【技术实现步骤摘要】
一种太阳能采暖系统
[0001]本专利技术涉及太阳能采暖
，尤其涉及一种太阳能采暖系统。
技术介绍
[0002]随着社会对环保和可再生能源需求的增加，太阳能作为清洁、无污染的能源，越来越受到重视，太阳能采暖系统作为太阳能利用的一种重要方式，特别是在住宅供热和区域供热方面，由于气候变化和环保的压力，绿色、可持续的供热解决方案越来越受到社会各界的关注，在这种背景下，需要的太阳能采暖系统不仅需要有效解决传统系统的不足，还要使其适用于住宅和小型至中型社区的集中供热。
[0003]传统的太阳能采暖系统一般包括太阳能集热器、热量存储装置和热量分配系统，太阳能集热器主要用于收集太阳能并转化为热能，热量存储装置用于储存收集到的热能，而热量分配系统则根据需要将热能分配给各个需要加热的设备。
[0004]然而，这些传统的太阳能采暖系统存在几个主要的问题，首先，传统的太阳能集热器通常只能有效地收集特定波段的太阳光，对于全光谱的太阳光的利用效率较低，其次，传统的热量存储装置一般采用水或其他液体作为储热介质，这种储热方式的热量损失较大，不利于长时间的热量储存，最后，传统的热量分配系统往往缺乏足够的灵活性和智能性，无法根据环境条件和用户需求的变化进行实时的热量调控。
[0005]鉴于上述问题，提出了一种新的太阳能采暖系统，其采用全光谱光热转换元件来提高太阳能的收集效率，采用复合相变材料作为热量存储介质以减少热量损失，同时引入基于机器学习的自适应热量调控算法和双轴自动追踪系统，提高了系统的智能性和使用舒适度。>
技术实现思路
[0006]基于上述目的，本专利技术提供了一种太阳能采暖系统。
[0007]一种太阳能采暖系统，该系统包括多维度自动追踪的太阳能收集器、热量储存器、热量分配器、智能控制单元；所述多维度自动追踪的太阳能收集器内含全光谱光热转换元件，所述全光谱光热转换元件采用新型纳米材料，与传统收集器相比；所述太阳能收集器配置有双轴自动追踪系统，用于使收集器始终能对准太阳，最大化地利用太阳能；所述热量储存器采用复合相变材料作为储热介质；所述热量分配器基于自适应的热量调控算法，用于根据环境温度变化进行实时调整，根据用户的生活习惯预测需求，个性化进行温度控制，提高舒适度；所述智能控制单元基于深度学习，可自我学习并优化整个系统的工作状态。
[0008]进一步的，所述全光谱光热转换元件具有光热转换特性，具体包括：纳米吸光层：纳米吸光层采用新型纳米材料，该材料具有强大的光吸收能力和广
泛的光谱响应，用于吸收太阳光中的可见光、红外光、紫外光，对太阳光进行全光谱的吸收和转换；自适应结构：该结构用于根据入射光的光强和光谱自动调整材料的吸光特性，使全光谱光热转换元件在不同的环境条件下保持高效的光热转化效率；热稳定层：用于保证全光谱光热转换元件在高温环境下的稳定性，该热稳定层可抵御高温，保证元件在高温下仍保持光电性能；纳米反射层：用于提高光热转换效率，该反射层能反射未被吸收的太阳光回到纳米吸光层，对太阳光进行二次吸收，提高了光热转换效率。
[0009]进一步的，所述自适应结构由光强感应微结构和纳米材料组合组成，具体如下：光强感应微结构：在纳米吸光层内，嵌入特殊光强感应微结构，该微结构用于感应到入射光的光强，当光强变化时，微结构会发生相应的形变，改变吸光层的吸光特性；光谱感应纳米材料：该材料附着于纳米吸光层材料，其用于感应入射光的光谱，当光谱变化时，该材料自动调整其能带结构，改变其对不同光谱的吸收特性，以适应不同的光谱条件。
[0010]进一步的，所述纳米吸光层的材料采用二硫化钼（MoS2），所述二硫化钼（MoS2）具有宽阔的吸收光谱，用于吸收从紫外到红外的广泛波长的光；所述纳米吸光层的结构采用纳米颗粒阵列，该纳米颗粒阵列结构用于增加光与材料的相互作用，提高光的路径长度，从而提高吸光效率；所述纳米吸光层基于金属薄膜作为稳定支撑结构；所述热稳定层材料采用为无机材料或陶瓷材料；所述无机材料包括氧化铝，氧化硅或氮化硅，无机材料用于在高温下保持稳定性以及光学性能；所述陶瓷材料包括如氧化锆；所述热稳定层的结构为均匀的薄膜，所述薄膜通过化学沉积方法在全光谱光热转换元件的表面形成：所述纳米反射层材料为银（Ag）和二氧化硅（SiO2）；所述纳米反射层的结构为一个薄膜结构，通过化学的沉积法在全光谱光热转换元件的底部形成，其制备方法如下：准备基材：选择全光谱光热转换元件底部为基材，物理溅射：将选定的材料通过物理溅射的方法沉积在基材上，形成一层纳米厚的膜；刻蚀处理：使用湿化学刻蚀方法在沉积的膜上形成纳米孔等特殊结构，在纳米反射层上再沉积一层二氧化硅（SiO2）材料，以改变反射层的光学特性以保护反射层。
[0011]进一步的，所述热量分配器用于将全光谱光热转换元件收集到的热能，按照需要分配给不同的用热设备，从而进行热能的高效利用，具体包括：热量探测器：用于精确测量全光谱光热转换元件收集到的热能，为热量分配提供准确的依据；热量流控制阀：用于根据热量探测器的测量结果，调整热量的流向和流量，将热能
精确地分配到不同的用热设备；用户界面：通过用户界面设定热量分配的规则，查看当前的热量分配状态，进行热量分配的调整。
[0012]进一步的，所述自适应的热量调控算法用于根据环境温度和用户需求动态调整热量分配，其数据获取渠道具体包括：环境感知模块：环境感知模块使用多种传感器实时获取环境参数，该参数被用于精确计算当前的热量需求；用户行为学习模块：用于根据用户过去的热量使用记录，学习用户的生活习惯；预测和优化模块：用于根据环境感知模块和用户行为学习模块的数据，预测未来的热量需求并优化热量分配；反馈调整模块：算法根据实际的热量使用情况，不断调整预测和优化模块的参数，以提高预测的准确性和优化的效果。
[0013]进一步的，所述自适应热量调控算法采用基于回归模型的预测控制（Model Predictive Control, MPC）算法，首先，通过对历史环境参数和用户热量使用行为数据收集，构建一个预测模型，该模型用于预测在给定的环境和热量分配条件下，未来的热量需求。
[0014]模型公式如下：y(t+1) = f(y(t), u(t), e(t))；其中，y(t)是当前的热量需求，包括暖气的需求、热水器的需求；u(t)是当前的热量分配，包括分配给暖气的热量、分配给热水器的热量；e(t)是当前的环境参数，包括环境温度、湿度；f()是预测模型，基于支持向量机的机器学习方法来学习；进而，需要优化的目标函数为：J(u)=∑[r(t)
‑
y(t+1)]∧
2；其中，r(t)是在时刻t的热量需求预测，目标是最小化预测的热量需求和实际的热量需求之间的差距；在每个时刻t，均通过优化目标函数来计算出最优的热量分配u(t)，通过梯度下降法计算最优的热量分配u(t)：u(t)=u(t)
‑
α
▽
J(u)；其中，α是学习率，
▽
J(u)是目标函数J(u)关于u的梯度。
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种太阳能采暖系统，其特征在于，该系统包括多维度自动追踪的太阳能收集器、热量储存器、热量分配器、智能控制单元；所述多维度自动追踪的太阳能收集器内含全光谱光热转换元件，所述全光谱光热转换元件采用新型纳米材料；所述太阳能收集器配置有双轴自动追踪系统，用于使收集器始终能对准太阳，最大化地利用太阳能；所述热量储存器采用复合相变材料作为储热介质；所述热量分配器基于自适应的热量调控算法，用于根据环境温度变化进行实时调整，根据用户的生活习惯预测需求，个性化进行温度控制，提高舒适度；所述智能控制单元基于深度学习，可自我学习并优化整个系统的工作状态。2.根据权利要求1所述的一种太阳能采暖系统，其特征在于，所述全光谱光热转换元件具有光热转换特性，具体包括：纳米吸光层：纳米吸光层采用新型纳米材料，该材料具有强大的光吸收能力和广泛的光谱响应，用于吸收太阳光中的可见光、红外光、紫外光，对太阳光进行全光谱的吸收和转换；自适应结构：该结构用于根据入射光的光强和光谱自动调整材料的吸光特性，使全光谱光热转换元件在不同的环境条件下保持高效的光热转化效率；热稳定层：用于保证全光谱光热转换元件在高温环境下的稳定性，该热稳定层可抵御高温，保证元件在高温下仍保持光电性能；纳米反射层：用于提高光热转换效率，该反射层能反射未被吸收的太阳光回到纳米吸光层，对太阳光进行二次吸收，提高了光热转换效率。3.根据权利要求2所述的一种太阳能采暖系统，其特征在于，所述自适应结构由光强感应微结构和纳米材料组合组成，具体如下：光强感应微结构：在纳米吸光层内，嵌入特殊光强感应微结构，该微结构用于感应到入射光的光强，当光强变化时，微结构会发生相应的形变，改变吸光层的吸光特性；光谱感应纳米材料：该材料附着于纳米吸光层材料，其用于感应入射光的光谱，当光谱变化时，该材料自动调整其能带结构，改变其对不同光谱的吸收特性，以适应不同的光谱条件。4.根据权利要求3所述的一种太阳能采暖系统，其特征在于；所述纳米吸光层的材料采用二硫化钼，所述二硫化钼具有宽阔的吸收光谱，用于吸收从紫外到红外的广泛波长的光；所述纳米吸光层的结构采用纳米颗粒阵列，该纳米颗粒阵列结构用于增加光与材料的相互作用，提高光的路径长度，从而提高吸光效率；所述纳米吸光层基于金属薄膜作为稳定支撑结构；所述热稳定层材料采用为无机材料或陶瓷材料；所述无机材料包括氧化铝，氧化硅或氮化硅，无机材料用于在高温下保持稳定性以及光学性能；所述陶瓷材料包括如氧化锆；所述热稳定层的结构为均匀的薄膜，所述薄膜通过化学沉积方法在全光谱光热转换元件的表面形成；
所述纳米反射层材料为银和二氧化硅；所述纳米反射层的结构为一个薄膜结构，通过化学的沉积法在全光谱光热转换元件的底部形成，其制备方法如下：准备基材：选择全光谱光热转换元件底部为基材，物理溅射：将选定的材料通过物理溅射的方法沉积在基材上，形成一层纳米厚的膜；刻蚀处理：使用湿化学刻蚀方法在沉积的膜上形成纳米孔等特殊结构，在纳米反射层上再沉积一层二氧化硅材料，以改变反射层的光学特性以保护反射层。5.根据权利要求4所述的一种太阳能采暖系统，其特征在于，所述热量分配器用于将全光谱光热转换元件收集到...
【专利技术属性】
技术研发人员：张振杰，徐伟，张振明，王希京，范云超，
申请(专利权)人：河北三环太阳能有限公司，
类型：发明
国别省市：
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