對入射光角度敏感的太陽能采集系統(tǒng)和日光跟隨器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種對入射光角度敏感的太陽能采集系統(tǒng)和日光跟隨器。太陽能采集系統(tǒng)包括：太陽能電板、日光跟隨器，所述日光跟隨器包括角度敏感圖像傳感器，所述角度敏感圖像傳感器包括微透鏡，用于對太陽的光線進(jìn)行折射處理形成垂直入射其圖像傳感器的感光面，從而在其視角范圍內(nèi)跟蹤太陽的運動軌跡，根據(jù)太陽運動軌跡變化調(diào)整所述太陽能電板面向太陽的方向，使太陽光按照直射的角度入射到所述太陽能電板上。本發(fā)明中的太陽能采集系統(tǒng)在安裝時，不必考慮安裝地的經(jīng)/緯度，簡化了技術(shù)應(yīng)用過程，降低了成本。
【專利說明】對入射光角度敏感的太陽能采集系統(tǒng)和日光跟隨器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于太陽能應(yīng)用【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說，涉及一種對入射光角度敏感的太陽能采集系統(tǒng)和日光跟隨器。
【背景技術(shù)】
[0002]能源問題關(guān)系著人類的發(fā)展與未來，是世界范圍內(nèi)的重大問題。長期以來，無論是工業(yè)領(lǐng)域還是民用領(lǐng)域，不可再生的化石能源如煤炭和石油一直是能源的主要原材料，尤其是目前的電能來源方面，主要是利用煤炭來進(jìn)行發(fā)電產(chǎn)生電能。然而，由于過度的開采和使用，據(jù)不完全統(tǒng)計，化石能源將在50年內(nèi)的近未來面臨著完全的枯竭。
[0003]為此，可代替上述化石能源的可再生能源，日益被重視起來。例如風(fēng)能發(fā)電、潮汐發(fā)電，尤其是太陽能發(fā)電成為了人類可持續(xù)發(fā)展藍(lán)圖中一項不可獲取的關(guān)鍵技術(shù)。
[0004]相比較化石能源，可再生能源具有可以持續(xù)利用、有利環(huán)境保護(hù)等優(yōu)點。但是，由于其主要依賴于自然環(huán)境，比如風(fēng)能完全依賴于風(fēng)速和風(fēng)向，太能依賴于陽光的強度和入射角度等。再加上掣肘于目前開發(fā)可再生能源的技術(shù)手段，開發(fā)可再生的能源往往存在效率低下、開發(fā)成本高等不足之處。因此，如何利用現(xiàn)有的科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，回饋能源事業(yè)，使得可再生能源的利用效率大幅提高，是具有重大意義的一項工程。
[0005]以下以開發(fā)太陽能為例，比如目前常用太陽能來發(fā)電。在利用太陽能發(fā)電的過程中，太陽能電板是核心部件，其用于收集太陽光線并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電能。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)中，太陽能電板具有通常具有固定式和活動式兩種類型，其主要區(qū)別在于是否使用日光跟隨器使其在使用過程中改變位置。固定式太陽能面板根據(jù)其所在的經(jīng)緯度位置，在安裝時就確定其面向天空的朝向，在使用過程中，其位置不發(fā)生任何改變；而活動式太陽能電板使用日光跟隨器，在使用過程中不斷改變其朝向，使太陽光直射。由于可不斷改變朝向，調(diào)整自身位置，效率較高，活動式太陽能電板日益受青睞。
[0007]活動式太陽能電板中的日光跟隨器可以分為兩大類，定日鏡Heliostat與太陽能跟蹤器Solar Tracker。前者的負(fù)載通常為平面鏡面，光路徑指向太陽能面板或太陽能發(fā)熱器；后者的負(fù)載為太陽能電板，光路徑指向電板的法線方向。
[0008]太陽能跟蹤器Solar Tracker又可分為兩大類，單軸型(Single-Axis)和雙軸型(Dual-Axis)的。單軸型Solar Tracker只具有一個旋轉(zhuǎn)軸的自由度,而雙軸型SolarTracker具有兩個旋轉(zhuǎn)軸的自由度。前者的實現(xiàn)技術(shù)和安裝成本相對較低，較為普遍；后者的實現(xiàn)技術(shù)和成本較高，應(yīng)用較少。一般認(rèn)為，高緯度地區(qū)的太陽能面板不易使用太陽能跟蹤器Solar Tracker,而低諱度地區(qū)的太陽能面板可以使用太陽能跟蹤器Solar Tracker。
[0009]但是，無論是上述哪一類太陽跟蹤器，其在安裝的時候，必須考慮安裝地的經(jīng)/緯度信息，調(diào)整太陽能跟蹤器Solar Tracker,實現(xiàn)對日光直射方向的跟隨，盡可能延長其負(fù)載的太陽能面板進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的時間，使得技術(shù)的應(yīng)用過程繁瑣，成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0010]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種入射光角度敏感的太陽能采集系統(tǒng)和日光跟隨器，用以在安裝太陽跟蹤器的時候必須考慮安裝地的經(jīng)/緯度信息導(dǎo)致的技術(shù)的應(yīng)用過程繁瑣，成本較高等技術(shù)問題。
[0011]為了部分或全部克服、部分或全部解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種對入射光角度敏感的太陽能采集系統(tǒng)，其包括:太陽能電板、日光跟隨器，所述日光跟隨器包括角度敏感圖像傳感器，所述角度敏感圖像傳感器包括微透鏡，用于對太陽的光線進(jìn)行折射處理形成垂直入射其圖像傳感器的感光面，從而在其視角范圍內(nèi)跟蹤太陽的運動軌跡，根據(jù)太陽運動軌跡變化調(diào)整所述太陽能電板面向太陽的方向，使太陽光按照直射的角度入射到所述太陽能電板上。
[0012]為了部分或全部克服、部分或全部解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種對入射光角度敏感的日光跟隨器，所述日光跟隨器包括角度敏感圖像傳感器，用于在其視角范圍內(nèi)跟蹤太陽的運動軌跡，根據(jù)太陽運動軌跡變化調(diào)整所述太陽能電板面向太陽的方向，使太陽光按照直射的角度入射到所述太陽能電板上。
[0013]與現(xiàn)有的方案相比，本發(fā)明中，通過角度敏感圖像傳感器中各像素對應(yīng)GRIN微透鏡敏感入射光角度的配置，對太陽的光線進(jìn)行折射處理形成垂直入射其圖像傳感器的感光面，從而完全可以跟蹤到太陽的運動軌跡。根據(jù)太陽的運動軌跡來調(diào)整太陽能電板的位置，使陽光盡量按照直射的角度，照射到太陽能電板上。因此，在安裝時，不必考慮安裝地的經(jīng)/緯度信息，簡化了技術(shù)應(yīng)用過程，降低了成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1、圖2分別為太陽直射與地球南北回歸線之間的關(guān)系示意圖之一和之二 ；
[0015]圖3為普通玻璃對光線的折射示意圖；
[0016]圖4為普通微透鏡對光線的折射示意圖；
[0017]圖5、圖6分別為GRIN微透鏡對光線的折射不意圖一和圖二 ；
[0018]圖7為本發(fā)明實施例一角度敏感圖像傳感器中像素陣列線性陣列平面示意圖；
[0019]圖8為本發(fā)明實施例一角度敏感圖像傳感器中像素陣列線性陣列L線性排列展開首丨J視圖;
[0020]圖9為本發(fā)明實施例一中像素陣列的列像素R線性排列展開剖視圖；
[0021]圖10為本發(fā)明實施例一角度敏感圖像傳感器中像素陣列線性陣列L線性排列展開平面圖；
[0022]圖11為本發(fā)明實施例一角度敏感圖像傳感器中像素陣列線性陣列R線性排列展開平面圖；
[0023]圖12為本發(fā)明實施例二角度敏感圖像傳感器中像素模塊A的平面示意圖；
[0024]圖13為像素模塊A中像素值與角度之間的映射關(guān)系示意圖；
[0025]圖14為本發(fā)明實施例二中角度敏感圖像傳感器中像素模塊B’的平面示意圖；
[0026]圖15為像素模塊B’中像素值與角度之間的映射關(guān)系示意圖；
[0027]圖16為本發(fā)明實施例二角度敏感圖像傳感器中像素模塊C’的平面示意圖；
[0028]圖17為像素模塊C’中像素值與角度之間的映射關(guān)系示意圖；
[0029]圖18為本發(fā)明實施例二角度敏感圖像傳感器中像素模塊D的平面示意圖；[0030]圖19為像素模塊D中像素值與角度之間的映射關(guān)系示意圖；
[0031]圖20、圖21分別為本發(fā)明實施例二角度敏感圖像傳感器的像素陣列一示意圖、另
一示意圖；
[0032]圖22、圖23分別為現(xiàn)有技術(shù)中配置單軸型日光跟隨器的太陽能采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖和動作示意圖；
[0033]圖24、圖25分別為本發(fā)明實施例三中配置單軸型日光跟隨器的太陽能采集系統(tǒng)的立體不意圖和頂視不意圖；
[0034]圖26為本發(fā)明實施例中配置單軸型日光跟隨器的太陽能采集系統(tǒng)的動作示意圖；
[0035]圖27為現(xiàn)有技術(shù)中配置雙軸型日光跟隨器的太陽能采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖28、29分別為現(xiàn)有技術(shù)中配置雙軸型日光跟隨器的太陽能采集系統(tǒng)的動作示意圖之一和之二；
[0037]圖30、圖31分別為本 發(fā)明實施例四配置雙軸型日光跟隨器的太陽能采集系統(tǒng)的立體意圖和頂視 意圖；
[0038]圖32、33分別為本發(fā)明實施例四配置雙軸型日光跟隨器的太陽能采集系統(tǒng)的動作示意圖之一和之二。
【具體實施方式】
[0039]以下將配合圖式及實施例來詳細(xì)說明本發(fā)明的實施方式，藉此對本發(fā)明如何應(yīng)用技術(shù)手段來解決技術(shù)問題并達(dá)成技術(shù)功效的實現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實施。
[0040]本發(fā)明下述實施例的主要思想:
[0041]本發(fā)明下述實施例提供了一種太陽能采集系統(tǒng)，其特征在于，包括 ?太陽能電板、日光跟隨器，所述日光跟隨器包括角度敏感圖像傳感器，所述角度敏感圖像傳感器包括微透鏡，用于對太陽的光線進(jìn)行折射處理形成垂直入射其圖像傳感器的感光面，從而在其視角范圍內(nèi)跟蹤太陽的運動軌跡，根據(jù)太陽運動軌跡變化調(diào)整所述太陽能電板面向太陽的方向，使太陽光按照直射的角度入射到所述太陽能電板上。
[0042]本發(fā)明主要思想帶來的技術(shù)效果:
[0043]太陽直射在北半球表面直射的最高緯度為北緯23° 26’，太陽直射在南半球表面直射的最高緯度為南緯23° 26’。太陽直射在東半球表面直射的最高經(jīng)度為東經(jīng)160°，太陽直射在西半球表面直射的最高經(jīng)度為東經(jīng)20°。由此可看出，太陽的運動軌跡經(jīng)緯度變化范圍在160°至23° 26’之間，因此，采用本發(fā)明下述實施例中包括角度敏感圖像傳感器的日光跟隨器，通過對角度敏感圖像傳感器中各像素對應(yīng)GRIN微透鏡敏感入射光角度的配置，使折射后的入射光垂直入射到圖像傳感器的感光面上，從而完全可以跟蹤到太陽的運動軌跡。根據(jù)太陽的運動軌跡來調(diào)整太陽能電板的位置，使陽光盡量按照直射的角度，照射到太陽能電板上。
[0044]本發(fā)明下述實施例中，為了使日光跟隨器能夠跟蹤到太陽的運動軌跡，其角度敏感圖像傳感器優(yōu)選用梯度折射率(Gradient refractive index,GRIN)制成，由于梯度折射率材料與敏感的角度是一一對應(yīng)設(shè)置的，因此，在設(shè)置角度敏感圖像傳感器的單個像素時，每個由梯度折射率材料制成的微透鏡對其敏感角度的入射光進(jìn)行折射處理，使折射處理后的入射光平行于傳感器中微透鏡的的法線。角度敏感圖像傳感器上有若干個像素點，不同像素又設(shè)置具有不同敏感角度的微透鏡，因此，角度敏感圖像傳感器總體上可以實現(xiàn)日光跟隨器對太陽運動軌跡的大范圍跟蹤。
[0045]圖1為太陽直射與地球南北回歸線之間的關(guān)系示意圖之一；圖2為太陽直射與地球南北回歸線之間的關(guān)系示意圖之二。地球表面某一給定位置和太陽之間的相對運動可以看作是地球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)兩種運動的合成。此給定位置的太陽運動軌跡在一天內(nèi)的路徑主要有地球自轉(zhuǎn)形成，此給定位置的太陽運動軌跡在一年內(nèi)的相對變化主要由于地球公轉(zhuǎn)形成。因此，如圖1所示，太陽直射在北半球表面直射的最高緯度為北緯23° 26’，如圖2所示，太陽直射在南半球表面直射的最高緯度為南緯23° 26’。
[0046]為了清楚的本發(fā)明進(jìn)行說明，首先舉例說明不同材質(zhì)制成的微透鏡對光線折射的示意圖。
[0047]圖3為普通玻璃對光線的折射示意圖；如圖3所示，光線以入射角a入射NormalGlass，然后以另一角度出射，無法垂直射向傳感器的感光面。
[0048]圖4為普通微透鏡對光線的折射示意圖；如圖4所示，光線以入射角a入射NormalMicro-lens，然后以平行于光軸的光線出射，平行于光軸的光線在出射時形成匯聚。
[0049]圖5為GRIN微透鏡對光線的折射示意圖一；假如GRIN微透鏡的敏感角度為a，如圖5所示，光線以入射角a入射一高度為d的GRIN Micro-1ens后，由于折射率沿高度方向漸變，光線發(fā)生彎折后以0°出射，即折射處理后形成平行于光軸的光線。在本發(fā)明實施例中，即折射后的光線垂直射向傳感器的感光表面。
[0050]圖6為GRIN微透鏡對光線的折射示意圖二 ；如圖假如GRIN微透鏡的敏感角度為
a,當(dāng)光線以入射角b入射一高度為d的GRIN Micro-lens，光線經(jīng)彎折后以一定角度出射，不能形成平行于光軸的光線。
[0051]因此，綜合圖5和圖6可見，敏感角度為a的GRIN微透鏡可將并只將敏感角度方向入射的光線彎折成平行于光軸的光線出射，垂直射向角度敏感圖像傳感器的感光面。
[0052]圖7為本發(fā)明實施例一角度敏感圖像傳感器中像素陣列線性陣列平面示意圖；如圖7所示，沿著列的方向依次為左向微透鏡層對應(yīng)的列像素L、右向微透鏡層對應(yīng)的列像素R, LRLR-..排列形成像素陣列。
[0053]圖8為本發(fā)明實施例一角度敏感圖像傳感器中像素陣列線性陣列L線性排列展開剖視圖，圖9為本發(fā)明實施例一中像素陣列的列像素R線性排列展開剖視圖，為了便于說明，在不影響對本發(fā)明上述主要技術(shù)思想說明的情況下，圖8和圖9中略去基底、感光單元、金屬層等結(jié)構(gòu)，只示意出了微透鏡813。詳細(xì)如下所述。
[0054]如圖8所示，列像素L線性排列中，通過微透鏡813梯度折射率材料敏感角度的有針對性選擇，對應(yīng)將各像素敏感的光線方向設(shè)置為左上方射入，從左到右的方向，微透鏡813對入射光的敏感角度最大為a，最小為0，即與法線F平行。每個微透鏡813將其敏感的入射光折射處理，形成垂直入射感光二極管感光面的入射光。
[0055]如圖9所示，列像素R線性排列中，通過微透鏡813梯度折射率材料敏感角度的有針對性選擇，對應(yīng)將各像素敏感的光線方向設(shè)置為右上方射入，從右到左的方向，微透鏡813對入射光的敏感角度最大為a，最小為0，即與法線F平行。每個微透鏡813將其敏感的入射光折射處理，形成垂直入射感光二極管感光面的入射光。
[0056]圖10為本發(fā)明實施例一角度敏感圖像傳感器中像素陣列線性陣列L線性排列展開平面圖，圖11為本發(fā)明實施例一角度敏感圖像傳感器中像素陣列線性陣列R線性排列展開平面圖。以每列包括11個像素為例進(jìn)行說明。
[0057]由于根據(jù)對入射光的敏感角度，有針對性的選擇了微透鏡，因此，對于每個像素來說，其敏感角度與Pixel地址存在--映射關(guān)系，angle=f (index Pixel)。
[0058]如圖10所示，假如最大敏感角度a對應(yīng)的像素值為p0，而最小角對應(yīng)為p0、p1、P2……plO依次排列，如圖10所示，假設(shè)用一個二進(jìn)制表示像素值。類似地，如圖11所示，pl0、pll、pl2……p20依次排列，其中由于都是按照與法線夾角為O,因此plO在圖10和圖11中共用。綜上，p0、pl、p2……p20共有21個像素，從而形成一個21位碼，根據(jù)該21位碼即可確定進(jìn)入微透鏡的入射光線在光軸平面的一維角度信息。推而廣之，線性展開的圖像像素陣列包含多少對L、R，即能輸出多少個角度信息，亦即其分辨率大小。
[0059]在上述圖7-圖11的實施例中，在設(shè)置像素的微透鏡敏感角度時，是以入射光在光軸平面內(nèi)與微透鏡法線之間進(jìn)行定義的，因此，所獲得的角度為一維角度信息，通過若干個一維角度信息，實現(xiàn)太陽運動軌跡的跟蹤。
[0060]梯度折射率材質(zhì)制成的微透鏡可以單獨配置敏感的入射光，換言之，某一微透鏡只對其敏感的入射光進(jìn)行折射處理，形成垂直入射感光二極管感光表面的光線。如果要確定獲得入射光在三維空間中的實際入射角度，則需要單獨設(shè)置入射光在三維空間中的敏感角度分量。具體地，可以根據(jù)在垂直于所述微透鏡的法線的平面內(nèi)入射光的投影與所述所述微透鏡的法線的投影之間的夾角、在平行于所述微透鏡的法線的平面內(nèi)入射光的投影與所述所述微透鏡的法線的投影之間的夾角，分別設(shè)定所述微透鏡層在三維空間中的第一敏感入射角度分量和 第二敏感入射角度分量。因此，在下述上述例中，第一敏感入射角度分量在平面圖中只能看見表示其向量的帶箭頭線段的長短；第二敏感入射角度分量只能看見其方向變化。
[0061]在下述示例中，第一敏感角入射度分量表示在垂直于所述微透鏡的法線的平面內(nèi)，入射光的投影與所述所述微透鏡的法線的投影之間的夾角，第一敏感角入射度分量從0°變化到a°。由于第一敏感角入射度分量表示在垂直于所述微透鏡的法線的平面內(nèi)，入射光與所述所述微透鏡的法線的投影之間的夾角，因此，a°的范圍為0° -90°。由于第二敏感入射角度分量表示在平行于所述微透鏡的法線的平面內(nèi)，入射光的投影與所述所述微透鏡的法線的投影之間的夾角，因此，其范圍為0°~360°。
[0062]假如像素陣列中微透鏡的第一敏感入射角度分量范圍為0°~a°、-a°~0°，微透鏡的第二敏感入射角度分量范圍為0°~90°、90°~180°、180°~270°、270°~360°，由此形成的組合有兩組，按照具有相同所述第一敏感入射角度分量、不同所述第二敏感入射角度分量，對所述像素陣列包括的多個微透鏡層進(jìn)行分組結(jié)果如下:
[0063](I)第一組:第一敏感入射角度分量范圍為0°~a°，第二敏感入射角度分量范圍為 O。~90°、90。~180。,180° ~270。,270° ~360。；
[0064](2)第二組:第一敏感入射角度分量范圍為_a°~0°，微透鏡的第二敏感入射角度分量范圍為 O。~90°、90。~180。,180° ~270。,270° ~360。。
[0065]下述實施例中將分別以像素模塊A、B、C、D進(jìn)行示例性說明:
[0066](I)像素模塊A:第一敏感入射角度分量范圍為_a°~0°、第二敏感入射角度分量范圍為0°~90° ;[0067](2)像素模塊B’:第一敏感入射角度分量范圍為0°?a°、第二敏感入射角度分量范圍為90°?180° ；
[0068](3)像素模塊C’:第一敏感入射角度分量范圍為0°?a°、第二敏感入射角度分量范圍為180°?270° ；
[0069](4)像素模塊D:第一敏感入射角度分量范圍為_a°?0°、第二敏感入射角度分量范圍為270°?360°。
[0070]圖12為本發(fā)明實施例二角度敏感圖像傳感器中像素模塊A的平面示意圖；如圖12所示，此圖像像素陣列以2D面陣的形式展開，S卩:第一敏感入射角度分量F(X)范圍為-a°?0°、第二敏感入射角度分量G(Y)范圍為0°?90°，X表示水平方向上像素的輸出值，Y表示垂直方向上像素的輸出值，F(xiàn)(X)、G (Y)分別表示水平方向上像素的輸出值X、垂直方向上像素的輸出值Y與角度之間的映射關(guān)系。圖13為像素模塊A中像素值與角度之間的映射關(guān)系示意圖，如圖13所示，相互垂直的兩個軸向分別映射兩組敏感角分量的角度變化。
[0071]像素模塊A鏡像處理得到第一敏感入射角度分量F(X)范圍為0°?a°、第二敏感入射角度分量G(Y)范圍為0°?90°的像素模塊A’，像素模塊A’與A共享第二敏感入射角度分量G (Y)，詳細(xì)不再贅述。
[0072]圖14為本發(fā)明實施例二中角度敏感圖像傳感器中像素模塊B’的平面示意圖；如圖14所示，此圖像像素陣列以2D面陣的形式展開，S卩:第一敏感入射角度分量F (X)范圍為0°?a°、第二敏感入射角度分量G(Y)范圍為90°?180°，X表示水平方向上像素的輸出值，Y表示垂直方向上像素的輸出值，F(xiàn)(X)、G(Y)分別表示水平方向上像素的輸出值X、垂直方向上像素的輸出值Y與角度之間的映射關(guān)系。圖15為像素模塊B’中像素值與角度之間的映射關(guān)系示意圖，如圖15所示,相互垂直的兩個軸向分別映射兩組敏感角分量的角度變化。
[0073]像素模塊B’鏡像處理得到第一敏感入射角度分量F(X)范圍為0°?a°、第二敏感入射角度分量G(Y)范圍為90°?180°的像素模塊B，像素模塊B’與B共享第二敏感入射角度分量G (Y)，詳細(xì)不再贅述。
[0074]圖16為本發(fā)明實施例二角度敏感圖像傳感器中像素模塊C’的平面示意圖；如圖16所示，此圖像像素陣列以2D面陣的形式展開，即:第一敏感入射角度分量F(X)范圍為0°?a°、第二敏感入射角度分量G(Y)范圍為180°?270°，X表示水平方向上像素的輸出值，Y表示垂直方向上像素的輸出值，F(xiàn)(X)、G(Y)分別表示水平方向上像素的輸出值X、垂直方向上像素的輸出值Y與角度之間的映射關(guān)系。圖17為像素模塊C’中像素值與角度之間的映射關(guān)系示意圖，如圖17所示，相互垂直的兩個軸向分別映射兩組敏感角分量的角度變化。
[0075]像素模塊C’成鏡像處理，得到第一敏感入射角度分量F(X)范圍為_a°?0°、第二敏感入射角度分量G(Y)范圍為180°?270°的像素模塊C，像素模塊C’與C共享第二敏感入射角度分量G (Y)，詳細(xì)不再贅述。
[0076]圖18為本發(fā)明實施例二角度敏感圖像傳感器中像素模塊D的平面示意圖；如圖18所示，此圖像像素陣列以2D面陣的形式展開，S卩:第一敏感入射角度分量F(X)范圍為0°?a°、第二敏感入射角度分量G(Y)范圍為270°?360°，X表示水平方向上像素的輸出值，Y表示垂直方向上像素的輸出值，F(xiàn)(X)、G(Y)分別表示水平方向上像素的輸出值X、垂直方向上像素的輸出值Y與角度之間的映射關(guān)系。圖19為像素模塊D中像素值與角度之間的映射關(guān)系示意圖，如圖19所示，相互垂直的兩個軸向分別映射兩組敏感角分量的角度變化。
[0077]像素模塊D鏡像處理，得到第一敏感入射角度分量F(X)范圍為0°?a°、第二敏感入射角度分量G(Y)范圍為270°?360°的像素模塊D’，像素模塊D’與D共享第二敏感入射角度分量G (Y)，詳細(xì)不再贅述。
[0078]圖20為本發(fā)明實施例二角度敏感圖像傳感器的像素陣列一示意圖；如圖20所示，將第一敏感入射角度分量范圍為0°?a°的像素模塊A’、像素模塊B’、像素模塊C’、像素模塊D’作為一列，將第一敏感入射角度分量范圍為_a°?0°的像素模塊A、像素模塊B、像素模塊C、像素模塊D作為另外一列，按照列的方向進(jìn)行交替排列。
[0079]參見上述像素模塊么、8、(:、0、4’、8’、(:’、0’的說明，由于每個像素模塊可以記錄兩個角度分量即第一敏感入射角度分量和第二敏感入射角度分量，因此，基于這兩個角度分量可以得到三維空間中入射光的實際角度。
[0080]圖21為本發(fā)明實施例二角度敏感圖像傳感器的像素陣列另一示意圖；如圖21所示，按照第二敏感入射角度分量范圍依次為0°?90°、90°?180°、180°?270°、270°?360°順時針方向排布像素模塊A’、像素模塊B’、像素模塊C’、像素模塊D’最為一組，以及按照第二敏感入射角度分量范圍依次為0°?90°、90°?180°、180°?270°、270°?360°順時針方向排布像素模塊A、像素模塊B、像素模塊C、像素模塊D作為另外一組，按照BAYER模式進(jìn)行交替排列。
[0081]圖22為現(xiàn)有技術(shù)中配置單軸型日光跟隨器的太陽能采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；如圖22所示，在柱形的支撐臂701的頂端同時裝配有太陽能電板702和支撐臂日光跟隨器(圖中未示出)，通過轉(zhuǎn)動軸703與太陽能電板702的負(fù)載平面相連接，在裝配時轉(zhuǎn)動軸703的軸心線必須與地球的經(jīng)線平行。
[0082]圖23為現(xiàn)有技術(shù)中配置單軸型日光跟隨器的太陽能采集系統(tǒng)的動作示意圖，隨轉(zhuǎn)動軸704的旋轉(zhuǎn)角a改變太陽能電板702的法線方向。
[0083]圖24為本發(fā)明實施例三中配置單軸型日光跟隨器的太陽能采集系統(tǒng)的立體示意圖；如圖24所示，在支撐臂901上設(shè)置一支撐架902，該支撐架902用于上安裝有一負(fù)載面，該負(fù)載面上裝載有太陽能電板903，通過轉(zhuǎn)動軸904的旋轉(zhuǎn)改變太陽能電板903的位置，轉(zhuǎn)動軸904的軸心線與地球的經(jīng)線平行。
[0084]圖25為本發(fā)明實施例三中配置單軸型日光跟隨器的太陽能采集系統(tǒng)的頂視示意圖，如圖25所示，但其負(fù)載面中線的兩側(cè)各有一個角度敏感的ID圖像傳感器905，該角度敏感的ID圖像傳感器905的直線方向垂直于經(jīng)線方向。為了保持負(fù)載板的隨轉(zhuǎn)動軸自由旋轉(zhuǎn)，負(fù)載面中心位置的兩側(cè)進(jìn)行了鏤空。鏤空距離d的大小，影像了負(fù)載平面可負(fù)載的太陽能電池的表面積?？s小距離d的大小，可以提高光電轉(zhuǎn)換效率。此種跟隨器由于只具有一個轉(zhuǎn)動軸904，為提高其發(fā)電效率，在安裝時應(yīng)使其旋轉(zhuǎn)軸904線與地球經(jīng)線平行即可。
[0085]圖26為本發(fā)明實施例中配置單軸型日光跟隨器的太陽能采集系統(tǒng)的動作示意圖，隨轉(zhuǎn)動軸904的旋轉(zhuǎn)角a改變太陽能電板903的法線方向。
[0086]圖27為現(xiàn)有技術(shù)中配置雙軸型日光跟隨器的太陽能采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；如圖27所示，在柱形的支撐臂1201的頂端同時裝配有太陽能電板1202和日光跟隨器(圖中未示出)，通過兩個轉(zhuǎn)動軸1203與太陽能電板1202的負(fù)載平面相連接，在裝配時一個轉(zhuǎn)動軸1203的軸心線與地球的經(jīng)線平行，另外一個轉(zhuǎn)動軸1203的軸心線與地球的緯線平行。
[0087]圖28為現(xiàn)有技術(shù)中配置雙軸型日光跟隨器的太陽能采集系統(tǒng)的動作示意圖之一；圖29為現(xiàn)有技術(shù)中配置雙軸型日光跟隨器的太陽能采集系統(tǒng)的動作示意圖之二 ；負(fù)載平面的法線方向即太陽能電板1202由旋轉(zhuǎn)角a和b共同決定。
[0088]圖30為本發(fā)明實施例四配置雙軸型日光跟隨器的太陽能采集系統(tǒng)的立體示意圖；如圖30所示，在柱形的支撐臂1501上設(shè)置有支撐架1502，支撐架1502上裝載有負(fù)載平面，負(fù)載平面上裝配有四個太陽能電板1503，相鄰兩個太陽能電板1503設(shè)置有角度敏感的2D圖像傳感器(圖30中未示出)。
[0089]圖31為本發(fā)明實施例四配置雙軸型日光跟隨器的太陽能采集系統(tǒng)的頂視示意圖；如圖31所示，負(fù)載面中心位置的兩側(cè)進(jìn)行了鏤空，鏤空距離d，用于安裝角度敏感的2D圖像傳感器1504，經(jīng)線和緯線方向的角度敏感的2D圖像傳感器1504跟蹤太陽的運動軌跡，驅(qū)動轉(zhuǎn)動軸1505調(diào)整太陽能電板1503面向太陽的位置。
[0090]圖32為本發(fā)明實施例四配置雙軸型日光跟隨器的太陽能采集系統(tǒng)的動作示意圖之一，圖33為本發(fā)明實施例四配置雙軸型日光跟隨器的太陽能采集系統(tǒng)的動作示意圖之二，驅(qū)動轉(zhuǎn)動軸1505分別調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)角P和旋轉(zhuǎn)角q的變化，調(diào)整太陽能電板1503面向太陽的位置。
[0091]在上述實施例中，對于單軸來說，日光跟隨器具有一個與地球的經(jīng)線平行的轉(zhuǎn)動軸，而對于雙軸來說，所述日光跟隨器還具有一個與地球的緯線平行的轉(zhuǎn)動軸。
[0092]上述說明示出并描述了本發(fā)明的若干優(yōu)選實施例，但如前所述，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明并非局限于本文所披露的形式，不應(yīng)看作是對其他實施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環(huán)境，并能夠在本文所述發(fā)明構(gòu)想范圍內(nèi)，通過上述教導(dǎo)或相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)或知識進(jìn)行改動。而本領(lǐng)域人員所進(jìn)行的改動和變化不脫離本發(fā)明的精神和范圍，則都應(yīng)在本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種對入射光角度敏感的太陽能采集系統(tǒng)，其特征在于，包括:太陽能電板、日光跟隨器，所述日光跟隨器包括角度敏感圖像傳感器，所述角度敏感圖像傳感器包括微透鏡，用于對太陽的光線進(jìn)行折射處理形成垂直入射其圖像傳感器的感光面，從而在其視角范圍內(nèi)跟蹤太陽的運動軌跡，根據(jù)太陽運動軌跡變化調(diào)整所述太陽能電板面向太陽的方向，使太陽光按照直射的角度入射到所述太陽能電板上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述角度敏感圖像傳感器由梯度折射率材料制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述日光跟隨器為配置有一個旋轉(zhuǎn)軸的單軸型，或者配置有兩個旋轉(zhuǎn)軸的雙軸型。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述日光跟隨器具有一個與地球的經(jīng)線平行的轉(zhuǎn)動軸，和/或所述日光跟隨器具有一個與地球的緯線平行的轉(zhuǎn)動軸。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，根據(jù)所述轉(zhuǎn)動軸的轉(zhuǎn)動，調(diào)整所述太陽能電板面向太陽的方向，使太陽光按照直射的角度入射到所述太陽能電板上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述角度敏感圖像傳感器包括捕獲入射光在光軸平面內(nèi)與所述微透鏡的法線之間角度的一維角度敏感像素單元，或者所述角度敏感圖像傳感器包括捕獲入射光在平行于成像面的平面和垂直與成像面的平面內(nèi)與與所述微透鏡的法線之間角度的三維角度敏感像素單元。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述日光跟隨器與所述太陽能電板為一對一或者一對多的關(guān)系。
8.—種對入射光角度敏感的日光跟隨器，其特征在于，所述日光跟隨器包括角度敏感圖像傳感器，用于在其視角范圍內(nèi)跟蹤太陽的運動軌跡，根據(jù)太陽運動軌跡變化調(diào)整所述太陽能電板面向太陽的方向，使太陽光按照直射的角度入射到所述太陽能電板上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的日光跟隨器，其特征在于，所述角度敏感圖像傳感器由梯度折射率材料制成。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的日光跟隨器，其特征在于，所述角度敏感圖像傳感器包括捕獲入射光在光軸平面內(nèi)與微透鏡法線之間角度的一維角度敏感像素單元，或者所述角度敏感圖像傳感器包括捕獲入射光在平行于成像面的平面和垂直于成像面內(nèi)與微透鏡法線之間角度的三維角度敏感像素單元。
【文檔編號】H02S20/32GK103970148SQ201410142600
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年4月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月29日
【發(fā)明者】陳嘉胤 申請人:上海集成電路研發(fā)中心有限公司