随着太阳能技术的不断完善，太阳能的开发和利用已经与人类的生产生活紧密相关。市场上已有的太阳能技术产品，包括太阳能热水器、太阳能路灯、太阳能庭院灯等，对于太阳能产品其关键在于如何提高对太阳光的跟踪精确度及可靠性。

目前的太阳光自动跟踪技术的可靠性依赖于太阳光检测装置的检测精度。现有的自动跟踪技术主要采用的是比较控制法，当光轴为对准太阳时，太阳光经光学系统照射到硅光电池上形成的光斑必然发生偏移，导致***终各个象限电池产生的电压不尽相同，通过比较水平竖直方向上的电位差与来实现自动跟踪，这种类似的方法只能通过输出的信号差值来实现自动跟踪，未能准确计算出太阳光的方位信息，控制可靠性不高。如果想要提高测量精度，可以增加硅光电池板的数量，这样会增加成本。另外，由于光学系统的结构，会导致太阳光的检测视角变小，进而无法准确判断出太阳光的准确位置，硅光电池的安装精度及结构设置都可能会引起执行机构的误动作，这些因素都直接影响着太阳光传感器的检测精度。

发明内容:

本发明就上述存在的技术问题，提供一种用于太阳光角度检测的光电传感器及其检测方法。

一种用于太阳光角度检测的光电传感器，包括：遮光外壳，透光玻璃一，透光玻璃二，硅光电池及信号处理模块。所述的遮光外壳呈“L”形，用于封装透光玻璃一，透光玻璃二，硅光电池及信号处理模块；位于遮光外壳直角处的方形区域内设有透光玻璃一，在透光玻璃一的两侧各设有透光玻璃二，两块透光玻璃二垂直设置；所述透光玻璃二外观呈“凸”字形，凸出部分的横截面呈等腰梯形；所述硅光电池，其感光面形状呈等腰三角形，将硅光电池置于透光玻璃一，透光玻璃二的正下方，并与其底面紧密贴合；所述信号处理模块置于遮光外壳底部。

进一步的，所述透光玻璃二长为u，宽为v，高为w，凸出部分的横截面呈等腰梯形，上底长为ω，上底角为θ,要求θ≥90°+δ，其中，μ为光在玻璃中的折射率，σ为太阳光入射角，δ为折射角δ＝arcsin((sinσ)/μ)。为保证透光玻璃能够采集到传感器水平面上入射角范围在0°～90°内(不包括90°)的太阳光，当σ接近90°时，即δ＝arcsin(1/μ)。

进一步的，所述硅光电池，其感光面呈等腰三角形，底边和高长度分别为d、 h，且满足d≤r,h≥q，其中，r＝v-2*w*tanδ，q＝2*w*tanδ+ω，保证硅光电池能够检测到太阳光。

进一步的，所述遮光外壳的两直角边表面上设出两个相互垂直的透光缝，透光缝的横截面呈等腰梯形，且与透光玻璃二凸出部分尺寸一致。

进一步的，所述透光玻璃一，呈块状，厚度为w，透光玻璃一的下方设有硅光电池，要求透光玻璃一能将太阳光传递到其下方整块硅光电池上，作用是在检测方法中提供一个基准电信号量。

一种太阳光角度检测方法，在使用该装置前，安装时要求L形遮光外壳的一条直角边摆放位置朝正东或正西方向。另外遮光外壳两直角边上的透光玻璃与硅光电池的检测原理相同，故以其中一侧为例讲解其检测原理，其特征在于，包括:

步骤一：当太阳光照射在传感器表面，在两块硅光电池上分别形成一形状为等腰梯形的束斑，并产生对应面积的电信号量，且电信号量与束斑面积关系有：

其中I₁、I分别表示其中一直角边上硅光电池产生的电信号量和直角处的硅光电池产生的电信号量，l₁表示一直角边上等腰梯形束斑的中位线长。

步骤二：由硅光电池的等腰三角形结构可知，束斑中位线长度l₁与硅光电池底边长d之比，有：

其中p表示为束斑中位线到等腰三角形硅光电池的顶点的距离。

步骤三：以透光玻璃二上表面的中心为坐标原点，以正东为Y轴，正南为X 轴，正上为Z轴，建立空间直角坐标系。

当p＜h/2时，表明太阳光从透光玻璃二的一侧射入，有

当p＞h/2时，表明太阳光从透光玻璃二的另一侧射入，有

当p＝h/2时，表明此时太阳光垂直照射在透光玻璃二上。

太阳光照射在透光玻璃二上发生折射，由此计算出太阳光角度的东西角γ：

γ＝arcsin(μ·sin(δ))

其中，选用玻璃的材质为硅酸盐玻璃，则其折射率为1.5，有

γ＝arcsin(1.5·sin(δ))

其中记太阳光在ZOY面上的投影与Z轴的夹角为东西角γ；记太阳光在XOZ 面上的投影与Z轴夹角为南北角太阳光在XOY面上的投影与X轴夹角为方位角α；记太阳光与XOY面的夹角为高度角β。

步骤四：根据同样检测原理，以另一条直角边上透光玻璃二为中心为坐标原点，以正北为Y轴，正东为X轴，正上为Z轴建立空间三维坐标系。计算出太阳光角度的南北角φ。

步骤五：根据东西角γ和南北角计算得到太阳光角度的方位角α和高度角β，有：

本发明的有益效果：本发明中的透光玻璃二的结构能够将传感器水平上入射角在0°～90°范围内(不包括90°)的太阳光引入到硅光电池上，解决了光电传感器检测范围小的问题；本发明中的硅光电池，利用其感光面呈等腰三角形，可计算出太阳光的角度。本发明中的传感器能够准确计算出太阳光的角度信息，可靠性高。另外，本发明中的所有元件都容易加工制造，成本较低，可批量生产，投入使用，同时便于维护，具有较高的应用价值和使用前景。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步的描述。

附图1，附图2是一种用于太阳光方向检测的光电传感器的结构示意图。

附图3是传感器检测太阳光时的俯视图。

附图4是太阳光在透光玻璃二中的角度示意图

附图5是透光玻璃二的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

一种用于太阳光角度检测的光电传感器，包括：遮光外壳1，透光玻璃一3，透光玻璃二2，硅光电池4及信号处理模块5。所述的遮光外壳1呈“L”形，用于封装透光玻璃一3，透光玻璃二2，硅光电池4及信号处理模块5；位于遮光外壳1直角处的方形区域内设有透光玻璃一3，在透光玻璃一3的两侧各设有透光玻璃二2，两块透光玻璃二2垂直设置；所述透光玻璃二2外观呈“凸”字形，凸出部分的横截面呈等腰梯形；所述硅光电池4，其感光面形状呈等腰三角形，将硅光电池置于透光玻璃一3，透光玻璃二2的正下方，并与其底面紧密贴合；所述信号处理模块5置于遮光外壳1底部。

请参阅图5，所述透光玻璃二2长为u，宽为v，高为w，凸出部分的横截面呈等腰梯形，上底长为ω，上底角为θ,要求θ≥90°+δ，其中δ＝arcsin((sinσ)/μ)，μ为光在玻璃中的折射率，σ为太阳光入射角，δ为折射角。为保证透光玻璃二2能够采集到传感器水平面上入射角范围在0°～90°内(不包括90°)的太阳光，当σ接近90°时，即δ＝arcsin(1/μ)。

请参阅附图3，所述硅光电池4，其感光面呈等腰三角形，底边和高长度分别为d、h，且满足d≤r,h≥q，其中r＝v-2*w*tanδ，q＝2*w*tanδ+ω，保证硅光电池4能够检测到太阳光。

请参阅附图2，所述遮光外壳1的两直角边表面上设出两个相互垂直的透光缝，透光缝的横截面呈等腰梯形，且与透光玻璃二2凸出部分尺寸一致。

请参阅附图1，所述透光玻璃一3，呈块状，厚度为w，透光玻璃一的下方设有硅光电池4，要求透光玻璃一3能将太阳光传递到其下方整块硅光电池4上，作用在于提供一个基准电信号量。

下面结合附图对本发明用于检测太阳光角度的方法进行说明。在使用该装置前，安装时要求L形遮光外壳1的一条直角边摆放位置朝正东或正西方向。另外遮光外壳1两直角边上的透光玻璃3与硅光电池4的检测原理相同，故以其中一侧为例讲解其检测原理。

请参阅附图3，4，利用上述的光电传感器对阳光角度进行测量，包括以下步骤：

步骤一：当太阳光照射在传感器表面，在两块硅光电池4上分别形成一形状为等腰梯形的束斑，并产生对应面积的电信号量，且电信号量与束斑面积关系有：

其中I₁、I分别表示其中一直角边上硅光电池4产生的电信号量和直角处的硅光电池4产生的电信号量，l₁表示一直角边上等腰梯形束斑的中位线长。

步骤二：由硅光电池4的等腰三角形结构可知，束斑中位线长度l₁与硅光电池4底边长d之比，有：

其中p表示为束斑中位线到等腰三角形硅光电池的顶点的距离。

步骤三：以透光玻璃二2上表面的中心为坐标原点，以正东为Y轴，正南为X轴，正上为Z轴，建立空间直角坐标系。

当p＜h/2时，表明太阳光从透光玻璃二2的一侧射入，有

当p＞h/2时，表明太阳光从透光玻璃二2的另一侧射入，有

当p＝h/2时，表明此时太阳光垂直照射在透光玻璃二2上。

太阳光照射在透光玻璃二2上发生折射，由此计算出太阳光角度的东西角γ：

γ＝arcsin(μ·sin(δ))

其中，选用玻璃的材质为硅酸盐玻璃，则其折射率为1.5，有

γ＝arcsin(1.5·sin(δ))

其中记太阳光在ZOY面上的投影与Z轴的夹角为东西角γ；记太阳光在XOZ 面上的投影与Z轴夹角为南北角太阳光在XOY面上的投影与X轴夹角为方位角α；记太阳光与XOY面的夹角为高度角β。

步骤四：根据同样检测原理，以另一条直角边上透光玻璃二2为中心为坐标原点，以正北为Y轴，正东为X轴，正上为Z轴建立空间三维坐标系。计算出太阳光角度的南北角

步骤五：根据东西角γ和南北角计算得到太阳光角度的方位角α和高度角β，有：

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。