对入射光角度敏感的太阳能采集系统和日光跟随器.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103970148 A (43)申请公布日 2014.08.06 CN 103970148 A (21)申请号 201410142600.1 (22)申请日 2014.04.10 201410043672.0 2014.01.29 CN G05D 3/12(2006.01) H02S 20/32(2014.01) (71)申请人 上海集成电路研发中心有限公司 地址 201210 上海市浦东新区张江高斯路 497 号 (72)发明人 陈嘉胤 (74)专利代理机构 上海天辰知识产权代理事务 所 ( 特殊普通合伙 ) 31275 代理人 吴世华 林彦之 (54) 发明名称 。

2、对入射光角度敏感的太阳能采集系统和日光 跟随器 (57) 摘要 本发明公开了一种对入射光角度敏感的太阳 能采集系统和日光跟随器。 太阳能采集系统包括 ： 太阳能电板、 日光跟随器， 所述日光跟随器包括角 度敏感图像传感器， 所述角度敏感图像传感器包 括微透镜， 用于对太阳的光线进行折射处理形成 垂直入射其图像传感器的感光面， 从而在其视角 范围内跟踪太阳的运动轨迹， 根据太阳运动轨迹 变化调整所述太阳能电板面向太阳的方向， 使太 阳光按照直射的角度入射到所述太阳能电板上。 本发明中的太阳能采集系统在安装时， 不必考虑 安装地的经 / 纬度， 简化了技术应用过程， 降低了 成本。 (66)本国优。

3、先权数据 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 8 页 附图 11 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书8页 附图11页 (10)申请公布号 CN 103970148 A CN 103970148 A 1/1 页 2 1. 一种对入射光角度敏感的太阳能采集系统， 其特征在于， 包括 ： 太阳能电板、 日光跟 随器， 所述日光跟随器包括角度敏感图像传感器， 所述角度敏感图像传感器包括微透镜， 用 于对太阳的光线进行折射处理形成垂直入射其图像传感器的感光面， 从而在其视角范围内 跟踪太阳的运动轨迹， 根据太阳运动轨迹变化调整所述太阳能。

4、电板面向太阳的方向， 使太 阳光按照直射的角度入射到所述太阳能电板上。 2. 根据权利要求 1 所述的系统， 其特征在于， 所述角度敏感图像传感器由梯度折射率 材料制成。 3. 根据权利要求 1 所述的系统， 其特征在于， 所述日光跟随器为配置有一个旋转轴的 单轴型， 或者配置有两个旋转轴的双轴型。 4. 根据权利要求 1 所述的系统， 其特征在于， 所述日光跟随器具有一个与地球的经线 平行的转动轴， 和 / 或所述日光跟随器具有一个与地球的纬线平行的转动轴。 5. 根据权利要求 4 所述的系统， 其特征在于， 根据所述转动轴的转动， 调整所述太阳能 电板面向太阳的方向， 使太阳光按照直射的角。

5、度入射到所述太阳能电板上。 6. 根据权利要求 1 所述的系统， 其特征在于， 所述角度敏感图像传感器包括捕获入射 光在光轴平面内与所述微透镜的法线之间角度的一维角度敏感像素单元， 或者所述角度敏 感图像传感器包括捕获入射光在平行于成像面的平面和垂直与成像面的平面内与与所述 微透镜的法线之间角度的三维角度敏感像素单元。 7. 根据权利要求 1 所述的系统， 其特征在于， 所述日光跟随器与所述太阳能电板为一 对一或者一对多的关系。 8. 一种对入射光角度敏感的日光跟随器， 其特征在于， 所述日光跟随器包括角度敏感 图像传感器， 用于在其视角范围内跟踪太阳的运动轨迹， 根据太阳运动轨迹变化调整所述。

6、 太阳能电板面向太阳的方向， 使太阳光按照直射的角度入射到所述太阳能电板上。 9. 根据权利要求 8 所述的日光跟随器， 其特征在于， 所述角度敏感图像传感器由梯度 折射率材料制成。 10. 根据权利要求 8 所述的日光跟随器， 其特征在于， 所述角度敏感图像传感器包括捕 获入射光在光轴平面内与微透镜法线之间角度的一维角度敏感像素单元， 或者所述角度敏 感图像传感器包括捕获入射光在平行于成像面的平面和垂直于成像面内与微透镜法线之 间角度的三维角度敏感像素单元。 权 利 要 求 书 CN 103970148 A 2 1/8 页 3 对入射光角度敏感的太阳能采集系统和日光跟随器 技术领域 0001。

7、 本发明属于太阳能应用技术领域， 具体地说， 涉及一种对入射光角度敏感的太阳 能采集系统和日光跟随器。 背景技术 0002 能源问题关系着人类的发展与未来， 是世界范围内的重大问题。 长期以来， 无论是 工业领域还是民用领域， 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 其是目前的电能来源方面， 主要是利用煤炭来进行发电产生电能。 然而， 由于过度的开采和 使用， 据不完全统计， 化石能源将在 50 年内的近未来面临着完全的枯竭。 0003 为此， 可代替上述化石能源的可再生能源， 日益被重视起来。例如风能发电、 潮汐 发电， 尤其是太阳能发电成为了人类可持续发展蓝图中一项不可。

8、获取的关键技术。 0004 相比较化石能源， 可再生能源具有可以持续利用、 有利环境保护等优点。但是， 由 于其主要依赖于自然环境， 比如风能完全依赖于风速和风向， 太能依赖于阳光的强度和入 射角度等。再加上掣肘于目前开发可再生能源的技术手段， 开发可再生的能源往往存在效 率低下、 开发成本高等不足之处。 因此， 如何利用现有的科学技术进步， 回馈能源事业， 使得 可再生能源的利用效率大幅提高， 是具有重大意义的一项工程。 0005 以下以开发太阳能为例， 比如目前常用太阳能来发电。在利用太阳能发电的过程 中， 太阳能电板是核心部件， 其用于收集太阳光线并转换为相应的电能。 0006 现有技术。

9、中， 太阳能电板具有通常具有固定式和活动式两种类型， 其主要区别在 于是否使用日光跟随器使其在使用过程中改变位置。 固定式太阳能面板根据其所在的经纬 度位置， 在安装时就确定其面向天空的朝向， 在使用过程中， 其位置不发生任何改变 ； 而活 动式太阳能电板使用日光跟随器， 在 使用过程中不断改变其朝向， 使太阳光直射。由于可 不断改变朝向， 调整自身位置， 效率较高， 活动式太阳能电板日益受青睐。 0007 活动式太阳能电板中的日光跟随器可以分为两大类， 定日镜 Heliostat 与太阳能 跟踪器Solar Tracker。 前者的负载通常为平面镜面， 光路径指向太阳能面板或太阳能发热 器 。

10、； 后者的负载为太阳能电板， 光路径指向电板的法线方向。 0008 太阳能跟踪器 Solar Tracker 又可分为两大类， 单轴型 （Single-Axis）和双轴 型 （Dual-Axis） 的。单轴型 Solar Tracker 只具有一个旋转轴的自由度， 而双轴型 Solar Tracker 具有两个旋转轴的自由度。前者的实现技术和安装成本相对较低， 较为普遍 ； 后者 的实现技术和成本较高， 应用较少。 一般认为， 高纬度地区的太阳能面板不易使用太阳能跟 踪器 Solar Tracker， 而低纬度地区的太阳能面板可以使用太阳能跟踪器 Solar Tracker。 0009 但是，。

11、 无论是上述哪一类太阳跟踪器， 其在安装的时候， 必须考虑安装地的经 / 纬 度信息， 调整太阳能跟踪器 Solar Tracker， 实现对日光直射方向的跟随， 尽可能延长其负 载的太阳能面板进行光电转换的时间， 使得技术的应用过程繁琐， 成本较高。 发明内容 说 明 书 CN 103970148 A 3 2/8 页 4 0010 本发明所要解决的技术问题是提供一种入射光角度敏感的太阳能采集系统和日 光跟随器， 用以在安装太阳跟踪器的时候必须考虑安装地的经 / 纬度信息导致的技术的应 用过程繁琐， 成本较高等技术问题。 0011 为了部分或全部克服、 部分或全部解决上述技术问题， 本发明提供。

12、了一种对入射 光角度敏感的太阳能采集系统， 其包括 ： 太阳能电板、 日光跟随器， 所述日光跟随器包括角 度敏感图像传感器， 所述角度敏感图像传感器包括微透镜， 用于对太阳的光线进行折射处 理形成垂直入射其图像传感器的感光面， 从而在其视角范围内跟踪太阳的运动轨迹， 根据 太阳运动轨迹变化调整所述太阳能电板面向太阳的方向， 使太阳光按照直射的角度入射到 所述太阳能电板上。 0012 为了部分或全部克服、 部分或全部解决上述技术问题， 本发明提供了一种对入射 光角度敏感的日光跟随器， 所述日光跟随器包括角度敏感图像传感 器， 用于在其视角范围 内跟踪太阳的运动轨迹， 根据太阳运动轨迹变化调整所述。

13、太阳能电板面向太阳的方向， 使 太阳光按照直射的角度入射到所述太阳能电板上。 0013 与现有的方案相比， 本发明中， 通过角度敏感图像传感器中各像素对应 GRIN 微透 镜敏感入射光角度的配置， 对太阳的光线进行折射处理形成垂直入射其图像传感器的感光 面， 从而完全可以跟踪到太阳的运动轨迹。 根据太阳的运动轨迹来调整太阳能电板的位置， 使阳光尽量按照直射的角度， 照射到太阳能电板上。因此， 在安装时， 不必考虑安装地的经 / 纬度信息， 简化了技术应用过程， 降低了成本。 附图说明 0014 图 1、 图 2 分别为太阳直射与地球南北回归线之间的关系示意图之一和之二 ； 0015 图 3 为。

14、普通玻璃对光线的折射示意图 ； 0016 图 4 为普通微透镜对光线的折射示意图 ； 0017 图 5、 图 6 分别为 GRIN 微透镜对光线的折射示意图一和图二 ； 0018 图 7 为本发明实施例一角度敏感图像传感器中像素阵列线性阵列平面示意图 ； 0019 图8为本发明实施例一角度敏感图像传感器中像素阵列线性阵列L线性排列展开 剖视图 ； 0020 图 9 为本发明实施例一中像素阵列的列像素 R 线性排列展开剖视图 ； 0021 图 10 为本发明实施例一角度敏感图像传感器中像素阵列线性阵列 L 线性排列展 开平面图 ； 0022 图 11 为本发明实施例一角度敏感图像传感器中像素阵列。

15、线性阵列 R 线性排列展 开平面图 ； 0023 图 12 为本发明实施例二角度敏感图像传感器中像素模块 A 的平面示意图 ； 0024 图 13 为像素模块 A 中像素值与角度之间的映射关系示意图 ； 0025 图 14 为本发明实施例二中角度敏感图像传感器中像素模块 B 的平面示意图 ； 0026 图 15 为像素模块 B 中像素值与角度之间的映射关系示意图 ； 0027 图 16 为本发明实施例二角度敏感图像传感器中像素模块 C 的平面示意图 ； 0028 图 17 为像素模块 C 中像素值与角度之间的映射关系示意图 ； 0029 图 18 为本发明实施例二角度敏感图像传感器中像素模块 。

16、D 的平面示意图 ； 说 明 书 CN 103970148 A 4 3/8 页 5 0030 图 19 为像素模块 D 中像素值与角度之间的映射关系示意图 ； 0031 图 20、 图 21 分别为本发明实施例二角度敏感图像传感器的像素阵列一示意图、 另 一示意图 ； 0032 图 22、 图 23 分别为现有技术中配置单轴型日光跟随器的太阳能采集系统的结构 示意图和动作示意图 ； 0033 图 24、 图 25 分别为本发明实施例三中配置单轴型日光跟随器的太阳能采集系统 的立体示意图和顶视示意图 ； 0034 图 26 为本发明实施例中配置单轴型日光跟随器的太阳能采集系统的动作示意 图 ； 。

17、0035 图 27 为现有技术中配置双轴型日光跟随器的太阳能采集系统的结构示意图 ； 0036 图 28、 29 分别为现有技术中配置双轴型日光跟随器的太阳能采集系统的动作示 意图之一和之二 ； 0037 图 30、 图 31 分别为本发明实施例四配置双轴型日光跟随器的太阳能采集系统的 立体示意图和顶视示意图 ； 0038 图 32、 33 分别为本发明实施例四配置双轴型日光跟随器的太阳能采集系统的动 作示意图之一和之二。 具体实施方式 0039 以下将配合图式及实施例来详细说明本发明的实施方式， 藉此对本发明如何应用 技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。 00。

18、40 本发明下述实施例的主要思想 ： 0041 本发明下述实施例提供了一种太阳能采集系统， 其特征在于， 包括 ： 太 阳能电板、 日光跟随器， 所述日光跟随器包括角度敏感图像传感器， 所述角度敏感图像传感器包括微 透镜， 用于对太阳的光线进行折射处理形成垂直入射其图像传感器的感光面， 从而在其视 角范围内跟踪太阳的运动轨迹， 根据太阳运动轨迹变化调整所述太阳能电板面向太阳的方 向， 使太阳光按照直射的角度入射到所述太阳能电板上。 0042 本发明主要思想带来的技术效果 ： 0043 太阳直射在北半球表面直射的最高纬度为北纬 23 26 , 太阳直射在南半球表面 直射的最高纬度为南纬 23 2。

19、6 。太阳直射在东半球表面直射的最高经度为东经 160 , 太阳直射在西半球表面直射的最高经度为东经 20。由此可看出， 太阳的运动轨迹经纬度 变化范围在 160至 23 26 之间， 因此， 采用本发明下述实施例中包括角度敏感图像传感 器的日光跟随器， 通过对角度敏感图像传感器中各像素对应 GRIN 微透镜敏感入射光角度 的配置， 使折射后的入射光垂直入射到图像传感器的感光面上， 从而完全可以跟踪到太阳 的运动轨迹。 根据太阳的运动轨迹来调整太阳能电板的位置， 使阳光尽量按照直射的角度， 照射到太阳能电板上。 0044 本发明下述实施例中， 为了使日光跟随器能够跟踪到太阳的运动轨迹， 其角度。

20、敏 感图像传感器优选用梯度折射率(Gradient refractive index， GRIN)制成， 由于梯度折射 率材料与敏感的角度是一一对应设置的， 因此， 在设置角度敏感图像传感器的单个像素时， 每个由梯度折射率材料制成的微透镜对其敏感角度的入射光进行折射处理， 使折射处理后 的入射光平行于传感器中微透镜的的法线。角度敏感图像传感器上有若干个像素点， 不同 说 明 书 CN 103970148 A 5 4/8 页 6 像素又设置具有不同敏感角度的微透镜， 因此， 角度敏感图像传感器总体上可以实现日光 跟随器对太阳运动轨迹的大范围跟踪。 0045 图 1 为太阳直射与地球南北回归线之间。

21、的关系示意图之一 ； 图 2 为太阳直射与地 球南北回归线之间的关系示意图之二。 地球表面某一给定位置和太阳之间的相对运动可以 看作是地球自转和公转两种运动的合成。此给定位置的太阳运动轨迹在一天内的路径主 要有地球自转形成， 此给定位置的太阳运动轨迹在一年内的相对变化主要由于地球公转形 成。因此， 如图 1 所示， 太阳直射在北半球表面直射的最高纬度为北纬 23 26 , 如图 2 所 示， 太阳直射在南半球表面直射的最高纬度为南纬 23 26 。 0046 为了清楚的本发明进行说明， 首先举例说明不同材质制成的微透镜对光线折射的 示意图。 0047 图 3 为普通玻璃对光线的折射示意图 ； 。

22、如图 3 所示， 光线以入射角 a 入射 Normal Glass， 然后以另一角度出射， 无法垂直射向传感器的感光面。 0048 图4为普通微透镜对光线的折射示意图 ； 如图4所示， 光线以入射角a入射Normal Micro-lens， 然后以平行于光轴的光线出射， 平行于光轴的光线在出射时形成汇聚。 0049 图 5 为 GRIN 微透镜对光线的折射示意图一 ； 假如 GRIN 微透镜的敏感角度为 a， 如 图 5 所示， 光线以入射角 a 入射一高度为 d 的 GRIN Micro-lens 后， 由于折射率沿高度方向 渐变， 光线发生弯折后以 0出射， 即折射处理后形成平行于光轴的光。

23、线。在本发明实施例 中， 即折射后的光线垂直射向传感器的感光表面。 0050 图 6 为 GRIN 微透镜对光线的折射示意图二 ； 如图假如 GRIN 微透镜的敏感角度为 a， 当光线以入射角 b 入射一高度为 d 的 GRIN Micro-lens， 光线经弯折后以一定角度出射， 不能形成平行于光轴的光线。 0051 因此， 综合图 5 和图 6 可见， 敏感角度为 a 的 GRIN 微透镜可将并只将敏感角度方 向入射的光线弯折成平行于光轴的光线出射， 垂直射向角度敏感图像传感器的感光面。 0052 图 7 为本发明实施例一角度敏感图像传感器中像素阵列线性阵列平面示意图 ； 如 图 7 所示。

24、， 沿着列的方向依次为左向微透镜层对应的列像素 L、 右向微透镜层对应的列像素 R， LRLR 排列形成像素阵列。 0053 图8为本发明实施例一角度敏感图像传感器中像素阵列线性阵列L线性排列展开 剖视图， 图 9 为本发明实施例一中像素阵列的列像素 R 线性排列展开剖视图， 为了便于说 明， 在不影响对本发明上述主要技术思想说明的情况下， 图8和图9中略去基底、 感光单元、 金属层等结构， 只示意出了微透镜 813。详细如下所述。 0054 如图 8 所示， 列像素 L 线性排列中， 通过微透镜 813 梯度折射率材料敏感角度的 有针对性选择， 对应将各像素敏感的光线方向设置为左上方射入， 。

25、从左到右的方向， 微透镜 813 对入射光的敏感角度最大为 a， 最小为 0， 即与法线 F 平行。每个微透镜 813 将其敏感的 入射光折射处理， 形成垂直入射感 光二极管感光面的入射光。 0055 如图 9 所示， 列像素 R 线性排列中， 通过微透镜 813 梯度折射率材料敏感角度的 有针对性选择， 对应将各像素敏感的光线方向设置为右上方射入， 从右到左的方向， 微透镜 813 对入射光的敏感角度最大为 a， 最小为 0， 即与法线 F 平行。每个微透镜 813 将其敏感的 入射光折射处理， 形成垂直入射感光二极管感光面的入射光。 0056 图 10 为本发明实施例一角度敏感图像传感器中。

26、像素阵列线性阵列 L 线性排列展 说 明 书 CN 103970148 A 6 5/8 页 7 开平面图， 图11为本发明实施例一角度敏感图像传感器中像素阵列线性阵列R线性排列展 开平面图。以每列包括 11 个像素为例进行说明。 0057 由于根据对入射光的敏感角度， 有针对性的选择了微透镜， 因此， 对于每个像素来 说， 其敏感角度与 Pixel 地址存在一一映射关系， angle=f（index Pixel） 。 0058 如图 10 所示， 假如最大敏感角度 a 对应的像素值为 p0， 而最小角对应为 p0、 p1、 p2p10 依次排列， 如图 10 所示， 假设用一个二进制表示像素值。

27、。类似地， 如图 11 所示， p10、 p11、 p12p20 依次排列， 其中由于都是按照与法线夹角为 0， 因此 p10 在图 10 和图 11 中共用。综上， p0、 p1、 p2p20 共有 21 个像素， 从而形成一个 21 位码， 根据该 21 位 码即可确定进入微透镜的入射光线在光轴平面的一维角度信息。推而广之， 线性展开的图 像像素阵列包含多少对 L、 R， 即能输出多少个角度信息， 亦即其分辨率大小。 0059 在上述图7-图11的实施例中， 在设置像素的微透镜敏感角度时， 是以入射光在光 轴平面内与微透镜法线之间进行定义的， 因此， 所获得的角度为一维角度信息， 通过若干。

28、个 一维角度信息， 实现太阳运动轨迹的跟踪。 0060 梯度折射率材质制成的微透镜可以单独配置敏感的入射光， 换言之， 某一微透镜 只对其敏感的入射光进行折射处理， 形成垂直入射感光二极管感光表面的光线。如果要确 定获得入射光在三维空间中的实际入射角度， 则需要单独设置入射光在三维空间中的敏感 角度分量。具体地， 可以根据在垂直于所述微透镜的法线的平面内入射光的投影与所述所 述微透镜的法线的投影之间的夹角、 在平行于所述微透镜的法线的平面内入射光的投影与 所述所述微透镜的法线的投影之间的夹角， 分别设定所述微透镜层在三维空间中的第一敏 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。

29、中， 第一 敏感入射角度分 量在平面图中只能看见表示其向量的带箭头线段的长短 ； 第二敏感入射角度分量只能看见 其方向变化。 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镜的法线的平面 内， 入射光的投影与所述所述微透镜的法线的投影之间的夹角， 第一敏感角入射度分量从 0变化到 a。由于第一敏感角入射度分量表示在垂直于所述微透镜的法线的平面内， 入 射光与所述所述微透镜的法线的投影之间的夹角， 因此， a的范围为 0 -90。由于第二 敏感入射角度分量表示在平行于所述微透镜的法线的平面内， 入射光的投影与所述所述微 透镜的法线的投影之间的夹角， 因此， 其范围为 0 36。

30、0。 0062 假如像素阵列中微透镜的第一敏感入射角度分量范围为 0 a、 -a 0， 微透镜的第二敏感入射角度分量范围为090、 90180、 180270、 270 360， 由此形成的组合有两组 , 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， 对所述像素阵列包括的多个微透镜层进行分组结果如下 ： 0063 （1） 第一组 ： 第一敏感入射角度分量范围为 0 a， 第二敏感入射角度分量范 围为 0 90、 90 180、 180 270、 270 360 ； 0064 （2） 第二组 ： 第一敏感入射角度分量范围为 -a 0， 微透镜的第二敏感入射角 度分量范。

31、围为 0 90、 90 180、 180 270、 270 360。 0065 下述实施例中将分别以像素模块 A、 B、 C、 D 进行示例性说明 ： 0066 （1） 像素模块 A ： 第一敏感入射角度分量范围为 -a 0、 第二敏感入射角度分 量范围为 0 90 ； 说 明 书 CN 103970148 A 7 6/8 页 8 0067 （2） 像素模块 B ： 第一敏感入射角度分量范围为 0 a、 第二敏感入射角度分 量范围为 90 180 ； 0068 （3） 像素模块 C ： 第一敏感入射角度分量范围为 0 a、 第二敏感入射角度分 量范围为 180 270 ； 0069 （4） 像。

32、素模块 D ： 第一敏感入射角度分量范围为 -a 0、 第二敏感入射角度分 量范围为 270 360。 0070 图 12 为本发明实施例二角度敏感图像传感器中像素模块 A 的平面示意图 ； 如图 12 所示， 此图像像素阵列以 2D 面阵的形式展开， 即 ： 第一敏感入 射角度分量 F(X) 范围 为 -a 0、 第二敏感入射角度分量 G(Y) 范围为 0 90， X 表示水平方向上像素的 输出值， Y 表示垂直方向上像素的输出值， F(X)、 G(Y) 分别表示水平方向上像素的输出值 X、 垂直方向上像素的输出值 Y 与角度之间的映射关系。图 13 为像素模块 A 中像素值与角度 之间的映。

33、射关系示意图， 如图 13 所示， 相互垂直的两个轴向分别映射两组敏感角分量的角 度变化。 0071 像素模块 A 镜像处理得到第一敏感入射角度分量 F(X) 范围为 0 a、 第二敏 感入射角度分量 G(Y) 范围为 0 90的像素模块 A ， 像素模块 A 与 A 共享第二敏感入 射角度分量 G(Y)， 详细不再赘述。 0072 图 14 为本发明实施例二中角度敏感图像传感器中像素模块 B 的平面示意图 ； 如 图14所示， 此图像像素阵列以2D面阵的形式展开， 即 ： 第一敏感入射角度分量F(X)范围为 0 a、 第二敏感入射角度分量 G(Y) 范围为 90 180， X 表示水平方向上。

34、像素的输 出值， Y 表示垂直方向上像素的输出值， F(X)、 G(Y) 分别表示水平方向上像素的输出值 X、 垂 直方向上像素的输出值 Y 与角度之间的映射关系。图 15 为像素模块 B 中像素值与角度之 间的映射关系示意图， 如图 15 所示， 相互垂直的两个轴向分别映射两组敏感角分量的角度 变化。 0073 像素模块 B 镜像处理得到第一敏感入射角度分量 F(X) 范围为 0 a、 第二敏 感入射角度分量 G(Y) 范围为 90 180的像素模块 B， 像素模块 B 与 B 共享第二敏感入 射角度分量 G(Y)， 详细不再赘述。 0074 图 16 为本发明实施例二角度敏感图像传感器中像。

35、素模块 C 的平面示意图 ； 如图 16 所示， 此图像像素阵列以 2D 面阵的形式展开， 即 ： 第一敏感入射角度分量 F(X) 范围为 0 a、 第二敏感入射角度分量 G(Y) 范围为 180 270， X 表示水平方向上像素的输 出值， Y 表示垂直方向上像素的输出值， F(X)、 G(Y) 分别表示水平方向上像素的输出值 X、 垂 直方向上像素的输出值 Y 与角度之间的映射关系。图 17 为像素模块 C 中像素值与角度之 间的映射关系示意图， 如图 17 所示， 相互垂直的两个轴向分别映射两组敏感角分量的角度 变化。 0075 像素模块 C 成镜像处理， 得到第一敏感入射角度分量 F(。

36、X) 范围为 -a 0、 第 二敏感入射角度分量 G(Y) 范围为 180 270的像素模块 C， 像素模块 C 与 C 共享第二 敏感入射角度分量 G(Y)， 详细不再赘述。 0076 图 18 为本发明实施例二角度敏感图像传感器中像素模块 D 的平面示意图 ； 如图 18 所示， 此图像像素阵列以 2D 面阵的形式展开， 即 ： 第一敏感入 射角度分量 F(X) 范围为 0 a、 第二敏感入射角度分量 G(Y) 范围为 270 360， X 表示水平方向上像素的输 说 明 书 CN 103970148 A 8 7/8 页 9 出值， Y 表示垂直方向上像素的输出值， F(X)、 G(Y) 。

37、分别表示水平方向上像素的输出值 X、 垂 直方向上像素的输出值 Y 与角度之间的映射关系。图 19 为像素模块 D 中像素值与角度之 间的映射关系示意图， 如图 19 所示， 相互垂直的两个轴向分别映射两组敏感角分量的角度 变化。 0077 像素模块 D 镜像处理， 得到第一敏感入射角度分量 F(X) 范围为 0 a、 第二敏 感入射角度分量 G(Y) 范围为 270 360的像素模块 D ， 像素模块 D 与 D 共享第二敏感 入射角度分量 G(Y)， 详细不再赘述。 0078 图20为本发明实施例二角度敏感图像传感器的像素阵列一示意图 ； 如图20所示， 将第一敏感入射角度分量范围为 0 。

38、a的像素模块 A 、 像素模块 B 、 像素模块 C 、 像素 模块 D 作为一列， 将第一敏感入射角度分量范围为 -a 0的像素模块 A、 像素模块 B、 像素模块 C、 像素模块 D 作为另外一列， 按照列的方向进行交替排列。 0079 参见上述像素模块 A、 B、 C、 D、 A 、 B 、 C 、 D 的说明， 由于每个像素模块可以记录 两个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， 基于这两个角度 分量可以得到三维空间中入射光的实际角度。 0080 图 21 为本发明实施例二角度敏感图像传感器的像素阵列另一示意图 ； 如图 21 所示， 按照第二敏感入射角度分量范。

39、围依次为 0 90、 90 180、 180 270、 270 360顺时针方向排布像素模块 A 、 像素模块 B 、 像素模块 C 、 像素模块 D 最为一 组， 以及按照第二敏感入射角度分量范围依次为090、 90180、 180270、 270 360顺时针方向排布像素模块 A、 像素模块 B、 像素模块 C、 像素模块 D 作为另外一 组， 按照 BAYER 模式进行交替排列。 0081 图 22 为现有技术中配置单轴型日光跟随器的太阳能采集系统的结构示意图 ； 如 图 22 所示， 在柱形的支撑臂 701 的顶端同时装配有太阳能电板 702 和支撑臂日光跟随器 （图中未示出） ， 通。

40、过转动轴 703 与太阳能电板 702 的负载平面相连接， 在装配时转动轴 703 的轴心线必须与地球的经线平行。 0082 图 23 为现有技术中配置单轴型日光跟随器的太阳能采集系统的动作示意图， 随 转动轴 704 的旋转角 a 改变太阳能电板 702 的法线方向。 0083 图 24 为本发明实施例三中配置单轴型日光跟随器的太阳能采集系统的立体示意 图 ； 如图 24 所示， 在支撑臂 901 上设置一支撑架 902， 该支撑架 902 用于上安装有一负载 面， 该负载面上装载有太阳能电板903， 通过转动轴904的旋转改变太阳能电板903的位置， 转动轴 904 的轴心线与地球的经线平。

41、行。 0084 图 25 为本发明实施例三中配置单轴型日光跟随器的太阳能采集系统的顶视示意 图， 如图25所示， 但其负载面中线的两侧各有一个角度敏感的1D图像传感器905， 该角度敏 感的 1D 图像传感器 905 的直线方向垂直于经线方向。为了保持负载板的随转动轴自由旋 转， 负载面中心位置的两侧进行了镂空。镂空距离 d 的大小， 影像了负载平面可负载的太阳 能电池的表面积。缩小距离 d 的大小， 可以提高光电转换效率。此种跟随器由于只具有一 个转动轴 904， 为提高其发电效率， 在安装时应使其旋转轴 904 线与地球经线平行即可。 0085 图 26 为本发明实施例中配置单轴型日光跟随。

42、器的太阳能采集系统的动作示意 图， 随转动轴 904 的旋转角 a 改变太阳能电板 903 的法线方向。 0086 图 27 为现有技术中配置双轴型日光跟随器的太阳能采集系统的结构示意图 ； 如 说 明 书 CN 103970148 A 9 8/8 页 10 图 27 所示， 在柱形的支撑臂 1201 的顶端同时装配有太阳能电板 1202 和日光跟随器 （图中 未示出） ， 通过两个转动轴 1203 与太阳能电板 1202 的负载平面相连接， 在装配时一个转动 轴 1203 的轴心线与地球的经线平行， 另外一个转动轴 1203 的轴心线与地球的纬线平行。 0087 图 28 为现有技术中配置双。

43、轴型日光跟随器的太阳能采集系统的动作示意图之 一 ； 图 29 为现有技术中配置双轴型日光跟随器的太阳能采集系统的动作示意图之二 ； 负载 平面的法线方向即太阳能电板 1202 由旋转角 a 和 b 共同决定。 0088 图 30 为本发明实施例四配置双轴型日光跟随器的太阳能采集系统的立体示意 图 ； 如图 30 所示， 在柱形的支撑臂 1501 上设置有支撑架 1502， 支撑架 1502 上装载有负载 平面， 负载平面上装配有四个太阳能电板 1503， 相邻两个太阳能电板 1503 设置有角度敏感 的 2D 图像传感器 （图 30 中未示出） 。 0089 图 31 为本发明实施例四配置双。

44、轴型日光跟随器的太阳能采集系统的顶视示意 图 ； 如图 31 所示， 负载面中心位置的两侧进行了镂空， 镂空距离 d， 用于安装角度敏感的 2D 图像传感器1504， 经线和纬线方向的角度敏感的2D图像传感器1504跟踪太阳的运动轨迹， 驱动转动轴 1505 调整太阳能电板 1503 面向太阳的位置。 0090 图 32 为本发明实施例四配置双轴型日光跟随器的太阳能采集系统的动作 示意 图之一， 图 33 为本发明实施例四配置双轴型日光跟随器的太阳能采集系统的动作示意图 之二， 驱动转动轴 1505 分别调节旋转角 p 和旋转角 q 的变化， 调整太阳能电板 1503 面向太 阳的位置。 00。

45、91 在上述实施例中， 对于单轴来说， 日光跟随器具有一个与地球的经线平行的转动 轴， 而对于双轴来说， 所述日光跟随器还具有一个与地球的纬线平行的转动轴。 0092 上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例， 但如前所述， 应当理解本发明 并非局限于本文所披露的形式， 不应看作是对其他实施例的排除， 而可用于各种其他组合、 修改和环境， 并能够在本文所述发明构想范围内， 通过上述教导或相关领域的技术或知识 进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围， 则都应在本发 明所附权利要求的保护范围内。 说 明 书 CN 103970148 A 10 1/11 页 11 图 1。

46、 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 103970148 A 11 2/11 页 12 图 4 图 5 图 6 图 7 图 8 说 明 书 附 图 CN 103970148 A 12 3/11 页 13 图 9 图 10 图 11 图 12 说 明 书 附 图 CN 103970148 A 13 4/11 页 14 图 13 图 14 说 明 书 附 图 CN 103970148 A 14 5/11 页 15 图 15 图 16 说 明 书 附 图 CN 103970148 A 15 6/11 页 16 图 17 图 18 说 明 书 附 图 CN 103970148 A 16 7/11 页 17 图 19 图 20 图 21 说 明 书 附 图 CN 103970148 A 17 8/11 页 18 图 22 图 23 图 24 说 明 书 附 图 CN 103970148 A 18 9/11 页 19 图 25 图 26 图 27 说 明 书 附 图 CN 103970148 A 19 10/11 页 20 图 28 图 29 图 30 说 明 书 附 图 CN 103970148 A 20 11/11 页 21 图 31 图 32 图 33 说 明 书 附 图 CN 103970148 A 21 。