundo panel. Los componentes ópticamente perturbadores permanecen ocultos detrás de la capa de enmascaramiento opaca. Los componentes mecánicamente voluminosos, como las cajas de conexiones y los cables, pueden permanecer en su posición habitual detrás de la parte posterior del panel solar. La producción de los módulos solares permanece prácticamente sin cambios, solo se omite la laminación del vidrio frontal o el módulo solar terminado se lamina con otro panel (elemento de vidrio colorante o elemento de vidrio de soporte mecánico). No hay marcos ni “backrails”. Se pueden laminar varios módulos solares sobre el elemento compuesto más grande y conectarlos a través de cables si el panel, el relleno o el elemento de la ventana deben alcanzar dimensiones de superficie, como en la construcción de gran altura.
En las configuraciones de las Figuras 3 y 4, la coloración es más fuerte debido a que el elemento de vidrio coloreado se encuentra en el exterior de la fachada. En la realización de la Figura 5, el elemento de vidrio coloreado está en el interior y, por lo tanto, está más protegido. Si solo se va a utilizar un panel solar del tamaño adecuado, también puede ser un panel solar comercial que ya se haya fabricado con un elemento de vidrio texturizado y revestido. Si se van a instalar varios módulos solares en un relleno, entonces es mejor usar un elemento de vidrio de diseño grande, ya que los espacios entre ellos se pueden cubrir con capas opacas.
Debido a la estructura modular, las diferentes funciones están separadas y cada elemento de vidrio se puede optimizar por sí mismo: el elemento de vidrio coloreado se optimiza con respecto al color deseado con la menor pérdida de eficiencia posible, el elemento de vidrio que soporta mecánicamente se dimensiona y se trata (VHF, ESG) de tal manera que cumpla con los requisitos mecánicos en cuanto al peso propio del compuesto con respecto a la carga del viento. El módulo solar se puede tomar en gran parte de la producción estándar.
Las variantes según la invención según las Figuras 3 y 5 tienen la ventaja de que pueden integrarse sustratos de soporte con celdas solares en elementos de fachada con ventilación trasera, construcciones de montantes y travesaños o elementos de ventana. El elemento de vidrio coloreado se puede producir independientemente del espesor requerido del elemento de vidrio que se sostiene mecánicamente. El elemento de vidrio que soporta mecánicamente se dimensiona de acuerdo con el análisis estructural requerido (peso total del elemento compuesto y capacidad de carga del viento).
En la variante de la Figura 4, los procesos de fabricación, pero también ciertas garantías, pueden separarse ventajosamente según la cadena de suministro. El fabricante del módulo solar suministra un módulo solar totalmente sellado y probado eléctricamente.
Aunque el rendimiento del módulo se reduce un poco al laminar a un vidrio más grueso, esto se puede minimizar a valores insignificantes usando vidrio blanco. En el caso del vidrio blanco con bajo contenido en hierro, la transmisión entre 4 mm y 12 mm de espesor de vidrio solo disminuye del 91 % al 90 %.
El elemento de fachada coloreado hecho de elemento de vidrio coloreado, elemento de vidrio de soporte mecánico con o sin elemento trasero fotovoltaico activo se puede combinar con varios diseños comunes para fachadas de cortina con ventilación trasera, fachadas de elementos o fachadas de montantes y travesaños o elementos de ventanas grandes. En el caso de una fachada de montantes y travesaños o de elementos o cuando se utiliza como elemento de ventana, puede haber opcionalmente al menos un vidrio adicional u otra cubierta hecha de un material diferente detrás de la parte posterior de los módulos solares, que cierra el elemento de fachada en el lado de la habitación. La caja de conexiones y los cables se ubican entonces entre el módulo solar y la cubierta del lado de la habitación. Si la cubierta del lado de la habitación es un panel de vidrio, ambos pueden estar diseñados como vidrio aislante, elemento de fachada o como elemento de ventana con relleno de gas, junto con un marco adecuado y juntas según el estado de la técnica. Esto se muestra en la Figura 8 como ejemplo. El panel exterior de una ventana de vidrio aislante convencional se reemplaza por la estructura de panel laminado de color. A continuación, los cables deben enrutarse fuera del marco. También se puede utilizar con dos cristales adicionales en el lado de la habitación como triple acristalamiento.
La estructura del panel compuesto y la cubierta del lado de la habitación están unidas sin marco con espaciadores apropiados (debido a la caja de empalmes y el cable) y sellos adhesivos y están unidas como un paquete con soportes lineales o soportes puntuales a la estructura del montante y el travesaño. Los cables deben sacarse a través de los espaciadores o a través de la cubierta del lado de la habitación. También puede haber un material termoaislante (plásticos espumados como poliestireno (Styrofoam), fibras minerales, lana de vidrio, etc.) entre la cubierta del lado de la habitación y el módulo solar. La cubierta del lado de la habitación también se puede colgar de sujetadores ubicados en el elemento de vidrio portante. Luego, la cubierta del lado de la habitación se puede quitar para realizar trabajos de mantenimiento.
En el caso de un elemento de ventana con un módulo solar, el elemento de vidrio coloreado también puede seleccionarse significativamente más pequeño que el elemento de vidrio que se sostiene mecánicamente. El relleno o elemento de ventana consta entonces de una zona transparente (ventana) y una zona coloreada opaca, que es fotovoltaica activa o también total o parcialmente pasiva, como se muestra en la Figura 7.
El elemento de fachada también se puede utilizar como panel de un muro cortina ventilado. En contraste con el módulo actualmente utilizado con una baranda trasera, la estructura de panel compuesto se puede integrar en construcciones de vidrio comunes sin una baranda trasera gracias al refuerzo mecánico por medio del elemento de vidrio de soporte mecánico. Para ello, se pueden utilizar soportes lineales, soportes puntuales o abrazaderas mecánicas. El módulo solar y el elemento de vidrio coloreado solo contribuyen en pequeña medida a lograr la capacidad de carga del viento. El núcleo mecánico esencial es el elemento de vidrio que soporta mecánicamente.
Como puede verse a partir de la descripción anterior de la invención, la invención proporciona un elemento de fachada mejorado que tiene un color intenso muy homogéneo con poca o ninguna dependencia direccional. El elemento de fachada se puede fabricar de modo rentable en diferentes formas y tamaños y se puede integrar en una fachada de manera sencilla. De modo especialmente ventajoso, el elemento de fachada presenta una resistencia mecánica especialmente alta, de modo que también puede soportar cargas de viento más elevadas. La invención proporciona así una innovación que trae consigo considerables ventajas en la práctica de la construcción de fachadas.
Lista de signos de referencia
1 elemento de fachada
2 primer panel
3 segundo panel
4, 4' superficie frontal
5, 5' superficie posterior
6 capa adhesiva
7 superficie de contacto
8, 8' región estructurada
9, 9' capa de interferencia óptica
10, 10' segmento
11 primera zona
12 segunda zona
13, 13' capa intermedia
14 elemento trasero
15, 15' panel compuesto
16 sustrato de soporte
17 colorímetro multiángulo
18 celdas solares
19 capa de enmascaramiento
20 panel solar
21 cable de conexión
22 caja de conexiones
23 ventana
24 espaciador
25 panel de vidrio aislante
V lado frontal
R lado trasero
U entorno externo

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Elemento (1) de fachada, que comprende un primer panel (2) transparente o semitransparente coloreado y un segundo panel (3) transparente que se sostiene mecánicamente, que están firmemente conectados entre sí por una capa (13) intermedia, en donde el primer panel (2) presenta una superficie (4) frontal dispuesta en el lado de incidencia de la luz y una superficie (5) posterior opuesta, en donde al menos una superficie (4, 5), seleccionada de la superficie frontal y posterior, presenta al menos una región (8, 8') estructurada, y en donde en al menos una superficie (4, 5), seleccionada de una superficie frontal y posterior, está dispuesta al menos una capa (9, 9') de interferencia óptica para reflejar la luz dentro de un intervalo de longitud de onda predeterminado,
caracterizado porque la al menos una región (8, 8') estructurada presenta las siguientes características:
- un perfil de altura perpendicular al plano del primer panel (2) con picos y valles, con una diferencia de altura media entre picos y valles de al menos 2 pm,
- al menos el 50 % de la región estructurada está compuesta por segmentos que están inclinados con respecto al plano del primer panel (2), en donde, con respecto al plano del primero, al menos el 20 % de los segmentos tienen un ángulo de inclinación que varía de más de 0° a un máximo de 15° y al menos el 30 % de los segmentos tienen un ángulo de inclinación en el intervalo de más de 15° a un máximo de 45°, en donde
- los segmentos son planos y tienen una superficie de segmento de al menos 1 pm2, en donde los segmentos tienen cada uno una rugosidad promedio de menos del 15 % del espesor de una capa de la al menos una capa de interferencia óptica.
2. Elemento (1) de fachada de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el segundo panel (3) es
i) más grueso, o
ii) más delgado que el primer panel (2).
3. Elemento (1) de fachada de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en donde
i) el primer panel (2), o
ii) el segundo panel (3)
está dispuesto en el lado de incidencia de la luz de la capa (13) intermedia.
4. Elemento (1) de fachada de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, en donde en su lado trasero (R) está fijado al menos un elemento (14) trasero plano.
5. Elemento (1) de fachada de acuerdo con la reivindicación 4, en donde el al menos un elemento (14) trasero plano es apto para generar energía fotovoltaica.
6. Elemento (1) de fachada de acuerdo con la reivindicación 5, en donde el elemento (14) trasero adecuado para generar energía fotovoltaica comprende un sustrato (16) de soporte con celdas (18) solares, en donde el sustrato (16) de soporte, sin un panel intermedio, está firmemente conectado con el primer panel (2) o el segundo panel (3) a través de una capa (13') intermedia adicional.
7. Elemento (1) de fachada de acuerdo con la reivindicación 5 o 6, en donde el primer panel (2) o el segundo panel (3) es un panel de cubierta de un módulo (20) solar prefabricado.
8. Elemento (1) de fachada de acuerdo con una de las reivindicaciones 5 a 7, en donde el elemento (14) trasero plano es más pequeño que el panel (2, 3) frontal con respecto al plano del panel (2, 3) frontal.
9. Elemento (1) de fachada de acuerdo con la reivindicación 4, en donde al menos un elemento trasero está diseñado como:
- un revestimiento, en particular un revestimiento opaco, del primer o segundo panel (2, 3) dispuesto en la parte trasera, - una película, en particular una película opaca, que está firmemente unida por un adhesivo transparente, en particular una película adhesiva transparente, al primer o segundo panel (2, 3) dispuesto en la parte trasera, o
- un cuerpo rígido, en particular un cuerpo rígido opaco, que está firmemente unido por un adhesivo transparente, en particular una película adhesiva transparente, al primer o segundo panel (2, 3) dispuesto en la parte trasera.
10. Elemento (1) de fachada de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9, en donde la superficie (4) frontal del primer panel (2) presenta al menos una región (8) estructurada sobre la que está dispuesta una capa (9) de interferencia óptica para la reflexión de la luz dentro de un intervalo de longitud de onda predeterminado.
11. Elemento (1) de fachada de acuerdo con la reivindicación 10, en donde
i) la superficie (5) posterior del primer panel (2) no presenta una región estructurada ni capa de interferencia óptica, o ii) la superficie (5) posterior del primer panel (2) no presenta una región estructurada y, en la superficie (5) posterior del primer panel (2), está dispuesta una capa (9') de interferencia óptica adicional para reflejar la luz dentro de un intervalo de longitud de onda predeterminado o
iii) la superficie (5) posterior del primer panel (2) presenta al menos una región (8') estructurada sobre la cual está dispuesta una capa (9') de interferencia óptica para reflejar la luz dentro de un intervalo de longitud de onda predeterminado.
12. Elemento (1) de fachada de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9, en donde en la superficie (5) posterior del primer panel (2) está dispuesta una capa (9) de interferencia óptica para reflejar la luz dentro de un intervalo de longitud de onda predeterminado, en donde la superficie (5) posterior y/o la superficie (4) frontal presentan cada una al menos una región (8, 8') estructurada, en donde la superficie (4) frontal presenta al menos una región (8) estructurada o, en la superficie (4) frontal, está dispuesta una capa (9') de interferencia óptica adicional para reflejar la luz dentro de un intervalo de longitud de onda predeterminado.
13. Elemento (1) de fachada de acuerdo con la reivindicación 12, en donde
i) la superficie (5) posterior del primer panel (2) no presenta una región estructurada y la superficie (4) frontal presenta al menos una región (8) estructurada, en donde no está dispuesta ninguna capa de interferencia óptica en la superficie (4) frontal, o
ii) la superficie (5) posterior del primer panel (2) presenta al menos una región (8) estructurada y la superficie (4) frontal presenta al menos una región (8') estructurada, en donde no está dispuesta ninguna capa de interferencia óptica en la superficie (4) frontal, o
iii) la superficie (5) posterior del primer panel (2) presenta al menos una región (8) estructurada y la superficie (4) frontal no presenta una región estructurada, en donde no está dispuesta ninguna capa de interferencia óptica en la superficie (4) frontal, o
iv) la superficie (5) posterior del primer panel (2) presenta al menos una región (8) estructurada y la superficie (4) frontal no presenta una región estructurada, en donde está dispuesta una capa (9') de interferencia óptica adicional en la superficie (4) frontal.
14. Elemento (1) de fachada de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 13, en donde el panel (15) compuesto formado por el primer panel (2) y el segundo panel (3) está conectado con al menos otro panel (25) a través de un espaciador (24) para formar un panel aislante.
15. Uso del elemento (1) de fachada de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 14 en una fachada de cortina con ventilación trasera, una fachada de montantes y travesaños o una fachada de ventana.
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