MX2013015437A - Un panel espectralmente selectivo. - Google Patents

Un panel espectralmente selectivo.

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Abstract

La presente divulgación proporciona un papel espectralmente selectivo que comprende una primera porción de panel que es por lo menos en parte transmisiva para una luz que tiene una longitud en onda en el intervalo de longitudes de onda visibles. El panel también comprende un primer componente reflectante que se dispone para reflejar la luz incidente dentro de una banda de longitud de onda infrarroja (IR) y dentro de una banda de longitud de onda ultravioleta (UV) a la vez que es por lo menos en parte transmisivo para una luz que tiene una longitud de onda dentro de la banda de longitud de onda visible.

Description

UN PANEL ESPECTRALMENTE SELECTIVO Campo de la invención La presente invención se refiere a un panel espectralmente selectivo y se refiere específicamente, aunque no de manera exclusiva, a un panel que es transparente para la luz visible y desvía la luz infrarroja.
Antecedentes de la invención El sobrecalentamiento de espacios interiores, tal como espacios que reciben la luz del sol a través de ventanas grandes, es un problema que puede superarse usando acondicionadores de aire. Una gran cantidad de energía se usa de manera global para enfriar espacios interiores. La mayoría de la energía eléctrica se genera usando fuentes no sostenibles, lo que es de una preocupación medioambiental creciente.
La patente de los Estados Unidos con número US 6285495 (propiedad del solicitante de la presente invención) divulga un material que puede usarse como un cristal de ventana y que es transmisivo en gran medida para la luz visible, pero desvía una porción de la luz incidente hacia porciones laterales del panel en las que esta se absorbe por células fotovoltaicas para generar electricidad. Este material es de un beneficio doble: debido a que la transmisión de la radiación de IR se reduce, el calentamiento de los espacios interiores puede reducirse y al mismo tiempo puede generarse energía eléctrica.
Sumario de la invención La presente invención proporciona, en un primer aspecto, un panel espectralmente selectivo que comprende: una primera porción de panel que es por lo menos en parte transmisiva para una luz que tiene una longitud de onda en el intervalo de longitudes de onda visibles; y un primer componente reflectante que se dispone para reflejar la luz incidente dentro de una banda de longitud de onda infrarroja (IR) y dentro de una banda de longitud de onda ultravioleta (UV) a la vez que es por lo menos en parte transmisivo para una luz que tiene una longitud de onda dentro de la banda de longitud de onda visible, estando el primer componente reflectante dispuesto para reflejar más de un 90 % de la radiación incidente en un intervalo de longitudes de onda de aproximadamente 300 nm a aproximadamente 420 nm.
El primer componente reflectante habitualmente se dispone para reflejar más de un 92 %, más de un 94 %, más de un 96 % o más de un 98 % de la radiación incidente en un intervalo de longitudes de onda de aproximadamente 300 nm a aproximadamente 420 nm.
La presente invención proporciona, en un segundo aspecto, un panel espectralmente selectivo que comprende: una primera porción de panel que es por lo menos en parte transmisiva para una luz que tiene una longitud de onda en el intervalo de longitudes de onda visibles; y un primer componente reflectante que se dispone para reflejar la luz incidente dentro de una banda de longitud de onda infrarroja (IR) y dentro de una banda de longitud de onda ultravioleta (UV) a la vez que es transmisivo en gran medida para por lo menos la mayoría de la luz que tiene una longitud de onda dentro de la banda de longitud de onda visible, estando el primer componente reflectante dispuesto de tal modo que, dentro de un intervalo de longitudes de onda de aproximadamente 380 nm a aproximadamente 420 nm, el factor de transmisión aumenta de menos de un 10 % a más de un 60 %.
El primer componente reflectante habitualmente se dispone de tal modo que, dentro de un intervalo de longitudes de onda de aproximadamente 380 nm a aproximadamente 420 nm, el factor de transmisión aumenta de menos de un 5 % a más de un 80 %.
La presente invención proporciona, en un tercer aspecto un panel espectralmente selectivo que comprende: una primera porción de panel que es por lo menos en parte transmisiva para una luz que tiene una longitud de onda en el intervalo de longitudes de onda visibles; y un primer componente reflectante que se dispone para reflejar la luz incidente dentro de una banda de longitud de onda infrarroja (IR) y dentro de una banda de longitud de onda ultravioleta (UV) a la vez que se dispone de tal modo que más de un 40 %, un 50 %, un 60 %, un 70 %, un 80 % o un 90 % de la luz incidente se transmite dentro de un intervalo de longitudes de onda de aproximadamente 400 nm a aproximadamente 680 - 750 nm.
La presente invención proporciona, en un cuarto aspecto un panel espectralmente selectivo que comprende: una primera porción de panel que es por lo menos en parte transmisiva para una luz que tiene una longitud de onda en el intervalo de longitudes de onda visibles; y un primer componente reflectante que se dispone para reflejar la luz incidente dentro de una banda de longitud de onda infrarroja (IR) y dentro de una banda de longitud de onda ultravioleta (UV) a la vez que es transmisivo en gran medida para por lo menos la mayoría de la luz que tiene una longitud de onda dentro de la banda de longitud de onda visible, estando el primer componente reflectante dispuesto de tal modo que, dentro de un intervalo de longitudes de onda de aproximadamente 600 nm a aproximadamente 800 nm, el factor de transmisión disminuye de por lo menos un 60 % a menos de un 10 %.
El primer componente reflectante del cuarto aspecto habitualmente se dispone de tal modo que, dentro de un intervalo de longitudes de onda de aproximadamente 600 nm a aproximadamente 800 nm, el factor de transmisión disminuye de por lo menos un 80 % a menos de un 5 %.
El panel espectralmente selectivo de acuerdo con el cuarto aspecto habitualmente también se dispone de tal modo que, dentro de un intervalo de longitudes de onda de aproximadamente 380 nm a aproximadamente 420 nm, el factor de transmisión aumenta de menos de un 5 % - 10 % a más de un 60 - 80 %.
El panel espectralmente selectivo de acuerdo con el cuarto aspecto también puede disponerse para reflejar más de un 90 %, más de un 92 %, más de un 94 %, más de un 96 % o más de un 98 % de la radiación incidente en una longitud de onda un intervalo de longitudes de onda de aproximadamente 300 a aproximadamente 410 nm.
La presente invención proporciona, en un quinto aspecto, un panel espectralmente selectivo que comprende: una primera porción de panel que es por lo menos en parte transmisiva para una luz que tiene una longitud de onda en el intervalo de longitudes de onda visibles; y un primer componente reflectante que se dispone para reflejar la luz incidente dentro de una banda de longitud de onda infrarroja (IR) y dentro de una banda de longitud de onda ultravioleta (UV) a la vez que es transmisivo en gran medida para por lo menos la mayoría de la luz que tiene una longitud de onda dentro de la banda de longitud de onda visible, estando el primer componente reflectante dispuesto para reflejar más de un 90 % de la energía solar de la radiación incidente en un intervalo de longitudes de onda de aproximadamente 700 nm a aproximadamente 1700 nm.
El primer componente reflectante habitualmente se dispone para reflejar más de un 92 %, más de un 94 %, más de un 96 % o más de un 98 % de la energía solar de la radiación incidente en un intervalo de longitudes de onda de aproximadamente 700 nm a aproximadamente 1700 nm.
La presente invención proporciona, en un sexto aspecto, un panel espectralmente selectivo que comprende: una primera porción de panel que es por lo menos en parte transmisiva para una luz que tiene una longitud de onda en el intervalo de longitudes de onda visibles; y un primer componente reflectante que se dispone para reflejar la luz incidente dentro de una banda de longitud de onda infrarroja (IR) y dentro de una banda de longitud de onda ultravioleta (UV) a la vez que es transmisivo en gran medida para por lo menos la mayoría de la luz que tiene una longitud de onda dentro de la banda de longitud de onda visible, comprendiendo el primer componente reflectante exclusivamente materiales dieléctricos.
La siguiente descripción se refiere al primer, segundo, tercer, cuarto, quinto y sexto aspectos de la presente invención.
El primer componente espectralmente selectivo habitualmente se proporciona en la forma de un espejo de borde de múltiples pilas que comprende unas capas de materiales dieléctricos que se disponen para reflejar la luz incidente dentro de una banda de longitud de onda infrarroja (IR) y dentro de una banda de longitud de onda ultravioleta (UV) a la vez que es transmisivo en gran medida para por lo menos la mayoría de la luz que tiene una longitud de onda dentro de la banda de longitud de onda visible de una manera tal como se define en uno cualquiera del primer a sexto aspecto de la presente invención.
El panel espectralmente selectivo habitualmente se dispone de tal modo que por lo menos una porción de una energía asociada con la luz IR incidente a partir de una dirección transversal del panel espectralmente selectivo se refleja por el primer componente reflectante y se dirige posteriormente a lo largo del panel hacia una porción lateral del panel.
El panel espectralmente selectivo puede usarse para diversos fines. Por ejemplo, el panel espectralmente selectivo puede proporcionarse en la forma de, o puede comprender, un cristal de ventana de un edificio, coche, barco o cualquier otro objeto que comprende ventanas o persianas. Además, el panel espectralmente selectivo puede formar una cubierta de un objeto.
El primer componente reflectante habitualmente es una película tal como un revestimiento de interferencia óptica que puede fijarse a, o depositarse sobre, la primera porción de panel, que por ejemplo puede proporcionarse en la forma de una porción de panel de vidrio o puede formarse a partir de un material polimérico que puede ser flexible.
El panel espectralmente selectivo habitualmente también comprende un material luminiscente que se dispone para absorber por lo menos una porción de luz incidente y / o reflejada que tiene una longitud de onda en la banda de longitud de onda de IR y emitir luz por luminiscencia.
El panel espectralmente selectivo puede disponerse de tal modo que la luz IR incidente a partir de una dirección transversal dentro de una pluralidad de ángulos espaciales (añadiendo hasta 2*Pi estereorradianes) dentro de un semi-espacio de incidencia de la luz se refleja por el primer componente reflectante.
En una realización específica de la presente invención el primer componente reflectante se proporciona en la forma de una capa reflectante que habitualmente comprende una estructura en capas. La estructura en capas habitualmente es una estructura de interferencia óptica tal como un filtro de borde de triple pila que comprende por lo menos dos, habitualmente tres pilas de capas de material respectivas que por ejemplo pueden comprender AI2O3, SÍO2 o Ta205. En una realización la estructura en capas funciona como un filtro de paso de corta longitud de onda y también un espejo de calentamiento. La capa habitualmente tiene unas propiedades antirreflectantes para por lo menos la mayoría o incluso la totalidad del intervalo de longitudes de onda de la luz visible.
La primera porción de panel puede comprender dos o más porciones de panel de componente, tal como porciones de panel de vidrio, que pueden acoplarse entre si en una relación cara a cara. Las porciones de panel de componente pueden acoplarse entre sí usando un adhesivo adecuado.
En una realización específica el panel espectralmente selectivo comprende un segundo componente reflectante que se dispone para reflejar por lo menos una porción de la radiación que tiene una longitud de onda en un intervalo de longitudes de onda de IR, tal como en un intervalo de longitudes de onda de la radiación de IR térmica. El segundo componente reflectante puede disponerse para reflejar por lo menos una porción, habitualmente la mayoría, de la radiación que tiene una longitud de onda en el intervalo de 1500 nm a 5000 nm, 1500 nm a 10000 nm, 1500 a 20000 nm. El segundo componente reflectante habitualmente se dispone de tal modo que la transmisión de la radiación que tiene una longitud de onda en el intervalo de 750 nm a 1300 nm, 750 a 1400 nm, o 750 nm a 1500 nm es un 50 %, un 70 %, un 80 % o incluso un 90 % más grande que la transmisión de la radiación que tiene una longitud de onda del orden de 1500 nm a 2000 nm, 1600 nm a 5000 nm o 1700 nm a 5000 nm. En una realización específica el segundo componente reflectante se dispone de tal modo que la transmisión de por lo menos la mayoría de la radiación que tiene una longitud de onda dentro del intervalo de 1600 nm a 10000 nm, 1700 nm a 10000 nm o 1800 nm a 10000 nm tiene una intensidad que se reduce un 20 %, un 15 %, un 10 %, un 5 %, un 3 %, un 2 % o incluso un 1 % de la radiación incidente.
El segundo componente reflectante habitualmente se proporciona en la forma de una película tal como un revestimiento de interferencia óptica que puede fijarse a, o depositarse sobre, la primera porción de panel.
El segundo componente reflectante habitualmente se dispone de tal modo que por lo menos una porción, habitualmente la mayoría, de la energía asociada con la radiación de IR térmica, tal como la radiación de IR térmica que es incidente a partir de un espacio interior adyacente al componente espectralmente selectivo, se refleja y se permite que por lo menos una porción, habitualmente la mayoría, de la luz solar incidente dentro de una banda de longitud de onda de IR se transmita a través del segundo componente reflectante. Tal como se ha descrito en lo que antecede, el primer componente reflectante habitualmente se dispone para reflejar la luz solar incidente dentro de una banda de longitud de onda de IR y dentro de una banda de longitud de onda de UV a la vez que es por lo menos en parte transmisivo para una luz que tiene una longitud de onda dentro de la banda de longitud de onda visible. El componente espectralmente selectivo habitualmente se encuentra, durante el uso, colocado de tal modo que la luz solar incidente en primer lugar está pasando a través del segundo componente reflectante antes de pasar a través del primer componente reflectante. Además, el componente espectralmente selectivo habitualmente se encuentra, durante el uso, colocado de tal modo que la radiación de IR térmica, tal como la radiación de IR térmica a partir de un espacio interior adyacente al componente espectralmente selectivo, en primer lugar está pasando a través del primer componente reflectante antes de pasar a través del segundo componente reflectante. La combinación del primer componente reflectante con el segundo componente reflectante de acuerdo con una realización especifica de la presente invención combina las propiedades de aislamiento térmico ofrecidas por el segundo componente reflectante con unas propiedades selectivas solares del primer componente reflectante.
Los componentes reflectantes primero y segundo habitualmente se fijan a, o se depositan sobre, lados opuestos de la primera porción de panel. Como alternativa, la primera porción de panel puede comprender dos o más porciones de panel de componente y el segundo componente reflectante puede fijarse a una porción de panel de componente distinta del primer componente reflectante. Por ejemplo, el panel espectralmente selectivo puede disponerse de tal modo que el primer componente reflectante está orientado hacia un espacio interior (tal como un espacio interior de un edificio) y el segundo componente reflectante se encuentra en una posición que está separada del espacio interior y el primer componente reflectante.
El panel espectralmente selectivo habitualmente también comprende un material de dispersión que se dispone para aumentar la dispersión de la luz incidente, tal como un material de dispersión que dispersa de manera predominante la luz que tiene una longitud de onda en el intervalo de longitudes de onda de IR. Por ejemplo, el material de dispersión puede comprender unas partículas de dimensiones micro- o nanométricas y puede proporcionarse en la forma de una película. Como alternativa, el material de dispersión puede dispersarse en el interior de la primera porción de panel, o en el interior del adhesivo que acopla dos porciones de panel. La dispersión de la luz puede conseguirse de una manera sustancialmente sin pérdidas (no absorbente) dentro del intervalo de longitudes de onda de IR y / o visibles si por ejemplo se usan unos materiales de dispersión que tienen unas bandas prohibidas de energía relativamente amplias, tal como partículas de óxidos de tierras raras (Yb203 o Nd203 por ejemplo).
En una realización específica la primera porción de panel comprende porciones de panel de componente y el material de dispersión está intercalado entre unas adyacentes de las porciones de panel de componente que están colocadas en una relación cara a cara. En la presente realización el material de dispersión también puede comprender el material luminiscente y puede funcionar como un adhesivo que acopla las porciones de panel de componente entre sí en una relación cara a cara.
El panel espectralmente selectivo también puede comprender un hueco entre porciones de panel de componente, que pueden separarse usando unos separadores adecuados. El hueco habitualmente se llena con un fluido tal como aire u otro material gaseoso adecuado o un líquido adecuado. Por ejemplo, las superficies de las porciones de panel de componente que definen el hueco pueden revestirse con el material de dispersión y / o el material luminiscente. Las superficies de las porciones de panel de componente también pueden comprender elementos difractivos ópticos.
En un ejemplo especifico el material de dispersión se dispone para una dispersión preferente de la luz IR mientras que por lo menos la mayoría de la luz visible incidente se transmite en gran medida a través del material de dispersión. El material de dispersión puede comprender una estructura en capas que tiene una pluralidad de capas y una o más de las capas pueden tener una estructura amorfa. El material de dispersión puede comprender además unos materiales compuestos en los que nano- o microcristales está rodeados por una matriz de material amorfo.
Además, el material de dispersión puede comprender elementos ópticos tal como elementos difractivos o máscaras de fase (rejillas de fase óptica) que dan como resultado la dispersión y / o deflexión direccional de la luz incidente y / o reflejada.
El panel espectralmente selectivo habitualmente se dispone de tal modo que el primer componente reflectante, que habitualmente es una capa reflectante, está colocado en una porción de debajo del panel espectralmente selectivo y el primer componente reflectante refleja una porción de la luz IR que se transmite a través de la primera porción de panel.
Además, el panel espectralmente selectivo puede comprender una capa de arriba sobre la que la luz es incidente antes de la transmisión a través de la primera porción de panel del panel espectralmente selectivo. La capa de arriba habitualmente es una estructura con múltiples capas que es transmisiva en gran medida o incluso antirreflectante para la luz visible y que se dispone para reflejar una porción de la luz IR, tal como la luz IR que se emite por el material luminiscente. La capa de arriba puede comprender, por ejemplo, materiales de óxido tal como AI2O3, S1O2 y Ta205.
En una realización especifica el panel espectralmente selectivo comprende por lo menos una célula fotovoltaica que está colocada en, o cerca de, una porción lateral del panel espectralmente selectivo para recibir una porción de la luz IR y de otro tipo que se dirige hacia esa porción lateral por el panel espectralmente selectivo. Por ejemplo, la por lo menos una célula fotovoltaica puede ser una célula fotovoltaica a base de Ge o de GaAs, o una de CIGS (Diseleniuro de Cobre Galio e Indio), o de CIS (Diseleniuro de Cobre e Indio) que tiene una banda prohibida relativamente pequeña adecuada para la absorción de la luz en el intervalo de longitudes de onda de IR. Además, la por lo menos una célula fotovoltaica puede comprender una pila de células fotovoltaicas que tienen múltiples bandas prohibidas.
La presente invención proporciona, en un octavo aspecto, un método de diseño de un panel espectralmente selectivo, comprendiendo el método las etapas de: calcular propiedades de las pilas de capas de tal modo que una estructura en capas que tiene la pila de las capas se dispone para reflejar la luz incidente dentro de una banda de lonqitud de onda infrarroja (IR) y dentro de una banda de longitud de onda ultravioleta (UV) a la vez que es transmisiva en gran medida para por lo menos la mayoría de la luz que tiene una longitud de onda dentro de la banda de longitud de onda visible, y formar la estructura en capas en, o sobre, una porción de panel que es por lo menos en parte transmisiva para una luz que tiene una longitud de onda en el intervalo de longitudes de onda visibles.
El método habitualmente se realiza de tal modo que el componente espectralmente selectivo se forma de acuerdo con uno cualquiera del primer a séptimo aspecto de la presente invención.
La invención se entenderá más completamente a partir de la siguiente descripción de realizaciones específicas de la invención. La descripción se proporciona con referencia a los dibujos adjuntos.
Breve descripción de los dibujos La figura 1 es una representación de un panel espectralmente selectivo de acuerdo con una realización específica de la presente invención; la figura 2 es una representación de un panel espectralmente selectivo de acuerdo con una realización específica adicional de una presente invención; las figuras 3 y 4 muestran resultados de mediciones que se tomaron usando componentes de acuerdo con realizaciones especificas de la presente invención; la figura 5 muestra una densidad de potencia espectral calculada que se refiere a un panel espectralmente selectivo de acuerdo con una realización especifica de la presente invención; y la figura 6 muestra un espectro de transmisión calculado de un panel espectralmente selectivo de acuerdo con una realización especifica de la presente invención; la figura 7 es una representación de un panel espectralmente selectivo de acuerdo con otra realización especifica de una presente invención; y la figura 8 muestra un espectro de transmisión calculado de un panel espectralmente selectivo de acuerdo con una realización especifica de la presente invención.
Descripción detallada de realizaciones especificas Haciendo referencia inicialmente a la figura 1, un panel espectralmente selectivo 100 se describe a continuación. El panel espectralmente selectivo 100 por ejemplo puede proporcionarse en la forma de un cristal de ventana de un edificio, coche, nave o cualquier otro objeto adecuado. El panel espectralmente selectivo reduce la transmisión de la luz que tiene una longitud de onda en una banda de longitud de onda de IR a la vez que es transmisivo en gran medida para la luz visible. En una realización el panel espectralmente selectivo 100 se dispone para desviar la luz IR y usar la luz IR desviada para la generación de energía eléctrica.
El panel espectralmente selectivo 100 comprende en la presente realización unos paneles de vidrio 102 y 104. Los paneles de vidrio 102 y 104 están separados por un separador de vidrio transparente 106. Las superficies interiores de los paneles de vidrio 102 y 104 se revisten con los revestimientos 108. Las superficies exteriores de los paneles 102 y 104 se revisten con unos revestimientos de múltiples capas 112 y 110, respectivamente. Las células solares 114 están colocadas en porciones laterales del panel espectralmente selectivo 100.
Además, el revestimiento de múltiples capas 110 es antirreflectante para la luz visible y reflectante para la luz UV incidente. En consecuencia, una porción de la luz IR y UV que es incidente a partir de una porción de arriba del panel espectralmente selectivo 100 se transmite a través de los paneles de vidrio 102 y 104 y a continuación se refleja por el revestimiento de múltiples capas 110. Los paneles de vidrio 102 y 104 se disponen de tal modo que, dependiendo del ángulo de reflexión, una porción de la luz reflejada se guia a lo largo de los paneles de vidrio 102 y 104 hacia las células solares 114, en las que la luz IR puede absorberse para generar energía eléctrica.
Los revestimientos 108 comprenden en la presente realización unas partículas de dimensiones nano- o micrométricas de óxidos de tierras raras que tienen una banda prohibida de energía relativamente amplia de tal modo que la dispersión de una luz adecuada es sin pérdidas (no absorbente) de manera efectiva. En consecuencia, las capas 108 funcionan como dispersores. Además, las capas 108 pueden comprender una resina epoxidica que acopla los paneles de vidrio 102 y 104 con los separadores 106.
Las capas 108 también comprenden materiales luminiscentes y los óxidos de tierras raras que se han mencionado en lo que antecede se dopan para tener esa función. Por ejemplo, si la luz es incidente a partir de una dirección transversal del panel espectralmente selectivo y a continuación se absorbe por el material luminiscente, la radiación luminiscente que se emite posteriormente se emite en unas direcciones aleatorias. Esto da como resultado una radiación que está menos orientada en sentido transversal y, de este modo, una porción significativa de la radiación luminiscente emitida se emitirá en unas direcciones tales que los paneles de vidrio 102 y 104 guiarán la radiación luminiscente hacia las células solares 114 para la generación de energía eléctrica.
Los paneles de vidrio 102 y 104 también pueden doparse con materiales luminiscentes que absorben una porción de la luz IR y UV entrante y emiten radiación luminiscente en unas direcciones aleatorias.
Además, las capas 108 se disponen de tal modo que la luz IR se dispersa de manera predominante, lo que se analizará con detalle más adelante. Una porción de la luz IR que se refleja por la capa 110 en una dirección transversal se dispersa por las capas 108 de tal modo que la intensidad luminosa correspondiente se dirige por dispersión múltiple y / o reflexión interna hacia las células solares 114. En consecuencia, las propiedades de dispersión de las capas 108 facilitan la reducción del caudal de la radiación de IR y mejoran la eficiencia de la generación de energía.
El revestimiento de arriba (opcional) 112 tiene unas propiedades antirreflectantes en el intervalo de longitudes de onda de UV y visibles y funciona como un reflector de IR. En otra realización, el revestimiento de arriba 112 se dispone para ser sumamente reflectante para la radiación UV a la vez que es antirreflectante para la luz visible y, de manera opcional, también sumamente reflectante dentro de una (sub)-banda de longitud de onda de IR dentro de la cual los materiales luminóforos emiten luz. La propiedad de antirreflexión en la banda de UV se usa en el presente ejemplo para proteger los luminóforos con respecto a verse afectados de manera adversa por la radiación UV incidente. Este revestimiento es una estructura con múltiples capas que se diseña para reflejar la luz IR de manera predominante dentro del intervalo de longitudes de onda al que el material luminiscente emite luz. En consecuencia, el revestimiento 112 evita en gran medida que la radiación luminiscente generada escape sin que se dirija a las células fotovoltaicas 114. En la presente realización el hueco entre los paneles de vidrio 102 y 104 se llena con aire. Similar a una estructura de ventana de doble acristalamiento, el hueco proporciona aislamiento térmico, estabilidad estructural global mejorada, aislamiento frente al ruido e interfases de contraste de índice alto adicionales que conducen a mejorar la probabilidad de atrapar luz sobre múltiples reflexiones en el interior de los paneles de vidrio debido a las reflexiones internas totales.
Ha de apreciarse que en realizaciones alternativas ese hueco puede llenarse con cualquier otro material dieléctrico adecuado. También se apreciará que en variantes de la realización que se describe el panel espectralmente selectivo 100 puede comprender cualquier número de paneles de vidrio que pueden o pueden no definir huecos entre paneles de vidrio adyacentes. Además, los paneles de vidrio pueden sustituirse por panel de otro material adecuado, tal como un material polimérico incluyendo por ejemplo polivinil butiral (PVB) o poli(cloruro de vinilo) (PVC) y también pueden proporcionarse en la forma de un material laminado tal como un vidrio de seguridad.
El material de luminiscencia, que en el presente ejemplo incluido se proporciona en la capa 108, se encuentra en las caras de arriba y de abajo de los paneles de vidrio 102 y 104, respectivamente. Como alternativa, el material luminiscente puede colocarse en solo uno de los paneles de vidrio 102 y 104 puede doparse con, o puede comprender, el material luminiscente.
Además, ha de apreciarse que en una realización alternativa, el panel espectralmente selectivo 100 puede no necesariamente comprender células fotovoltaicas 114, sino que puede comprender, por ejemplo, agujeros de ventilación, disipadores térmicos o similares que se disponen para la retirada de la energía térmica que se dirige en la forma de la radiación de IR a porciones laterales del panel espectralmente selectivo 100. Una parte de las porciones laterales también pueden revestirse por materiales sumamente reflectantes incluyendo Al o Ag o cualquier revestimiento dieléctrico adecuado que redirija la luz lejos de tales superficies laterales hacia otras superficies laterales del panel.
Haciendo referencia a continuación a la figura 2, un panel espectralmente selectivo 200 de acuerdo con una realización adicional de la presente invención se describe a continuación. El panel espectralmente selectivo 200 comprende unos paneles de vidrio 202 y 204. En la presente realización, los paneles de vidrio están separados por una capa 206 que comprende una resina epoxídica óptica en la que se dispersan pigmentos y un polvo de dispersión luminiscente. El polvo de dispersión luminiscente comprende un único material que es una composición y que proporciona luminiscencia y también las funciones de dispersión. Como alternativa, el polvo de dispersión luminiscente puede ser una mezcla de materiales de componente y cada material de componente puede tener una función respectiva. En consecuencia, la capa 206 combina las funciones de acoplar los paneles de vidrio 202 y 204 uno con otro, proporcionar un material luminiscente y actuar como capas de dispersión. El panel espectralmente selectivo 200 también comprende un revestimiento de debajo 208 que es reflectante para la radiación de IR y tiene unas propiedades antirreflectantes en el intervalo de longitudes de onda visibles. El revestimiento de debajo 208 tiene unas propiedades que son análogas a las del revestimiento 110 que se ha descrito en lo que antecede. Además, el panel espectralmente selectivo 200 también comprende un revestimiento de arriba que es en el presente ejemplo antirreflectante para la luz visible y UV, tiene una reflectividad media o moderada para una primera parte de la radiación próxima a IR y una reflectividad alta para una segunda parte de la banda de longitud de onda de radiación próxima a IR a la que el material luminiscente de la capa 206 emite luz de luminiscencia. Similar al panel espectralmente selectivo 100 que se muestra en la figura 1, el panel espectralmente selectivo 200 también puede comprender células fotovoltaicas (que no se muestran) colocadas en porciones laterales del panel espectralmente selectivo 200.
Además, el panel espectralmente selectivo 100 o 200 comprende un elemento óptico difractivo (que no se muestra) que se dispone para la deflexión espectralmente selectiva de la luz IR incidente y reflejada. El elemento óptico difractivo se hace funcionar como rejillas de difracción con proyección o bien de modo de reflexión o bien de modo de transmisión y se diseña de tal modo que la mayoría de la luz IR solar incidente se desvía hacia un único orden de preferencia de difracción. Además, el elemento óptico difractivo se dispone para permitir la transmisión de la luz visible. El elemento difractivo se fija sobre una cara de arriba del panel, pero en variantes de la realización que se describe también puede encontrarse (o formarse sobre) otras caras del panel 100 o 200 por ejemplo en las superficies que definen un hueco entre dos paneles componentes. Las propiedades espectrales del elemento de difracción pueden diseñarse por los expertos en la materia mediante el ajuste de los siguientes parámetros: índice de refracción del sustrato, forma de perfil de rejilla, ángulo de proyección, factor de utilización, periodo de rejilla, número de niveles de fase y profundidad o profundidades de ataque químico.
Las capas reflectantes de IR 110 y 208 de los paneles espectralmente selectivos 100 y 200, respectivamente, se describirán a continuación con más detalle.
Las capas 110 y 208 se proporcionan en la forma de filtros de revestimiento de interferencia óptica de múltiples capas que tienen unas propiedades de espejo de calentamiento de banda ultra-ancha y usan un tipo de diseño de revestimiento de filtro de borde de triple pila. Las capas 110 y 208 también son reflectantes en el intervalo de UV. Las capas 110 y 208 se forman a partir de AI2O3, SÍO2 y Ta2C>5 usando téenicas de metalizado por bombardeo iónico por RF. El espesor total de un revestimiento de este tipo en la presente realización se encuentra entre 4-8 mm y el orden de los materiales ópticos dentro de una secuencia de capas puede variar, dependiendo del diseño elegido. Los experimentos de recocido (3 horas a 600 °C con unas tasas de aumento de temperatura de 5 °C / in) mostraron una estabilidad de adhesión, relacionada con la exposición térmica, relacionada con la exposición a esfuerzos, mecánica excelente de los revestimientos de los inventores de la presente invención. Las capas 110 y 208 son resistentes a arañazos y a grietas, resistentes al calor, no higroscópicas y estables con respecto a la acción de los tipos de disolventes químicos comunes.
Las características de rendimiento de los revestimientos del tipo 110 y 208 sobre vidrio se sometieron a ensayo y se modelaron. Los resultados indicaron que la fracción de la potencia de luz solar-de IR integrada total contenida dentro del intervalo de longitudes de onda de 700-1700 nm y que se transmite de manera óptica a través del sistema de sustrato-revestimiento es solo aproximadamente un 4 %. Debido a que los revestimientos 110 y 208 tienen unas propiedades de banda ultra-ancha, la reflectividad de potencia de IR es eficiente para un amplio intervalo de ángulos incidentes.
En una realización de la presente invención los revestimientos del tipo de 110 y 208 se proporcionan sobre una película transparente o sustratos transparentes flexibles (que no se muestran) que también tienen un revestimiento de adhesivo. En la presente realización las películas proporcionan unos espejos de IR (portátiles) de manera efectiva que pueden aplicarse a objetos. Un experto apreciará que, para este fin, pueden usarse diversos tipos de láminas metalizadas y materiales de adhesivo.
El revestimiento 110 se describirá a continuación con más detalle. El revestimiento 110 es un revestimiento de múltiples capas y se dispone para reflejar la luz IR incidente dentro de una banda de longitud de onda de IR amplia. El revestimiento 110 en la presente realización tiene también una reflectividad relativamente alta (> 90 % o incluso > 98 %) de la luz solar a través de una banda de UV amplia (de anchura controlada) de la radiación solar dentro de los límites generales entre 300-410 n . Además, el revestimiento 110 tiene una pendiente de respuesta de transmisión espectral bastante abrupta cerca de aproximadamente 400 nm, de tal modo que la transmisión de la luz se eleva desde un nivel de casi cero (inferior a un 5 %) para las longitudes de onda justo por debajo de 400-415 nm, hasta un nivel de transmisión óptica significativo que supera un 60-80 % ya dentro de la región de luz violeta adyacente cerca de 400 - 420 nm. Lo pronunciado de esta pendiente se define como porcentaje de cambio de factor de transmisión (T) por ancho de banda en nanómetros. El revestimiento 110 tiene una tangente de pendiente de transmisión de UV a visible de 8-10 %T / nm, con las pendientes de transmisión de UV a visible ubicadas en las proximidades de 400 nm.
El revestimiento 110 también tiene unas propiedades transmisivas espectralmente planas en la región espectral visible contenida dentro de 380 - 750 nm. La "estabilidad" de la región de respuesta de transmisión visible puede describirse por la relación entre el ancho de banda de nivel de 80 %T (en nm) de la banda de radiación transmitida con respecto a la anchura completa a la mitad del máximo ancho de banda de la misma banda de transmisión. El revestimiento 110 habitualmente tiene una estabilidad de respuesta en exceso de 0.9.
El revestimiento 110 también se dispone para tener una pendiente de respuesta de transmisión espectral abrupta cerca de aproximadamente 700 + / - 100 nm, de tal modo que el factor de transmisión disminuye a partir del nivel dentro del nivel de la banda visible (habitualmente sobre un 60-80 %) para las longitudes de onda por encima de 400 + / - 20 nm, pero por debajo de 700 + / - 100 nm hasta un nivel de transmisión óptica bastante pequeño que no supera un 5-10 % ya dentro de la región de luz roja o próxima a IR adyacente cerca de las proximidades de 700 nm en donde se ha proyectado que tenga lugar el cambio de transmisión significativo. Esta pérdida de la transmisión dentro del intervalo de longitudes de onda justo por encima de la banda visible en cuanto a la longitud de onda, está proyectada para que tenga lugar debido a la reflectividad aumentada de la luz por el sistema de revestimiento-sustrato de vidrio, en lugar de que lo sea debido a aumento alguno en la absorbancia óptica dentro de esa región de longitudes de onda.
Lo pronunciado de esta pendiente de reducción de transmisión espectral puede estar caracterizado por el porcentaje de cambio de factor de transmisión por ancho de banda en nanómetros. El revestimiento 110 se dispone de tal modo que la banda de luz visible para las tangentes de pendiente de luz solar próxima a la infrarroja es aproximadamente -2.5 - (-3) ¾T / nm con las pendientes de respuesta de transmisión de visible a IR habitualmente ubicadas espectralmente en las proximidades de o bien 700 nm (+ / - 20 nm) o bien 750 nm (+ / - 20 nm).
El revestimiento 110 también tiene una región de alta reflectividad espectralmente ancha (en exceso de 200-300 nm) dentro de la región espectral de IR solar de la radiación solar inmediatamente a continuación (en el lado de alta longitud de onda del espectro) de la pendiente de respuesta de transmisión de visible a IR que se ha descrito previamente.
Para cuantificar el rendimiento del revestimiento 110 se supone que una fracción de la energía de IR solar incidente dentro del espectro solar de AM 1.5 convencional entre por ejemplo 700-1700 nm que se transmite a una incidencia normal a través de un vidrio revestido con el revestimiento 110. Un cálculo del rendimiento del revestimiento 110 indica que solo se transmiten 18.69 vatios / m2, de los 467.85 vatios / m2 totales incidentes, lo que es solo un 3.99 % de la energía térmica de IR solar total entre 700-1700 nm que se transmite a través del vidrio. La figura 5 ilustra la densidad de potencia espectral calculada. La integración de energía se realiza de manera numérica usando puntos de datos espectrales medidos relevantes para AM 1.5, la respuesta de revestimiento, y la fórmula de Simpson. Por lo tanto, el 96 % de la energía de IR solar contenida entre 700-1700 nm se refleja al exterior de este revestimiento en el ejemplo que se proporciona. Cabe destacar que estas figuras suponen una incidencia normal de la luz solar sobre el vidrio y la ventana interceptando todo el flujo de energía solar a un ángulo de flujo de 90 grados. En realidad, se transmitirá incluso menos energía de IR en aplicaciones reales, debido a la intercepción de menos flujo de energía por paneles de vidrio verticales, así como debido a la reflectividad habitualmente más grande a unos ángulos de incidencia más grandes. Debido a la amplia banda espectral de reflexión, la luz IR que llega a unos ángulos grandes de incidencia también se refleja de manera eficiente.
Lo sucesivo resumirá el diseño del revestimiento 110. El revestimiento 110 es un espejo de borde de múltiples pilas que comprende capas de materiales dieléctricos. Cada una de, supóngase, 3 pilas de las capas comprende habitualmente más de 10 capas. Las propiedades de capa pueden calcularse tal como sigue usando una rutina de soporte lógico adecuada y una Optimización de Aguja u Optimización Aleatoria de alto rendimiento, o algoritmos genéticos: S {a} (L / 2HL / 2)m {b} (L / 2HL / 2)n {c} (L / 2HL / 2)p {d} (LMHML)q con S identificando la ubicación del sustrato con respecto a la secuencia de películas y L, H y M indicando las capas con un espesor óptico de un cuarto de onda de los materiales correspondientes. Se hace que la longitud de onda de diseño en cada conjunto de paréntesis varíe de acuerdo con el factor de multiplicación anterior en el paréntesis de tipo "{ }", con respecto a una longitud de onda de diseño base. Por ejemplo para una longitud de onda de diseño de 500 nm, el espesor de capa óptica en la subpila {2.0} (HLM) 10 se calcula como que es 1000 nm para todas las capas en el interior de esa sub-pila dentro del paréntesis de tipo "()"· En consecuencia, el espesor físico de cada una de las capas "H" es 1000 nm / (4*n(H)).
El fin del algoritmo de optimización es minimizar los índices de repetición de sub-pila m, n, p, y q así como minimizar el espesor total y el número de capas que se requieren para conseguir la forma de respuesta espectral deseada para cualquier aplicación dada. Otro fin es optimizar los factores de multiplicación de longitud de onda de diseño individuales locales (de la sub-pila) a, b, c, y d. Si se desea, en cualquier capa adicional puede insertarse en la secuencia de capas, entre sub-pilas o cualesquiera capas de puesta en coincidencia de indice con el fin de ajustar adicionalmente un rendimiento y espectro resultantes, el revestimiento 110.
Un ejemplo de una realización de este enfoque de diseño se proporciona en lo sucesivo: S{2.11} (L / 2HL / 2)12 {1.64} (L / 2HL / 2)8 {2.85} (L / 2HL / 2)8 {1.4} (LMHML)1 Una longitud de onda de diseño (base) de 500 nm se usó para la optimización y los materiales usados fueron Ta205, AI2O3 y S1O2. 61 capas en la secuencia de deposición (espesor de la longitud de onda de la luz), el espesor total del revestimiento que se muestra en el presente ejemplo es 9.4 pm. La figura 6 muestra un espectro de transmisión calculado en relación con el presente ejemplo.
Tanto la pendiente de transmisión de baja longitud de onda como la de alta longitud de onda pueden desplazarse espectralmente y, de este modo, las ubicaciones de pendiente pueden controlarse, a través del ajuste de la secuencia de diseño y los espesores de capa individuales. La banda de transmisión alta se desplaza hacia la región verde-roja en el presente ejemplo, asi como una banda iónica de rechazo de onda corta bastante estrecha resulta del diseño del presente ejemplo.
Tal como se ha indicado en lo que antecede, los revestimientos de arriba 112 y 210 se proporcionan en la forma de espejos de emisión espectralmente selectivos. Los revestimientos 110 y 208 comprenden múltiples capas (20 -25) de Al2O3, Si02 y Ta205 y se preparan usando téenicas de metalizado por bombardeo iónico por RF. En la presente realización las capas 112 y 210 se diseñan de tal modo que en especial se evita la transmisión de la radiación luminiscente que se genera en el interior de los paneles espectralmente selectivos 100 y 200 a través de los revestimientos 102 y 210 por reflexión. El espesor de tales revestimientos varia con los requisitos de diseño y se encuentra en el intervalo de varios pm.
Una característica distintiva de los paneles espectralmente selectivos 100 y 200 se refiere al diseño específico de IR de los revestimientos 102, 108, 110, 210, 208 y el material 206 en combinación con unos luminóforos (por lo menos en parte) visiblemente transparentes con fotoluminiscencia excitable por IR del material 206 y los revestimientos 108.
En las realizaciones que se muestran en la figura 1 y 2 los paneles espectralmente selectivos 100 y 200 comprenden las capas de dispersión 108 y 206, respectivamente. Se apreciará que en variantes de las realizaciones que se describen, los paneles espectralmente selectivos 100 y 200 pueden no comprender tales capas de dispersión.
Tal como se ha mencionado en lo que antecede, los paneles espectralmente selectivos 100 y 200 también pueden comprender unas capas de dispersión. Estas capas se formaron usando metalizado por bombardeo iónico por RF y pueden comprender óxidos de tierras raras. Las capas de dispersión pueden incluirse, o proporcionarse en lugar de, las capas 108 y 206 que se han descrito en lo que antecede. Estas capas de óxidos de tierras raras se preparan de tal modo que estas tienen unas propiedades de dispersión / difusión preferente en el intervalo de longitudes de onda de IR y tienen una cubierta de superficie amorfa (formada por un proceso de recocido en horno), que es responsable de la dispersión preferente en el intervalo de longitudes de onda de IR. La dispersión preferente en el intervalo de IR está relacionada con propiedades tales como las separaciones entre partículas y el tamaño de partícula característicos, típicos de las características de tipo precipitado de óxido amorfo encontrado en las superficies de película después del recocido.
Las capas de dispersión 108 y 206 combinan unas funciones de dispersión, tal como una dispersión ópticamente sin pérdidas, con unas funciones de conversión de energía luminiscente. Las capas 108 y 206 tienen un espesor de unos pocos 100 nm y comprenden unas partículas de dimensiones nano- o micrométricas de materiales de tierras raras (tal como Yb2C>3, Nd2C>3) que tienen amplias bandas prohibidas en el interior de sus estructuras de nivel de energía electrónico y posibilitan una dispersión de la luz esencialmente sin pérdidas en los intervalos de longitudes de onda de IR y también visibles. Las partículas de tierras raras se unen mediante resinas epoxídicas curables con UV y ópticamente transparentes (tal como la resina epoxidica Norland NOA63). Además, se dispersan luminóforos (pigmentos y materiales en polvo de dimensiones nanométricas) en el interior del material de resina epoxidica de las capas 108 y 206. En un ejemplo, se dispersan luminóforos híbridos orgánicos-inorgánicos excitables por IR en la resina epoxidica a una concentración de aproximadamente alrededor de 0.25 - 1 % en peso.
Los óxidos de tierras raras también pueden doparse con materiales luminiscentes de tierras raras representados por ejemplo por iones metálicos de tierras raras, y por ejemplo pueden proporcionarse en la forma de Y203:Eu, Y203:Er o NaYF4:Yb.
La figura 3 muestra los espectros de transmisión y de absorción de una capa de óxidos de tierras raras de este tipo sobre vidrio (intensidad como función de la longitud de onda en nm). La representación gráfica 300 muestra que el espectro de transmisión para una capa de dispersión que tiene un espesor de aproximadamente 1 mm, la representación gráfica 302 muestra la reflexión total (especular y difundida) y la representación gráfica 304 muestra el espectro de pérdida óptica correspondiente (representado por la suma de las contribuciones de pérdida de reflexión y pérdida de transmisión de absorción y de dispersión). La capa mostró una dispersión preferente dentro del intervalo espectral de IR que cubrió la mayor parte del intervalo próximo a IR. La transparencia visible estaba próxima a un 80 %. Después de ponerse en contacto con una resina epoxidica óptica de un índice de refracción próximo a 1.49 (puesto en coincidencia con el vidrio), la dispersión se reduce y la transparencia mejora. Esta capa de dispersión de óxidos de tierras raras tiene propiedades luminóforas cuando se excita por una luz adecuada.
La figura 4 muestra los espectros de transmisión para los paneles espectralmente selectivos 100 y 200 (fracción transmitida de la intensidad como función de la longitud de onda en nm). La representación gráfica 400 muestra los datos de transmisión medidos para un panel del tipo del panel espectralmente selectivo 100 (con hueco de aire) y la representación gráfica 402 muestra los datos de transmisión medidos para un panel del tipo del panel espectralmente selectivo 200 (sin hueco de aire).
Cabe destacar que el hueco de aire del panel 100 no afecta de manera significativa a la transmisión visible. Además, debido a que el índice de la resina epoxidica se pone en coincidencia con el vidrio, la resina epoxidica no da lugar, en sí misma, a pérdida de transmisión significativa alguna.
La función del panel espectralmente selectivo 100 puede resumirse tal como sigue. Después de múltiples pasadas de dispersión a través de interfases y capas de dispersión, se propagarán (estadísticamente) más fotones a unos ángulos que superan el ángulo de reflexión interna total para los rayos de luz que se propagan en el interior de un panel de vidrio rodeado por aire. Considerando que una gran fracción de la luz IR solar es incidente a ángulos grandes (facilitado por la dispersión y la emisión de radiación de luminiscencia), una gran fracción de esta luz IR quedará atrapada en el interior del panel espectralmente selectivo 100 y alcanzará las porciones laterales del panel 100. El revestimiento de arriba 112 se diseña para reflejar la luz que se emite por los luminóforos y es visiblemente transparente. El revestimiento de debajo 110 refleja la vasta mayoría de la luz IR a todos los ángulos y longitudes de onda. Estas propiedades combinadas con la redistribución angular de los fotones entrantes por una dispersión de múltiples pasadas en el interior de unas capas no absorbentes o débilmente absorbentes y luminiscentes relativamente delgadas 108 es una característica única de los paneles espectralmente selectivos 100 de acuerdo con las realizaciones de la presente invención. Los efectos de dispersión también son capaces de potenciar los procesos de luminiscencia mediante la mejora de las longitudes de trayectoria de absorción de luminóforos.
Haciendo referencia a continuación a la figura 7, un panel espectralmente selectivo 700 de acuerdo con otra realización de la presente invención se describe a continuación. El panel espectralmente selectivo 700 comprende las porciones de panel 202 y 204 que se han descrito en lo que antecede y el revestimiento de debajo selectivo solar 208. En la presente realización las porciones de panel 202 y 204 están separadas por un hueco de aire 702. Además, el componente espectralmente selectivo 700 comprende un revestimiento de emisión térmica baja 704. El revestimiento 704 tiene unas propiedades de transmisión alta para la luz visible y una reflectividad relativamente alta para un intervalo de longitudes de onda de IR relativamente amplio. La figura 8 muestra un espectro de transmisión calculado del revestimiento 704. El espectro del revestimiento 704 en la presente realización tiene una pendiente relativamente abrupta que separa los intervalos de transmisión alta y baja a 1500 + / - 100 nm. La transmisión de la radiación de IR se reduce por debajo de un 10 % o incluso por debajo de un 1-2 % en un intervalo muy amplio de longitudes de onda que habitualmente se extiende de esta pendiente a unas longitudes de onda en exceso de 10 mieras o incluso 20 mieras.
Por ejemplo, el panel espectralmente selectivo 700 puede formar un cristal de una ventana en un edificio. En este caso el panel espectralmente 700 habitualmente está orientado de tal modo que el revestimiento 208 está orientado hacia una parte interior del edificio. El revestimiento de emisión (térmica) baja 704 permite la transmisión de la mayor parte del intervalo visible y la energía de IR solar desde el exterior del edificio, lo que permite la captación de la energía solar usando el revestimiento 208 de la manera que se ha descrito en lo que antecede. Al mismo tiempo, el revestimiento de emisión baja 704 refleja la mayor parte de la radiación de IR térmica que se origina a partir de calentadores y similares en la parte interior del edificio de vuelta al interior del edificio, lo que reduce la pérdida de energía térmica. Los revestimientos 208 y 704 en consecuencia tanto contribuyen a una reducción en el consumo de energía como y reducen el coste en el que se incurre.
En la presente realización el revestimiento 704 comprende 11 capas que están compuestas de Ag y Y2O3 que tienen unos espesores que se seleccionan para conseguir las características espectrales tal como se muestra en la figura 8.
Un experto en la materia apreciará que, como alternativa, el revestimiento 704 puede formarse a partir de otros materiales adecuados y puede tener un número diferente de capas. Además, ha de apreciarse que, como alternativa, el componente espectralmente selectivo 700 puede proporcionarse en otra forma. Por ejemplo, el componente espectralmente selectivo 700 puede comprender el revestimiento de arriba 210 que se ha descrito en lo que antecede. Además, el hueco de aire 704 puede sustituirse con la capa 206. Además, la capa de emisión baja 704 como alternativa puede colocarse en otra superficie, tal como una superficie del panel 204.
A pesar de que la invención se ha descrito con referencia a ejemplos particulares, los expertos en la materia apreciarán que la invención puede realizarse en muchas otras formas.
Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (38)

REIVINDICACIONES
1. Un panel espectralmente selectivo que comprende: una primera porción de panel que es por lo menos en parte transmisiva para una luz que tiene una longitud de onda en el intervalo de longitudes de onda visibles; y un primer componente reflectante que se dispone para reflejar la luz incidente dentro de una banda de longitud de onda infrarroja (IR) y dentro de una banda de longitud de onda ultravioleta (UV) a la vez que es transmisivo en gran medida para por lo menos la mayoría de la luz que tiene una longitud de onda dentro de la banda de longitud de onda visible, proporcionándose el primer componente reflectante en la forma de un espejo de borde de múltiples pilas que comprende unas capas de materiales dieléctricos que se disponen de tal modo que, dentro de un intervalo de longitudes de onda de aproximadamente 600 nm a aproximadamente 800 nm, el factor de transmisión disminuye de por lo menos un 80 % a menos de un 5 %.
2. El panel espectralmente selectivo de la reivindicación 1 en el que el primer componente reflectante se dispone de tal modo que, dentro de un intervalo de longitudes de onda de aproximadamente 380 nm a aproximadamente 420 nm, el factor de transmisión aumenta de menos de un 10 % a más de un 60 %.
3. El panel espectralmente selectivo de la reivindicación 1 o 2 en el que el primer componente reflectante se dispone de tal modo que, dentro de un intervalo de longitudes de onda de aproximadamente 380 nm a aproximadamente 420 nm, el factor de transmisión aumenta de menos de un 5 % a más de un 80 %.
4. El panel espectralmente selectivo de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que el primer componente reflectante se dispone para reflejar más de un 90 % de la radiación incidente en un intervalo de longitudes de onda de aproximadamente 300 nm a aproximadamente 410 nm.
5. El panel espectralmente selectivo de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que el panel espectralmente selectivo se dispone de tal modo que por lo menos una porción de una energía asociada con la luz incidente a partir de una dirección transversal del panel espectralmente selectivo se refleja por el primer componente reflectante y se dirige posteriormente a lo largo del panel hacia una porción lateral del panel.
6. El panel espectralmente selectivo de la reivindicación 5 que comprende por lo menos una célula fotovoltaica que está colocada en una porción lateral del panel espectralmente selectivo para recibir una porción de la luz que se dirige hacia esa porción lateral por el panel espectralmente selectivo.
7. El panel espectralmente selectivo de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que el primer componente reflectante es un revestimiento de interferencia óptica.
8. El panel espectralmente selectivo de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que la primera porción de panel se proporciona en la forma de una porción de panel de vidrio.
9. El componente espectralmente selectivo de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 en el que la primera porción de panel se forma a partir de un material polimérico.
10. El panel espectralmente selectivo de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que el panel espectralmente selectivo comprende, o se proporciona en la forma de, un cristal de ventana.
11. El panel espectralmente selectivo de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que la primera porción de panel comprende dos o más porciones de panel de componente que se acoplan entre si.
12. El panel espectralmente selectivo de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores que comprende un material luminiscente que se dispone para absorber por lo menos una porción de luz incidente y / o reflejada que tiene una longitud de onda en la banda de longitud de onda de IR y emitir luz por luminiscencia.
13. El panel espectralmente selectivo de la reivindicación 12 en el que el material luminiscente comprende unos luminóforos visiblemente transparentes que se disponen para la absorción de la luz IR.
14. El panel espectralmente selectivo de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores que también comprende un material de dispersión que se dispone para aumentar la dispersión de la luz incidente.
15. El panel espectralmente selectivo de la reivindicación 14 en el que el material de dispersión comprende unas partículas de dimensiones micro- o nanométricas.
16. El componente espectralmente selectivo de las reivindicaciones 14 o 15 en el que, durante el uso, la dispersión de la luz se consigue de forma que sustancialmente no haya pérdidas (no absorbente) dentro del intervalo de longitudes de onda de IR y / o visibles y en el que el material de dispersión comprende óxidos de tierras raras.
17. El componente espectralmente selectivo de una cualquiera de las reivindicaciones 14 a 16 que comprende un material luminiscente y en el que la primera porción de panel comprende porciones de panel de componente y el material de dispersión está intercalado entre las porciones de panel de componente adyacentes que están colocadas en una relación cara a cara y en el que el material de dispersión también comprende por lo menos una porción del material luminiscente y funciona como un adhesivo que acopla las porciones de panel de componente entre sí en una relación cara a cara.
18. El panel espectralmente selectivo de una cualquiera de las reivindicaciones 14 a 17 en el que el material de dispersión comprende por lo menos uno de un elemento difractivo, una máscara de fase y rejilla de fase óptica que dan como resultado una dispersión o deflexión direccional de la luz incidente y / o reflejada.
19. El panel espectralmente selectivo de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores que comprende una capa de arriba sobre la que la luz es incidente antes de la transmisión a través de la primera porción de panel del panel espectralmente selectivo y en el que la capa de arriba es una estructura con múltiples capas que es transmisiva en gran medida para la luz visible y que se dispone para reflejar la luz IR que se emite por el material luminiscente.
20. El panel espectralmente selectivo de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores que comprende un segundo componente reflectante que se dispone para reflejar por lo menos una porción de la radiación que tiene una longitud de onda en un intervalo de longitudes de onda de IR.
21. El panel espectralmente selectivo de la reivindicación 20 en el que el segundo componente reflectante se dispone para reflejar la mayoría de la radiación que tiene una longitud de onda en el intervalo de 1500 nm a 20000 nm.
22. El componente espectralmente selectivo de la reivindicación 20 o 21 en el que el segundo componente reflectante se dispone de tal modo que la transmisión de la radiación se reduce por debajo de un 10 % de la radiación incidente para por lo menos la mayoría de la radiación que tiene unas longitudes de onda dentro del intervalo de 1600 nm a 10000 nm.
23. El componente espectralmente selectivo de una cualquiera de las reivindicaciones 20 a 22 en el que el segundo componente reflectante se proporciona en la forma de una película que se fija a, o se deposita sobre, la primera porción de panel.
24. El componente espectralmente selectivo de una cualquiera de las reivindicaciones 20 a 23 en el que el segundo componente reflectante se dispone de tal modo que por lo menos una porción de la energía asociada con la radiación de IR térmica se refleja y se permite que por lo menos una porción de la luz solar incidente dentro de una banda de longitud de onda de IR se transmita a través del segundo componente reflectante.
25. El componente espectralmente selectivo de una cualquiera de las reivindicaciones 20 a 24 en el que el componente espectralmente selectivo se dispone de tal modo que el primer componente reflectante está orientado hacia un espacio interior y el segundo componente reflectante se encuentra en una posición que está separada del espacio interior y el primer componente reflectante.
26. El componente espectralmente selectivo de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que el componente espectralmente selectivo se dispone para reflejar la transmisión de más de un 90 % de la radiación incidente dentro de un intervalo de longitudes de onda de aproximadamente 300 nm a aproximadamente 410 nm.
27. El componente espectralmente selectivo de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que el componente espectralmente selectivo se dispone para reflejar la transmisión de más de un 96 % de la radiación incidente en una longitud de onda un intervalo de longitudes de onda de aproximadamente 300 a aproximadamente 410 nm.
28. Un panel espectralmente selectivo que comprende: una primera porción de panel que es por lo menos en parte transmisiva para una luz que tiene una longitud de onda en el intervalo de longitudes de onda visibles; y un primer componente reflectante que se dispone para reflejar la luz incidente dentro de una banda de longitud de onda infrarroja (IR) y dentro de una banda de longitud de onda ultravioleta (UV) a la vez que es transmisivo en gran medida para por lo menos la mayoría de la luz que tiene una longitud de onda dentro de la banda de longitud de onda visible, proporcionándose el primer componente reflectante en la forma de un espejo de borde de múltiples pilas que comprende unas capas de materiales dieléctricos que se disponen para reflejar más de un 90 % de la radiación incidente en un intervalo de longitudes de onda de aproximadamente 300 nm a aproximadamente 420 nm.
29. Un panel espectralmente selectivo que comprende: una primera porción de panel que es por lo menos en parte transmisiva para una luz que tiene una longitud de onda en el intervalo de longitudes de onda visibles; y un primer componente reflectante que se dispone para reflejar la luz incidente dentro de una banda de longitud de onda infrarroja (IR) y dentro de una banda de longitud de onda ultravioleta (UV) a la vez que es transmisivo en gran medida para por lo menos la mayoría de la luz que tiene una longitud de onda dentro de la banda de longitud de onda visible, proporcionándose el primer componente reflectante en la forma de un espejo de borde de múltiples pilas que comprende unas capas de materiales dieléctricos que se disponen de tal modo que, dentro de un intervalo de longitudes de onda de aproximadamente 380 nm a aproximadamente 420 nm, el factor de transmisión aumenta de menos de un 10 % a más de un 60 %.
30. El componente espectralmente selectivo de la reivindicación 27 en el que el primer componente reflectante se dispone de tal modo que, dentro de un intervalo de longitudes de onda de aproximadamente 380 nm a aproximadamente 420 nm, el factor de transmisión aumenta de menos de un 5 % a más de un 80 %.
31. Un panel espectralmente selectivo que comprende: una primera porción de panel que es por lo menos en parte transmisiva para una luz que tiene una longitud de onda en el intervalo de longitudes de onda visibles; y un primer componente reflectante que se proporciona en la forma de un espejo de borde de múltiples pilas que comprende unas capas de materiales dieléctricos que se disponen para reflejar la luz incidente dentro de una banda de longitud de onda infrarroja (IR) y dentro de una banda de longitud de onda ultravioleta (UV) a la vez que es transmisivo en gran medida para por lo menos la mayoría de la luz que tiene una longitud de onda dentro de la banda de longitud de onda visible, estando el primer componente reflectante dispuesto de tal modo que más de un 80 % de la luz incidente se transmite dentro de un intervalo de longitudes de onda de aproximadamente 400 nm a aproximadamente 680 nm.
32. El componente espectralmente selectivo de la reivindicación 29 en el que el primer componente reflectante se dispone de tal modo que más de un 90 % de la luz incidente se transmite dentro de un intervalo de longitudes de onda de aproximadamente 400 nm a aproximadamente 680 - 750 nm.
33. Un panel espectralmente selectivo que comprende: una primera porción de panel que es por lo menos en parte transmisiva para una luz que tiene una longitud de onda en el intervalo de longitudes de onda visibles; y un primer componente reflectante que se proporciona en la forma de un espejo de borde de múltiples pilas que comprende unas capas de materiales dieléctricos que se disponen para reflejar la luz incidente dentro de una banda de longitud de onda infrarroja (IR) y dentro de una banda de longitud de onda ultravioleta (UV) a la vez que es transmisivo en gran medida para por lo menos la mayoría de la luz que tiene una longitud de onda dentro de la banda de longitud de onda visible, estando el primer componente reflectante dispuesto para reflejar más de un 90 % de la energía solar de la radiación incidente en un intervalo de longitudes de onda de aproximadamente 700 nm a aproximadamente 1700 nm.
34. El componente espectralmente selectivo de la reivindicación 31 en el que el primer componente reflectante se dispone para reflejar más de un 92 % de la energía solar de la radiación incidente en un intervalo de longitudes de onda de aproximadamente 700 nm a aproximadamente 1700 nm.
35. Un panel espectralmente selectivo que comprende: una primera porción de panel que es por lo menos en parte transmisiva para una luz que tiene una longitud de onda en el intervalo de longitudes de onda visibles; y un primer componente reflectante que se dispone para reflejar la luz incidente dentro de una banda de longitud de onda infrarroja (IR) y dentro de una banda de longitud de onda ultravioleta (UV) a la vez que es transmisivo en gran medida para por lo menos la mayoría de la luz que tiene una longitud de onda dentro de la banda de longitud de onda visible, comprendiendo el primer componente reflectante exclusivamente materiales dieléctricos.
36. El panel espectralmente selectivo de una cualquiera de las reivindicaciones 28 a 35 en el que el panel espectralmente selectivo se dispone de tal modo que por lo menos una porción de una energía asociada con la luz incidente a partir de una dirección transversal del panel espectralmente selectivo se refleja por el primer componente reflectante y se dirige posteriormente a lo largo del panel hacia una porción lateral del panel.
37. El panel espectralmente selectivo de la reivindicación 36 que comprende por lo menos una célula fotovoltaica que está colocada en una porción lateral del panel espectralmente selectivo para recibir una porción de la luz que se dirige hacia esa porción lateral por el panel espectralmente selectivo.
38. El panel espectralmente selectivo de una cualquiera de las reivindicaciones 5, 6, 36 o 37 en el que la luz es luz IR.
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