本发明涉及太阳能采集控制领域，尤其是一种聚焦式太阳追踪控制系统、方法及热水制备系统。
背景技术：
太阳能是一种低密度、间歇性、空间分布不断变化的能源，这就对太阳能的收集和利用提出了更高的要求，尽管相继研究出一系列的太阳能装置如太阳能热水器、太阳能干燥器、太阳能电池等等，但太阳能的利用还远远不够，究其原因，主要是利用率不高，就目前的太阳能装置而言，如何最大限度的提高太阳能的利用率，仍为国内外学者的研究热点。但是太阳每时每刻都是在运动着，集热装置若想收集更多方向上的太阳光，那就必须要跟踪太阳；理论分析表明：太阳的跟踪与非跟踪，能量的接收率相差百分之30至40，精确的跟踪太阳可使接收器的接收效率大大提高，进而提高了太阳能装置的太阳能利用率，拓宽了太阳能的利用领域。
技术实现要素：
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种聚焦式太阳追踪控制系统及方法，通过对聚光镜组的精确控制，在太阳从日出到日落在不间断改变位置时，聚光镜组实施对位旋转，本发明配置科学先进，机械构件结构合理，控制系统性能可靠，控制精确，实用性强。
为了实现上述目的，第一方面，本发明提供的一种聚焦式太阳追踪控制系统，包括数据采集模块、总控制器、聚光镜组控制器、聚光镜组驱动单元和聚光镜组；
所述数据采集模块实时采集太阳位置信息，并将所述太阳位置信息传输给总控制器；
所述总控制器接收来自于所述数据采集模块的太阳位置信息，根据所述太阳位置信息发出控制指令；
所述聚光镜组控制器接收所述控制指令，根据所述控制指令控制所述聚光镜组驱动单元工作进而调整聚光镜组的位置。
作为本申请一种优选的实施方式，所述调整聚光镜组的位置实现跟踪并吸收太阳光包括：
所述聚光镜组驱动单元接收聚光镜组控制器的控制信号；
所述聚光镜组驱动单元根据所述控制信号通过脉冲的方式触发聚光镜组在x轴和y轴方向上运动，并记录运动轨迹；
所述聚光镜组驱动单元验证聚光镜组在x轴和y轴方向上的运动轨迹，若x轴和y轴方向上的运动轨迹存在偏差，则校正太阳位置信息，进而调整聚光镜组的位置。
作为本申请一种优选的实施方式，所述聚焦式太阳追踪控制系统还包括plc控制器；
所述plc控制器接收所述数据采集模块的太阳位置信息，并将所述的太阳位置信息反馈给用户。
作为本申请一种优选的实施方式，所述聚光镜组驱动单元包括回转减速器、直流电机和编码器；所述直流电机的动力输出轴与回转减速器的动力输入轴传动连接，回转减速器的动力输出轴与所述聚光镜组的支架转动轴传动连接，所述编码器与所述支架传动连接；所述编码器与所述聚光镜组控制器电性连接。
作为本申请一种优选的实施方式，所述聚光镜组控制器还包括：
接收用户的手动调节指令，并根据所述手动调节指令控制所述聚光镜组驱动单元工作。
作为本申请一种优选的实施方式，所述跟踪并吸收太阳光包括逐日追踪和/或约束逐日追踪。
作为本申请一种优选的实施方式，所述聚焦式太阳追踪控制系统还包括温度控制模块，所述温度控制模块完成高温报警和低温复位。
作为本申请一种优选的实施方式，所述温度控制模块包括高温报警单元和低温复位单元；
所述高温报警单元检测聚光镜组的温度参数，若所述温度参数高于预设值，则驱动所述聚光镜组在y轴方向上运动，以及发出报警提示；
所述低温复位单元在报警解除之后将驱动聚光镜组在y轴方向的运动实施低温复位。
第二方面，本发明提供的一种聚焦式太阳追踪方法，所述聚焦式太阳追踪方法适用于所述的聚焦式太阳追踪控制系统，所述聚焦式太阳追踪方法包括如下步骤：
所述数据采集模块实时采集太阳位置信息，并将所述太阳位置信息传输给总控制器；
所述总控制器接收来自于所述数据采集模块的太阳位置信息，根据所述太阳位置信息发出控制指令；
所述聚光镜组控制器接收所述控制指令，根据所述控制指令控制所述聚光镜组驱动单元工作进而调整聚光镜组的位置。
第三方面，本发明提供的一种热水制备系统，包括集热器、聚焦式太阳追踪控制系统和水泵，所述聚焦式太阳追踪控制系统如一种聚焦式太阳追踪控制系统所述；
所述聚焦式太阳追踪控制系统包括数据采集模块、总控制器、聚光镜组控制器、聚光镜组驱动单元和聚光镜组；所述集热器与水泵通过管路进行连接；所述聚光镜组安装于聚光镜组的支架上，所述集热器设置在聚光镜组的出光口，所述水泵安装于温热水制备系统的安装平台上；
所述数据采集模块实时采集太阳位置信息，并将所述太阳位置信息传输给总控制器；所述总控制器接收来自于所述数据采集模块的太阳位置信息，根据所述太阳位置信息发出控制指令；所述聚光镜组控制器接收所述控制指令，根据所述控制指令控制所述聚光镜组驱动单元工作进而调整聚光镜组的位置。
本发明的有益效果是：本发明提供一种聚焦式太阳追踪控制系统及方法，通过对聚光镜组的精确控制，在太阳从日出到日落在不间断改变位置时，聚光镜组实施对位旋转，提高了太阳光的接收效率，本发明配置科学先进，机械构件结构合理，控制系统性能可靠，控制精确，实用性强。
附图说明
图1为本发明聚焦式太阳追踪控制系统第一实施例的框图；
图2为本发明聚焦式太阳追踪控制系统第一实施例的电路图；
图3为本发明聚焦式太阳追踪方法第一实施例的流程图；
图4为本发明热水制备系统第一实施例的示意图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路，软件或方法。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。
聚焦式太阳追踪控制系统第一实施例：
如图1示出了聚焦式太阳追踪控制系统，包括数据采集模块、总控制器、聚光镜组控制器、聚光镜组驱动单元和聚光镜组；所述数据采集模块实时采集太阳位置信息，并将所述太阳位置信息传输给总控制器；所述总控制器接收来自于所述数据采集模块的太阳位置信息，根据所述太阳位置信息发出控制指令；所述聚光镜组控制器接收所述控制指令，根据所述控制指令控制所述聚光镜组驱动单元工作进而调整聚光镜组的位置，实现跟踪并吸收太阳光。
如图2示出了所述数据采集模块的信号输出端与总控制器的信号输入端相连，所述总控制器与所述聚光镜组控制器电性连接，所述聚光镜组控制器的信号输出端与所述聚光镜组驱动单元的信号输入端相连，所述聚光镜组驱动单元与聚光镜组相连；本发明通过对聚光镜组的精确控制，在太阳从日出到日落在不间断改变位置时，提高了太阳光的接收效率，聚光镜组实施对位旋转，配置科学先进，机械构件结构合理，控制系统性能可靠，控制精确，实用性强。
本实施例中，所述数据采集模块包括太阳位置传感器；所述太阳位置传感器实时采集太阳位置信息，并将所述太阳位置信息传输给总控制器。本实施例中，所述聚焦式太阳追踪控制系统还包括plc控制器；所述plc控制器接收所述数据采集模块的太阳位置信息，并将所述的太阳位置信息反馈给用户。
具体的，所述太阳位置传感器是一种是对检测太阳位置的一类传感器的统称，所述传感器包括但不限于光电传感器、霍尔传感器等一种或多种传感器。此外所述数据采集模块，还可以包括在其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采集数据，在此不做限定。通过利用plc控制器将太阳位置信息反馈给用户，能够方便用户远程查看系统的工作状态。
本实施例中，所述调整聚光镜组的位置实现跟踪并吸收太阳光包括：所述聚光镜组驱动单元接收聚光镜组控制器的控制信号；所述聚光镜组驱动单元根据所述控制信号通过脉冲的方式触发聚光镜组在x轴和y轴方向上运动，并记录运动轨迹；所述聚光镜组驱动单元验证聚光镜组在x轴和y轴方向上的运动轨迹，若x轴和y轴方向上的运动轨迹存在偏差，则校正太阳位置信息，进而调整聚光镜组的位置。
具体的，所述整聚光镜组可以包括多种透镜，所述透镜可以包括但不限于凹透镜、凸透镜、平面镜、反射镜、折射镜、平凹透镜和平凸透镜；通过透镜或者透镜组，能够将实现对太阳光的收集。通过聚光镜组驱动单元能够保证聚光镜组跟随与太阳保的移动在x轴和y轴方向上同步进行运动，保证了太阳能采集的效率。
本实施例中，所述聚光镜组驱动单元包括回转减速器、直流电机和编码器；所述直流电机的动力输出轴与回转减速器的动力输入轴传动连接，回转减速器的动力输出轴与所述聚光镜组的支架转动轴传动连接，所述编码器与所述支架传动连接；所述编码器与所述聚光镜组控制器电性连接。
具体的，通过采用所述回转减速器、直流电机和编码器节约了生产经营的成本，结构简单布局合理，编码器与所述聚光镜组控制器连接，直流电机接收聚光镜组控制器控制，从而在总控制器的控制下实现聚焦式太阳追踪控制系统主动跟踪并吸收太阳光。
本实施例中，所述聚光镜组控制器还包括：接收用户的手动调节指令，并根据所述手动调节指令控制所述聚光镜组驱动单元工作。
具体的，所述聚焦式太阳追踪控制系统的所有聚光镜组驱动单元通过接收聚光镜组控制器的控制指令，给聚光镜组的镜场中所有聚光镜组下达指令，并进行逐日追踪或者约束逐日追踪，或者通过获取用户手动调节指令，对聚光镜组进行手动控制。本实施例中，所述逐日追踪是指根据太阳从早到晚的运动轨迹进行同步追踪并接收太阳光，所述约束逐日追踪是可以根据用户自定义的额外追踪条件进行约束逐日追踪，例如在18点到8点聚光镜组控制器控制聚光镜组保持在x轴和y轴的位置不变，在8点后回复逐日追踪；需要进行说明的是，除了本申请所列举的约束条件以外，其余尚未列举的约束条件也应是本方案的一种或多种实施方式。
本实施例中，所述聚焦式太阳追踪控制系统还包括温度控制模块。
具体的，所述温度控制模块包括但不限于高精铂热电阻，所述铂热电阻的阻值是随着温度的变化而变化的，其优点在于灵敏度高，使用寿命长，可机械化大批量生产，效率高，价格便宜。需要进行说明的是，所述高精铂热电阻只是本方案中所列举的一种实施方式，在符合本方案的使用条件下也可以用另外的温度检测器件或装置进行替代在此就不一一进行列举。
本实施例中，所述温度控制模块包括高温报警单元和低温复位单元；所述高温报警单元检测聚光镜组的温度参数，若所述温度参数高于预设值，则驱动所述聚光镜组在y轴方向上运动，以及发出报警提示；所述低温复位单元在报警解除之后将驱动聚光镜组在y轴方向的运动实施低温复位。
具体的，所述聚焦式太阳追踪控制系统采集的太阳能能够应用在供暖系统和供热水系统，完成对市民热水和供暖的供应，通过设置高温预警和低温复位能够进一步保证系统的正常工作，延长其使用寿命。此外，还可以通过设置触摸屏对数据的显示和接收用户操作实现手动控制的目的，让系统更具有一个安全人性化的运行模式。
本实施例中，所述聚焦式太阳追踪控制系统还设置有断电保护模块，所述断电保护模块包括但不限于断电保护器，聚焦式太阳追踪控制系统以及其关联的系统中所存在的高温油泵和水泵都是交流供电系统提供的电源，所以在停电时对聚焦式太阳追踪控制系统的各个组成部分进行安全的保护，让热量逃离各个器件和周边的物体是非常有必要的。
聚焦式太阳追踪方法第一实施例：
如图3示出了聚焦式太阳追踪方法，所述聚焦式太阳追踪方法适用于所述的聚焦式太阳追踪控制系统，所述聚焦式太阳追踪方法包括如下步骤：
s1，数据采集模块实时采集太阳位置信息，并将所述太阳位置信息传输给总控制器。
具体的，所述数据采集模块包括太阳位置传感器；所述太阳位置传感器实时采集太阳位置信息，并将所述太阳位置信息传输给总控制器。
s2，总控制器接收来自于所述数据采集模块的太阳位置信息，根据所述太阳位置信息发出控制指令。
s3，plc控制器接收所述数据采集模块的太阳位置信息，并将所述的太阳位置信息反馈给用户。
具体的，所述数据采集模块还可以包括在其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采集数据，在此不做限定。通过利用plc控制器将太阳位置信息反馈给用户，能够方便用户远程查看系统的工作状态。
s4，聚光镜组控制器接收所述控制指令，根据所述控制指令控制所述聚光镜组驱动单元工作进而调整聚光镜组的位置，实现跟踪并吸收太阳光。
具体的，所述聚光镜组驱动单元接收聚光镜组控制器的控制信号；所述聚光镜组驱动单元根据所述控制信号通过脉冲的方式触发聚光镜组在x轴和y轴方向上运动，并记录运动轨迹；所述聚光镜组驱动单元验证聚光镜组在x轴和y轴方向上的运动轨迹，若x轴和y轴方向上的运动轨迹存在偏差，则校正太阳位置信息，进而调整聚光镜组的位置。所述聚光镜组驱动单元包括回转减速器、直流电机和编码器；所述直流电机的动力输出轴与回转减速器的动力输入轴传动连接，回转减速器的动力输出轴与所述聚光镜组的支架转动轴传动连接，所述编码器与所述支架传动连接；所述编码器与所述聚光镜组控制器电性连接。
s5，温度控制模块完成高温报警和低温复位；
具体的，所述高温报警单元检测聚光镜组的温度参数，若所述温度参数高于预设值，则驱动所述聚光镜组在y轴方向上运动，以及发出报警提示；所述低温复位单元在报警解除之后将驱动聚光镜组在y轴方向的运动实施低温复位。
需要进行说明的，本实施例中未提到的聚焦式太阳追踪控制系统的各个组成以及连接方式，与聚焦式太阳追踪控制系统的第一实施例中所记载的基本类似，在此不再赘述。
热水制备系统第一实施例：
如图4示出了热水制备系统，所述热水制备系统包括集热器8、聚焦式太阳追踪控制系统和水泵6；所述集热器8与水泵6通过管路9进行连接；所述聚焦式太阳追踪控制系统包括数据采集模块、总控制器、聚光镜组控制器、聚光镜组驱动单元、聚光镜组2、plc控制器和温度控制模块。
本实施例中，所述聚光镜组2安装于一聚光镜组的支架3上，所述集热器8设置在聚光镜组2的出光口，所述水泵6安装于温热水制备系统的安装平台上7。所述数据采集模块实时采集太阳位置信息，并将所述太阳位置信息传输给总控制器；所述总控制器接收来自于所述数据采集模块的太阳位置信息，根据所述太阳位置信息发出控制指令；所述聚光镜组控制器接收所述控制指令，根据所述控制指令控制所述聚光镜组驱动单元工作进而调整聚光镜组2的位置，实现跟踪并利用集热器8吸收太阳光。
本实施例中，所述温热水制备系统的主要工作方式如下：通过主控制器和聚光镜组控制器对所述聚光镜组2的控制，保证其随时跟踪太阳的实时位置，并将太阳光线通过反射或者折射的方式将光线打到集热器8上，所述水泵6能够将冷水水箱的冷水通过管路9输送至集热器8上，所述集热器8将太阳的光能转化为热能并对冷水进行加热，然后将其存储于一热水水箱中直至热水水箱的水位达到预设值。此时，可以再通过一循环水泵将热水水箱中的热水再次输送至集热器8上并利用所述集热器8对热水进行加热，直至热水水箱中的水温达到预设值后停止加热。再将加热完成后的热水通过热水管路将其输送到用户的家里提供热水或者并入供暖系统实施供暖。
本实施例中，所述数据采集模块的信号输出端与总控制器的信号输入端相连，所述总控制器与所述聚光镜组控制器电性连接，所述聚光镜组控制器的信号输出端与所述聚光镜组驱动单元的信号输入端相连，所述聚光镜组驱动单元与聚光镜组2相连；本发明通过对聚光镜组2的精确控制，在太阳从日出到日落在不间断改变位置时，提高了太阳光的接收效率，聚光镜组2实施对位旋转，配置科学先进，机械构件结构合理，控制系统性能可靠，控制精确，实用性强。
本实施例中，所述数据采集模块包括太阳位置传感器1；所述太阳位置传感器1实时采集太阳位置信息，并将所述太阳位置信息传输给总控制器。本实施例中，所述聚焦式太阳追踪控制系统还包括plc控制器；所述plc控制器接收所述数据采集模块的太阳位置信息，并将所述的太阳位置信息反馈给用户。
本实施例中，所述太阳位置传感器1是一种是对检测太阳位置的一类传感器的统称，所述传感器包括但不限于光电传感器、霍尔传感器等一种或多种传感器。此外所述数据采集模块，还可以包括在其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采集数据，在此不做限定。通过利用plc控制器将太阳位置信息反馈给用户，能够方便用户远程查看系统的工作状态。
本实施例中，所述调整聚光镜组2的位置实现跟踪并吸收太阳光包括：所述聚光镜组驱动单元接收聚光镜组控制器的控制信号；所述聚光镜组驱动单元根据所述控制信号通过脉冲的方式触发聚光镜组在x轴和y轴方向上运动，并记录运动轨迹；所述聚光镜组驱动单元验证聚光镜组在x轴和y轴方向上的运动轨迹，若x轴和y轴方向上的运动轨迹存在偏差，则校正太阳位置信息，进而调整聚光镜组2的位置。
具体的，所述整聚光镜组2可以包括多种透镜，所述透镜可以包括但不限于凹透镜、凸透镜、平面镜、反射镜、折射镜、平凹透镜和平凸透镜；通过透镜或者透镜组，能够将实现对太阳光的收集。通过聚光镜组驱动单元能够保证聚光镜组2跟随与太阳保的移动在x轴和y轴方向上同步进行运动，保证了太阳能采集的效率。
本实施例中，所述聚光镜组驱动单元包括回转减速器4、直流电机5和编码器；所述直流电机5的动力输出轴与回转减速器4的动力输入轴传动连接，回转减速器4的动力输出轴与所述聚光镜组的支架3转动轴传动连接，所述编码器与所述支架传动连接；所述编码器与所述聚光镜组控制器电性连接。
具体的，通过采用所述回转减速器4、直流电机5和编码器节约了生产经营的成本，结构简单布局合理，编码器与所述聚光镜组控制器连接，直流电机5接收聚光镜组控制器控制，从而在总控制器的控制下实现聚焦式太阳追踪控制系统主动跟踪并吸收太阳光。
本实施例中，所述聚光镜组控制器还包括：接收用户的手动调节指令，并根据所述手动调节指令控制所述聚光镜组驱动单元工作。
具体的，所述聚焦式太阳追踪控制系统的所有聚光镜组驱动单元通过接收聚光镜组控制器的控制指令，给镜场中所有聚光镜组2下达指令，并进行逐日追踪或者约束逐日追踪，或者通过获取用户手动调节指令，对聚光镜组2进行手动控制。本实施例中，所述逐日追踪是指根据太阳从早到晚的运动轨迹进行同步追踪并接收太阳光，所述约束逐日追踪是可以根据用户自定义的额外追踪条件进行约束逐日追踪，例如在18点到8点聚光镜组控制器控制聚光镜组2保持在x轴和y轴的位置不变，在8点后回复逐日追踪；需要进行说明的是，除了本申请所列举的约束条件以外，其余尚未列举的约束条件也应是本方案的一种或多种实施方式。
具体的，所述温度控制模块包括但不限于高精铂热电阻，所述铂热电阻的阻值是随着温度的变化而变化的，其优点在于灵敏度高，使用寿命长，可机械化大批量生产，效率高，价格便宜。需要进行说明的是，所述高精铂热电阻只是本方案中所列举的一种实施方式，在符合本方案的使用条件下也可以用另外的温度检测器件或装置进行替代在此就不一一进行列举。
本实施例中，所述温度控制模块包括高温报警单元和低温复位单元；所述高温报警单元检测聚光镜组2的温度参数，若所述温度参数高于预设值，则驱动所述聚光镜组2在y轴方向上运动，以及发出报警提示；所述低温复位单元在报警解除之后将驱动聚光镜组2在y轴方向的运动实施低温复位。
具体的，所述聚焦式太阳追踪控制系统采集的太阳能能够应用在供暖系统和供热水系统，完成对市民热水和供暖的供应，通过设置高温预警和低温复位能够进一步保证系统的正常工作，延长其使用寿命。此外，还可以通过设置触摸屏对数据的显示和接收用户操作实现手动控制的目的，让系统更具有一个安全人性化的运行模式。
本实施例中，所述聚焦式太阳追踪控制系统还设置有断电保护模块，所述断电保护模块包括但不限于断电保护器，聚焦式太阳追踪控制系统以及其关联的系统中所存在的高温油泵和水泵6都是交流供电系统提供的电源，所以在停电时对聚焦式太阳追踪控制系统的各个组成部分进行安全的保护，让热量逃离各个器件和周边的物体是非常有必要的。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。