一种太阳光跟踪系统及方法与流程

本发明涉及太阳能领域，具体而言，涉及一种太阳光跟踪系统及方法。

背景技术：

由于隧道入口段是隧道内部密闭黑暗空间与外部明亮空间的交界处，因隧道内外巨大的亮度差异，导致驾驶者进入隧道时产生巨大的视觉明暗突变，形成白天与夜间进洞时的“黑洞效应”与“白洞效应”，极易引发行车安全事故。因此，公路隧道入口段的照明指标必须与隧道洞外亮度、设计车速、隧道线型结构等因素匹配，而且还必须满足非常特殊的空间光场分布标准，以确保隧道内的行车安全。

由于任何人造光源与阳光都有巨大的亮度差、无法达到照度匹配的要求，人们不得不在隧道入口段大幅度增加照明灯具的安装密度、增大照明灯具的功率，从而在入口段形成一个特殊的“加强照明”区段，以缓解隧道内外的巨大亮度差。这就导致隧道入口段加强照明的建设成本与营运成本都要翻番，其平均建设成本约占整个隧道照明总投资的30％，而平均能耗更占了整个隧道照明总能耗的40％左右。此外，要使“公路隧道入口段的照明指标必须与隧道洞外亮度匹配”，还必须增加自适应控制系统，使其随洞外亮度的变化而自动改变亮度，这更进一步增加了入口段加强照明的技术难度与建设成本。因此隧道入口段的加强照明，既是目前隧道照明节能最大能耗突破口，更是隧道照明节能的一个技术瓶颈。现有的太阳光照明系统是在隧道入口处安装反射镜，通过反射镜将太阳光反射入口内以实现隧道入口段的照明，但是这种照明方式无法自适应于不同时刻太阳光角度的变化，即隧道入口段的亮度将随着太阳光照方向的改变而改变，不利于确保隧道入口段的照明效果。

技术实现要素：

鉴于此，本发明的目的在于提供了一种太阳光跟踪系统及方法，能够有效地改善上述问题。

为了实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供的一种太阳光跟踪系统，用于对隧道入口段进行照明，包括：凹面反射镜、机械平台、控制器和探测装置。所述凹面反射镜设置于所述机械平台，所述凹面反射镜用于将太阳光反射入隧道入口。所述探测装置设置在所述凹面反射镜的焦点与所述凹面反射镜的镜面之间的反射光路径上，所述探测装置包括遮光部件和多个以所述遮光部件中心处对称分布的光强采集器。所述遮光部件的中心轴线经过所述凹面反射镜的中心点，所述遮光部件与所述凹面反射镜的镜面之间的距离根据所述遮光部件的尺寸以及太阳光的入射角度设置。多个光强采集器用于将采集到的光照强度转换成电信号后发送给所述控制器。所述控制器用于根据所述电信号控制所述机械平台驱动所述凹面反射镜朝对应方向转动以使所述凹面反射镜反射的太阳光集中照射到所述隧道入口段的预设位置处。

第二方面，本发明实施例还提供了一种太阳光跟踪方法，应用于太阳光跟踪系统。所述太阳光跟踪系统包括凹面反射镜、机械平台、控制器和探测装置。所述凹面反射镜设置于所述机械平台，所述凹面反射镜用于将太阳光反射入隧道入口。所述探测装置设置在所述凹面反射镜的焦点与所述凹面反射镜的镜面之间的反射光路径上。所述探测装置包括遮光部件和多个以所述遮光部件中心处对称分布的光强采集器，所述遮光部件的中心轴线经过所述凹面反射镜的中心点，所述遮光部件与所述凹面反射镜的镜面之间的距离根据所述遮光部件的尺寸以及太阳光的入射角度设置。所述方法包括：所述控制器以预设的时间间隔执行以下步骤：所述控制器获取多个光强采集器采集的光照强度；根据所述多个光强采集器采集的光照强度以及所述多个光强采集器的安装位置获得所述凹面反射镜的转动方向，根据所述转动方向控制所述机械平台驱动所述凹面反射镜沿所述转动方向转动。

本发明实施例中，根据隧道与太阳的相对空间角度位置关系、将所述太阳光跟踪系统安装在隧道入口前方的适当位置处。太阳光入射到凹面反射镜上，经凹面反射镜反射到隧道入口内。探测装置安装在凹面反射镜的镜面与焦点之间的反射光路径中。当太阳光照方向发生改变时，控制器根据多个光强采集器的输出光强及空间位置分布，控制机械平台调节凹面反射镜的角度。相比于现有的太阳光照明系统，本实施例提供的太阳光跟踪系统可以实现凹面反射镜对太阳光偏转角度的跟踪，使得隧道入口段的路面亮度基本不随太阳光方向的改变而改变，确保隧道入口段的照明效果。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1示出了本发明实施例提供的一种太阳光跟踪系统的结构示意图；

图2示出了本发明实施例提供的第一种探测装置的结构示意图；

图3示出了本发明实施例提供的第二种探测装置的结构示意图；

图4示出了本发明实施例提供的第三种探测装置的结构示意图；

图5示出了本发明实施例提供的第一种探测装置在预设时间间隔后的太阳光接收状态示意图；

图6示出了本发明实施例提供的第一种探测装置的安装位置与尺寸关系图；

图7示出了本发明实施例提供的第四种探测装置的结构示意图；

图8示出了本发明实施例提供的第五种探测装置的结构示意图；

图9示出了本发明实施例提供的第四种探测装置在预设时间间隔后的太阳光接收状态示意图；

图10示出了本发明实施例提供的第四种探测装置的安装位置与尺寸关系图；

图11示出了本发明实施例提供的光强采集器的第一种安装方式的示意图；

图12示出了本发明实施例提供的光强采集器的第二种安装方式的示意图；

图13示出了本发明实施例提供的一种太阳光跟踪方法的流程图；

图14示出了本发明实施例提供的针对第一种安装方式的太阳光跟踪方法的一种具体实施方式的流程图；

图15示出了本发明实施例提供的凹面反射镜在竖直方向的转动示意图；

图16示出了本发明实施例提供的凹面反射镜在水平方向的转动示意图；

图17示出了本发明实施例提供的针对第二种安装方式的太阳光跟踪方法的一种具体实施方式的流程图。

其中，附图标记分别为：

凹面反射镜110；机械平台120；探测装置130；遮光部件131；光强采集器132；主体210；通道211；第一端面220；第一开口221；第二端面230；第二开口231。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“垂直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为了克服现有对隧道入口进行照明的太阳光照明系统无法自适应于不同时刻太阳光角度的变化的问题，本发明实施例提供了一种太阳光跟踪系统，以确保隧道入口段的照明效果。

如图1所示，本发明实施例提供的太阳光跟踪系统包括凹面反射镜110、机械平台120、控制器和探测装置130。其中，凹面反射镜110设置于机械平台120上，探测装置130设置在凹面反射镜110的焦点与凹面反射镜110的镜面之间的反射光路径上。其中，凹面反射镜110用于将太阳光反射入隧道入口。所述反射光路径为太阳光经凹面反射镜110的镜面的中心点反射至隧道入口段的预设区域的路径。

探测装置130包括遮光部件131和多个以所述遮光部件131中心处对称分布的光强采集器132。遮光部件131由表面涂黑的不透光材料制成，例如，可以由表面涂黑的金属材料制成。遮光部件131的中心轴线经过凹面反射镜110的中心点。具体的，遮光部件131包括主体210、靠近凹面反射镜110的第一端面220及远离凹面反射镜110的第二端面230。第一端面220及第二端面230均与主体210连接。上述多个光强采集器132均通过连接件安装于遮光部件131的第二端面230所在的平面上，且以第二端面230的中心对称分布。例如，所述连接件可以为连接在第二端面230上的支架。光强采集器132的工作面均朝向凹面反射镜110的方向。

本发明实施例中，光强采集器132为能够将太阳光转换为电流信号的传感器，例如所述光强采集器132可以是一个光电池。所述多个光强采集器132用于将采集到的光照强度转换成电信号后发送给所述控制器，所述控制器用于将太阳照射角度变化转换为控制指令，将控制指令发送至机械平台120；所述机械平台120根据所述控制指令控制所述凹面反射镜110转动以使凹面反射镜110反射的太阳光照射到隧道入口段的预设位置处。

需要说明的是，由于太阳的转动角度相对所述凹面反射镜110来说，角速度很小，如果凹面反射镜110与太阳的位置满足系统要求，在一定时间范围内，即使凹面反射镜110不跟随太阳的位置，凹面反射镜110所反射的光线的汇聚点与预设区域的偏离非常小。因此，为了减小系统一直跟随太阳光的功耗和负担，本发明实施例预先设定了一个时间间隔，使得控制器以预设的时间间隔获取多个光强采集器132发送的电信号，根据所述电信号得到太阳光的偏转角度，并将所得到的偏转角度转换为控制指令发送到机械平台120。预设的时间间隔可以根据太阳运行角速度设定，例如，可以设定为5分钟。将系统的持续性工作方式改为间歇性工作方式，可以有效地降低太阳光跟踪系统的成本。

此外，本发明实施例设计遮光部件131的目的在于：遮光部件131可以对经凹面反射镜110反射到光强采集器132的太阳光形成遮挡，使得当且仅当经凹面反射镜110反射的太阳光垂直于遮光部件131的第二端面230入射时，多个光强采集器132上接收到的太阳光强度相同。当太阳光的角度发生偏转时，由于遮光部件131对部分太阳光的遮挡导致多个光强采集器132上接收到的太阳光强度相同均不同。优选的，经过预设的时间间隔后，由于太阳光的角度发生偏转以及遮光部件131对太阳光的遮挡，使得相对设置的一对光强采集器132中，只有一个可以接收到太阳光，另一个无法接收到太阳光。此时，可以根据多个光强采集器132所采集到的太阳光强度的差异，控制凹面反射镜110转动以实现对太阳光的自动跟踪。

本实施例中，遮光部件131的安装位置和尺寸、多个光强采集器132的具体安装位置以及太阳光的入射角度需要满足一定的条件。也就是说，遮光部件131与凹面反射镜110的中心点之间的距离、遮光部件131的尺寸以及经凹面反射镜110反射的太阳光与遮光部件131的中心线之间的角度成预设关系。

具体的，在本实施例的一种具体实施方式中，可以将上述多个光强采集器132安装在第二端面230外，经所述凹面反射镜110反射的太阳光部分入射到所述多个光强采集器132。遮光部件131的形状可以为圆柱形，如图2所示，也可以是长方体形，如图3所示，或者，还可以是两个相互垂直的平板，如图4所示。此时，需要进一步确定遮光部件131的尺寸、安装位置及光强采集器132与遮光部件131外壁之间的距离。以圆柱形遮光部件131为例，遮光部件131的尺寸包括遮光部件131半径及长度，遮光部件131的安装位置即为遮光部件131的第一端面220与凹面反射镜110的中心点之间的距离。

如图5所示，假设A₁和A₂为相对设置在第二端面230外的一对光强采集器132。当前时刻，经凹面反射镜110反射的太阳光沿着遮光部件131的中心轴方向，即图5所示的L1方向入射，此时，光强采集器A₁和光强采集器A₂采集到的光照强度相等。经过所述时间间隔后，太阳光向着光强采集器A₁的方向发生了一定角度的偏转，沿着图5所示的L2方向入射。图5中的阴影部分表示太阳光被遮光部件131遮挡的区域。此时，为了使得光强采集器A₂可以接收到太阳光，而光强采集器A₁不能接收到太阳光，上述预设关系为：

$tan\mathrm{\θ}\≥\frac{D}{l}=\frac{d}{D}---\left(1\right)$

式(1)中，如图6所示，θ为经过所述时间间隔后太阳光的偏转角度，即经过所述时间间隔后经凹面反射镜110反射的太阳光与遮光部件131的中心轴之间的角度；D为圆柱形遮光部件131的半径；l为遮光部件131的第一端面220与凹面反射镜110的中心点O之间的距离；d为光强采集器的远离遮光部件131外壁的边缘到遮光部件131外壁之间的距离；L为圆柱形遮光部件131的长度。已知地球一天自转360度，则每小时旋转15度，在忽略地球公转的情况下，假如预设的时间间隔为5分钟，每个时间间隔内地球转过的角度就是1.25度，即太阳光偏转1.25度。根据式(1)及预设的时间间隔内太阳光的偏转角度即可以合理的设计当多个光强采集器安装在第二端面230外时，遮光部件131的安装位置、尺寸以及光强采集器与遮光部件131外壁的距离。

此外，在本实施例的一种具体实施方式中，可以将上述多个光强采集器132可以安装在第二端面230内。如图7所示，此时，遮光部件131的主体210内设置有通道211，遮光部件131的第一端面220上设置有第一开口221，遮光部件131的第二端面230上设置有第二开口231。多个光强采集器132均设置于遮光部件131的第二端面230上的第二开口231内。此时，经凹面反射镜110反射的太阳光部分入射到第一开口221内，经过通道211入射到所述第二开口231内设置的所述多个光强采集器132。遮光部件131的形状可以为中空圆柱形，如图7所示，也可以是中空长方体形，如图8所示。

同理，如图9所示，假设A₁和A₂为相对设置在第二端面230的第二开口231内的一对光强采集器，图9中的阴影部分表示太阳光被遮光部件131遮挡的区域。此时，上述预设关系为：

$tan\mathrm{\θ}=\frac{d}{D}=\frac{a}{l}---\left(2\right)$

式(2)中，如图10所示，a为凹面反射镜110中心点O的反射光斑最边缘的光线到遮光部件131外壁的垂直距离。需要说明的是，凹面反射镜110中心近似平面镜的直径为D+a。根据式(2)及预设时间间隔内太阳光的偏转角度即可以合理的设计当多个光强采集器安装在第二端面230的第二开口231内时，遮光部件131的安装位置、尺寸以及光强采集器与遮光部件131外壁的距离。

相比于将光强采集器132安装在第二端面230外的安装方式，将光强采集器132安装在第二端面230的第二开口231内具有防尘、防雨及避免受到其他杂光的干扰的优势，因此，在本发明优选的实施方案中，光强采集器132安装在第二端面230的第二开口231内。

优选的，本发明实施例中，光强采集器132的数量为四个。假设隧道的长度方向为南北方向，隧道的入口段位于北边，将所述太阳跟踪系统安装在隧道入口北边的适当位置处，例如，可以是隧道入口的北方的距离隧道入口30米处。此时，四个光强采集器132的安装方式主要有两种。

其中，四个光强采集器132的第一种安装方式为：在遮光部件131的第二端面230所在的平面上以第二端面230的中心点为原点建立直角坐标系，该直角坐标系包括第一坐标轴和第二坐标轴。四个光强采集器132分别设置在该直角坐标系的四个象限中。例如，如图11所示，四个光强采集器132分别命名为光强采集器A₁、光强采集器A₂、光强采集器A₃和光强采集器A₄。其中，光强采集器A₁设置在第二象限，光强采集器A₂设置在第四象限，光强采集器A₃设置在第三象限，光强采集器A₄设置在第一象限。光强采集器A₁与光强采集器A₃之间以及光强采集器A₂与光强采集器A₄之间均相对于第一坐标轴x对称设置，光强采集器A₁与光强采集器A₄之间以及光强采集器A₂与光强采集器A₃之间均相对于第二坐标轴y对称设置。

本实施例中，四个光强采集器132的第二种安装方式为：四个光强采集器132分为两对，同理，在遮光部件131的第二端面230所在的平面上以第二端面230的中心点为原点建立直角坐标系。该直角坐标系包括第一坐标轴和第二坐标轴。一对光强采集器132中的两个光强采集器132分别设置在第一坐标轴的正、负半轴上，另一对光强采集器132中的两个光强采集器132分别设置在第二坐标轴的正、负半轴上。需要说明的是，上述两种安装方式中所建立的直角坐标系相同。

例如，如图12所示，四个光强采集器132分别命名为光强采集器A₁、光强采集器A₂、光强采集器A₃和光强采集器A₄。其中，光强采集器A₁与光强采集器A₂为一对，光强采集器A₁设置在第二坐标轴y的正半轴上，光强采集器A₂设置在第二坐标轴y的负半轴上。光强采集器A₃和光强采集器A₄为一对，光强采集器A₃设置在第一坐标轴x的负半轴上，光强采集器A₄设置在第一坐标轴x的正半轴上。其中，光强采集器A₁与光强采集器A₂相对于第二端面230的中心点对称，光强采集器A₃和光强采集器A₄也相对于第二端面230的中心点对称。

相比于第二种安装方式，光强采集器132的第一种安装方式可以通过两组光强采集器132所采集的光照强度之间的差值获得凹面反射镜110的偏转方向，可以有效地减小系统的随机误差。因此，本发明实施例中光强采集器132优选采用第一种安装方式。

综上所述，当太阳光照方向发生改变时，控制器根据多个光强采集器132的输出光强及空间位置分布，利用对应的太阳光跟踪方法控制机械平台120调节凹面反射镜110转动。相比于现有的太阳光照明系统，本实施例提供的太阳光跟踪系统可以实现凹面反射镜110对太阳光偏转角度的跟踪，使得凹面反射镜110反射的太阳光大部分入射到隧道入口段的预设区域内，即实现隧道入口段的路面亮度基本不随太阳光方向的改变而改变，确保了隧道入口段的照明效果。

另外，本发明实施例还提供了一种太阳光跟踪方法，应用于上述太阳光跟踪系统。控制器根据图13所示的太阳光跟踪方法控制所述凹面反射镜110转动，所述方法包括：所述控制器以预设的时间间隔执行以下步骤：

步骤S131：控制器获取多个光强采集器132采集的光照强度；

步骤S132：根据多个光强采集器132采集的光照强度以及所述多个光强采集器132的安装位置获得凹面反射镜110的转动方向，根据所述转动方向控制机械平台120驱动凹面反射镜110沿所述转动方向转动。

本实施例提供的太阳光跟踪系统中，遮光部件131包括主体210、靠近所述凹面反射镜110的第一端面220及远离所述凹面反射镜110的第二端面230，所述第一端面220及所述第二端面230均与所述主体210连接。其中，第二端面230与主体210的长度方向垂直。多个光强采集器132设置于遮光部件131的第二端面230所在的平面上。

优选的，光强采集器132的数量为四个。对于上述的太阳光跟踪系统中提到的光强采集器132的两种安装方式，本发明实施例提供了应用于上述太阳光跟踪系统的太阳跟踪方法的具体实施方式。

四个光强采集器132采用上述第一种安装方式，具体为：在遮光部件131的第二端面230所在的平面上以第二端面230的中心点为原点建立直角坐标系。该直角坐标系包括第一坐标轴和第二坐标轴。四个光强采集器132分别设置在该直角坐标系的四个象限中，且四个光强采集器132的光敏面均面向凹面反射镜110的镜面。针对于上述四个光强采集器132的第一种安装方式，本发明实施例提供了太阳光跟踪方法的一种具体实施方式，如图14所示，所述方法包括：

步骤S141：所述控制器获取四个光强采集器132采集的光照强度；

所述控制器内设有对应表，所述对应表包括每个所述光强采集器132的身份标识与其在所述遮光部件131的第二端面230上的安装位置的对应关系。

例如，如图11所示，位于上述直角坐标系的第二象限的光强采集器A1的身份标识为ID1，位于上述直角坐标系的第四象限的光强采集器A₂的身份标识为ID2，位于上述直角坐标系的第三象限的光强采集器A₃的身份标识为ID3，位于上述直角坐标系的第一象限的光强采集器A₄的身份标识为ID4。

控制器在与光强采集器传输数据时，能够获得所述光强采集器的身份标识，具体的实现方式可以是所述光强采集器设有多个数据传输通道，每个数据传输通道用于接收一个光强采集器，因此，一个数据传输通道对应一个光强采集器的身份标识，例如P1对应ID1，P2对应ID2，P3对应ID3，P4对应ID4。其中，P1、P2、P3及P4表示四个不同的数据传输通道。因此，P1接收的信号为ID1发送的，P2接收的信号为ID2发送的，P3接收的信号为ID3，P4接收的信号为ID4发送的。则所述控制器能够将接收的数据与光强采集器的身份标识对应；当然也可以采用在所述光强采集器将光照强度值发送给所述控制器时，会将采集的光照强度值和身份标识一起打包发送给控制器。

控制器根据对应表就能够获得光照强度、身份标识以及安装位置的唯一对应关系。

所述控制器可以在每次获取四个光强采集器采集的光照强度时，根据所述光强采集器的身份标识在所述对应表内查找获得所述光强采集器的身份标识对应的安装位置。也可以是，当所述控制器获取到光强采集器的身份标识对应的安装位置时，下次再获得该身份标识对应的光强采集器的采集的光照强度时，只更新该身份标识对应的光强采集器的光照强度数值，而不需要再获取该光强采集器的身份标识对应的位置。

步骤S142：获得分别位于所述直角坐标系的一条坐标轴两侧的两组光强采集器采集的光照强度之间的差值；

控制器获取到四个光强采集器发送的光照强度后，可以根据身份标识获得每一个光照强度对应的光强采集器的安装位置。此后，根据每一个光强采集器的位置可以查找分别位于上述直角坐标系的一条坐标轴两侧的两组光强采集器。具体的，如图11所示，光强采集器A₁与光强采集器A₄以及光强采集器A₂与光强采集器A₃为位于第一坐标轴x两侧的两组光强采集器。其中，光强采集器A₁与光强采集器A₄位于第二端面230的上半边，光强采集器A₂与光强采集器A₃位于第二端面230的下半边。进而就可以获得上述上、下两组光强采集器所采集的光照强度的差值的绝对值。

同理，如图11所示，光强采集器A₁与光强采集器A₃以及光强采集器A₂与光强采集器A₄为位于第二坐标轴y两侧的两组光强采集器。其中，光强采集器A₂与光强采集器A₄位于第二端面230的右半边，光强采集器A₁与光强采集器A₃位于第二端面230的左半边。进而就可以获得上述左、右两组光强采集器所采集的光照强度的差值的绝对值。

步骤S143：判断所述差值的绝对值是否大于第一预设阈值；

其中，所述第一预设阈值是经过多次精确测量后得到的一个数值，所述第一预设阈值的具体取值可以根据所述探测装置130的安装位置和所述遮光部件131的第二端面230的中心点与所述凹面反射镜110的镜面中心点与所述预设位置的连接的夹角而设定。

当位于第一坐标轴两侧的两组光强采集器采集的光照强度之间的差值的绝对值和位于第二坐标轴两侧的两组光强采集器采集的光照强度之间的差值的绝对值均小于或等于所述第一预设阈值时，表示所述第二端面230上的所有光强采集器采集的光强相等，即凹面反射镜110反射的太阳光照射到隧道入口的预设位置处。此时，遮光部件131的第二端面230与凹面反射镜110的反射光路径垂直，且经凹面反射镜110的镜面的中心点照射至所述隧道入口的预设区域的光线与遮光部件131的中心轴重合。此时，则执行步骤S144。

当位于第一坐标轴两侧的两组光强采集器采集的光照强度之间的差值的绝对值和/或位于第二坐标轴两侧的两组光强采集器采集的光照强度之间的差值的绝对值大于第一预设阈值时，即位于所述直角坐标系的相应坐标轴两侧的两组光强采集器采集的光照强度值有较大的差异，表示入射到所述探测装置130的太阳光的角度发生偏移，从而导致一部分太阳光未射入隧道入口的预设区域，因此，需要调整凹面反射镜110的角度，即执行步骤S145。

步骤S145：根据所述差值的正负以及所述差值对应的两组光强采集器的安装位置获得所述凹面反射镜110的转动方向，根据所述转动方向控制所述机械平台120驱动所述凹面反射镜110沿所述转动方向转动；

其中，所述转动方向包括俯仰角调节方向和方位角调节方向。具体的，图15示出了本实施例提供的太阳光跟踪系统的主视图，所述俯仰角调节方向为凹面反射镜110在竖直方向沿着顺时针方向，如图15所示，或者沿与图15所示的箭头方向相反的逆时针方向。图16示出了本实施例提供的太阳光跟踪系统的俯视图。所述方位角调节方向为凹面反射镜110在水平方向沿着顺时针方向，如图16所示，或者沿与图16所示的箭头方向相反的逆时针方向。

假设第一预设阈值的取值为0，当光强采集器A₁、光强采集器A₄采集的光照强度之和与光强采集器A₂、光强采集器A₃采集的光照强度之和的差值的绝对值大于0时，表示上、下两组光强采集器采集的光照强度发生了变化。当所述差值为正数时，表示光强采集器A₁、光强采集器A₄采集的光照强度之和大于光强采集器A₂、光强采集器A₃采集的光照强度之和。由于光强采集器A₁、光强采集器A₄的位置在光强采集器A₂、光强采集器A₃的上边，因此，可以判定凹面反射镜110反射的太阳光向上偏。此时，所述控制器得到的凹面反射镜110的转动方向为竖直方向顺时针转动，即图15中，凹面反射镜110的转动方向，即调节凹面反射镜110的俯仰角。图15中，凹面反射镜110的虚线轮廓表示以所述的竖直方向顺时针转动方向转动后的状态。反之，当所述差值为负数时，同理可以判定凹面反射镜110反射的太阳光向下偏，此时，所述控制器得到的凹面反射镜110的转动方向为竖直方向逆时针转动，与图15中凹面反射镜110的转动方向相反，使凹面反射镜110的上端远离光强采集器A₁、A₄转动。

同理，当光强采集器A₁、A₃采集的光照强度之和与光强采集器A₂、A₄采集的光照强度之和的差值的绝对值大于0时，表示左、右两组光强采集器采集的光照强度发生了变化。当所述差值为正数时，表示光强采集器A₁、A₃采集的光照强度之和大于光强采集器A₂、A₄采集的光照强度之和。由于光强采集器A₁、A₃的位置在光强采集器A₂、A₄的左边，因此，可以判定凹面反射镜110反射的太阳光向左偏。此时，控制器得到的凹面反射镜110的转动方向为水平方向顺时针转动，如图16所示的转动方向，调节凹面反射镜110的方位角。图16中，凹面反射镜110的虚线轮廓为以所述的水平方向顺时针转动一定角度后的位置，使凹面反射镜110的左端靠近光强采集器A₁、A₃。反之，当所述差值为负数时，表示光强采集器A₁、A₃采集的光照强度之和小于光强采集器A₂、A₄采集的光照强度之和，判定凹面反射镜110反射的太阳光向右偏。此时，控制器得到凹面反射镜110的转动方向为水平方向逆时针转动，即采用图16中的转动方向相反的方向转动。

所述控制器控制凹面反射镜110沿所述转动方向的转动后，再次返回执行步骤S141，即再次获得分别位于所述直角坐标系的一条坐标轴两侧的两组光强采集器采集的光照强度之间的差值，然后在执行一次步骤S143，直至再次获得的差值小于或等于所述第一预设阈值。当所述差值的绝对值小于或等于第一预设阈值时，则表示此时凹面反射镜110的镜面反射的太阳光射入所述第二端面230的角度满足需求，即大部分经凹面反射镜110反射的太阳光射入所述隧道入口的预设位置处。则此时，执行步骤S144。

步骤S144：延时预设时间；

设定一个时间间隔，例如5分钟。当所述差值的绝对值小于或等于第一预设阈值时，延时5分钟，再执行S141。因此，以预设时间间隔执行上述太阳光跟踪方法。

由于太阳的转动角度相对所述凹面反射镜110来说，角速度很小，如果凹面反射镜110与太阳的位置满足系统要求，在一定时间范围内，即使凹面反射镜110不跟随太阳的位置，凹面反射镜110所反射的光线的汇聚点与预设区域的偏离非常小。因此，为了减小系统一直跟随太阳光的功耗和负担，本发明实施例预先设定了一个时间间隔。控制器以预设的时间间隔执行上述步骤，将系统的持续性工作方式改为间歇性工作方式，可以有效地降低太阳光跟踪系统的成本。

另外，针对于光强采集器的第一种安装方式，本发明实施例还提供了太阳光跟踪方法的另一种具体实施方式。另一种具体实施方式相比于第一种实施方式的不同之处在于步骤S142、步骤S143及步骤S145。在另一种具体实施方式中，步骤S142为：分别获取位于所述直角坐标系的一条坐标轴两侧的两组光强采集器采集的光照强度之间的比值。步骤S143为：判断所述比值是否在第一预设范围内。其中，所述第一预设范围是经过多次精确测量后得到的一个接近于1且包括1的数值范围，当所述比值在所述第一预设范围内时，表示凹面反射镜110反射的太阳光集中照射到隧道入口的预设位置处。当所述比值超出第一预设范围时，执行的步骤S145为：根据所述比值是否大于1及分子与分母所对应的两组光强采集器的位置关系获得凹面反射镜110的转动方向，根据所述转动方向控制机械平台120驱动凹面反射镜110沿所述转动方向转动。当所示比值在第一预设范围内时，此时凹面反射镜110的镜面反射的太阳光射入所述第二端面230的角度满足需求，即此时大部分光射入所述隧道入口的预设位置处，执行步骤S144。

如图11所示，光强采集器A₁与光强采集器A₄以及光强采集器A₂与光强采集器A₃为分别位于第一坐标轴x两侧的两组光强采集器。光强采集器A₁与光强采集器A₃以及光强采集器A₂与光强采集器A₄为分别位于第二坐标轴y两侧的两组光强采集器。在本发明针对上述第一种安装方式的太阳光跟踪方法的另一种具体实施方式中，获取位于所述直角坐标系的一条坐标轴两侧的两组光强采集器采集的光照强度之间的比值的具体算法如下：

$B_1=\frac{V_1+V_3}{V_2+V_4}---\left(1\right)$

$B_2=\frac{V_1+V_4}{V_2+V_3}---\left(2\right)$

V＝R_L×I＝R_L×(P×η+I_D) (3)

式(1)和式(2)中，B₁为表示凹面反射镜110的方位角调节方向的比值；B₂为表示凹面反射镜110的俯仰角调节方向的比值；V为负载电压，V₁，V₂，V₃，V₄分别对应光强采集器A₁，光强采集器A₂，光强采集器A₃及光强采集器A₄。式(3)中，R_L为负载电阻；I为光电池产生的电流；P为照射到光电池上的光照强度；η为光电转换系数，为定值，与温度有关；I_D为光电池的暗电流，为定值，与温度有关，暗电流包括反向饱和电流、薄层漏电流和体漏电流。

假设在同一时刻光强采集器A₁、光强采集器A₂、光强采集器A₃及光强采集器A₄的η、I_D相同，将公式(3)代入公式(1)；

$B_1=\frac{V_1+V_3}{V_2+V_4}=\frac{R_L\×(P_1\×\mathrm{\η}+I_D)+R_L\×(P_3\×\mathrm{\η}+I_D)}{R_L\×(P_2\×\mathrm{\η}+I_D)+R_L\×(P_4\×\mathrm{\η}+I_D)}=\frac{R_L\×(P_1+P_3)\×\mathrm{\η}}{R_L\×\[(P_2+P_4)\×\mathrm{\η}+2I_D\]}$

由于I_D非常小可以忽略不计，因此：

$B_1=\frac{R_L\×(P_1+P_3)\×\mathrm{\η}}{R_L\×\[(P_2+P_4)\×\mathrm{\η}+2I_D\]}=\frac{R_L\×(P_1+P_3)\×\mathrm{\η}}{R_L\×(P_2+P_4)\×\mathrm{\η}}=\frac{P_1+P_3}{P_2+P_4}$

同理可得出

当凹面反射镜110反射的太阳光的方向与所述遮光部件131的第二端面230垂直时，光强采集器A₁、光强采集器A₂、光强采集器A₃和光强采集器A₄接收的光照一致，即光强采集器A₁、光强采集器A₂、光强采集器A₃和光强采集器A₄采集的光照强度一致。此时，式(1)和式(2)中，B₁和B₂的值均为1，或非常接近1的一个数值。当B₁的值超出第一预设范围时，判断B₁是否大于1，当B₁大于1时，说明光强采集器A₁和光强采集器A₃采集到的光照强度之和大于光强采集器A₂和光强采集器A₄采集到的光照强度之和，当B₁小于1时，说明光强采集器A₁和光强采集器A₃采集到的光照强度之和小于光强采集器A₂和光强采集器A₄采集到的光照强度之和。此时，可以根据上述原理获得凹面反射镜110的方位角调节方向。同理，当B₂的值超出第一预设范围时，可以根据B₂是否大于1得到凹面反射镜110的俯仰角调节方向。

当四个光强采集器采用上述第二种安装方式时，在遮光部件131的第二端面230所在的平面上以第二端面230的中心点为原点建立直角坐标系。该直角坐标系包括第一坐标轴x和第二坐标轴y。四个光强采集器分为两对，一对光强采集器分别设置在所述第一坐标轴x的正、负半轴上，另一对光强采集器分别设置在所述第二坐标轴y的正、负半轴上。针对于上述光强采集器的第二种安装方式，本发明实施例提供了太阳光跟踪方法的一种具体实施方式，如图17所示，所述方法包括：

步骤S151：控制器获取四个光强采集器采集的光照强度；

步骤S151的具体原理与上述步骤S141类似，此处不再赘述。

步骤S152：控制器获得属于同一对光强采集器中的两个所述光强采集器采集的光照强度之间的差值；

由于所述控制器内设有对应表，所述对应表包括每个所述光强采集器的身份标识与其在所述遮光部件131的第二端面230上的安装位置的对应关系。因此，控制器获取到四个光强采集器采集的光照强度后，查找每一个光照强度对应的光强采集器的安装位置，根据所述安装位置计算属于同一对光强采集器中的两个光强采集器采集的光照强度之间的差值。例如，如图12所示，光强采集器A₁和光强采集器A₂属于同一对，光强采集器A₃和光强采集器A₄属于同一对。

步骤S153：判断所述差值的绝对值是否大于第二预设阈值；

其中，所述第二预设阈值是经过多次精确测量后得到的一个数值。所述第二预设阈值的具体取值可以根据所述遮光部件131的安装位置和所述第二端面230与凹面反射镜110的镜面中心点与所述预设位置的连接的夹角而设定。当属于同一对光强采集器中的两个所述光强采集器采集的光照强度之间的差值的绝对值均小于或等于所述第二预设阈值时，表示安装在遮光部件131上的所有光强采集器采集到的凹面反射镜110反射的太阳光的强度相等。此时，凹面反射镜110的镜面反射的太阳光射入所述探测装置130的角度满足需求，遮光部件131的第二端面230与凹面反射镜110的反射光路径垂直，且经凹面反射镜110的镜面的中心点照射至所述隧道入口的预设区域的光线与遮光部件131的中心轴重合，大部分经凹面反射镜110反射的太阳光入射到所述隧道入口的预设位置处，执行步骤S154。

当所述差值的绝对值大于第二预设阈值，即表示所述差值对应的光强采集器的采集的光强度值有较大的差异，表示入射所述探测装置130的太阳光的角度发生偏移，从而导致一部分太阳光未射入预设区域，因此，需要调整凹面反射镜110的角度，即执行S155。

步骤S155：根据所述差值的正负以及所述差值对应的两个光强采集器的安装位置获得所述凹面反射镜110的转动方向，根据所述转动方向控制所述机械平台120驱动所述凹面反射镜110沿所述转动方向转动；

如图12所示，所述光强采集器A₁位于第二坐标轴y的正半轴，所述光强采集器A₂位于第二坐标轴y的负半轴，所述光强采集器A₃位于第一坐标轴x的负半轴，所述光强采集器A₄位于第一坐标轴x的正半轴。此时，所述光强采集器A₁位于所述第二端面230的上端，所述光强采集器A₂位于第二端面230的下端，所述光强采集器A₃位于第二端面230的左端，所述光强采集器A₄位于第二端面230的右端。

当所述光强采集器A₁和光强采集器A₂的光照强度之间的差值大于0，根据所述光强采集器A₁和所述光强采集器A₂的位置关系，可以得出射入所述第二端面230的光线向上偏移了，则所述控制器得到的凹面反射镜110的转动方向为竖直方向顺时针转动，从而控制机械平台120沿着所得到的转动方向调节凹面反射镜110的俯仰角。

当所述光强采集器A₁和光强采集器A₂的光照强度之间的差值小于0时，则所述控制器得到的凹面反射镜110的转动方向为竖直方向逆时针转动，从而控制机械平台120沿着所得到的转动方向调节凹面反射镜110的俯仰角。

当所述光强采集器A₃和光强采集器A₄的光照强度之间的差值大于0时，根据所述光强采集器A₃和所述光强采集器A₄的位置关系，可以得出射入所述第二端面230的光线向左偏移，则所述控制器得到的凹面反射镜110的转动方向为水平方向顺时针转动，从而控制机械平台120沿着所得到的转动方向调节凹面反射镜110的方位角。

同理，当所述光强采集器A₃和光强采集器A₄的光照强度之间的差值小于0时，所述控制器得到的所述凹面反射镜110的转动方向为水平方向逆时针转动，从而控制机械平台120沿着所得到的转动方向调节凹面反射镜110的方位角。

所述控制器控制所述凹面反射镜110的转动后，再次返回执行步骤S151和步骤S152，再次获得属于同一对光强采集器中的两个所述光强采集器的安装位置以及采集的光照强度之间的差值，然后在执行一次步骤S153，直至再次获得的差值小于或等于所述第二预设阈值。

当所述差值的绝对值小于或等于第二预设阈值，则表示此时凹面反射镜110的镜面反射的太阳光射入第二端面230的角度满足需求，即此时大部分光射入所述隧道入口的预设位置处。则此时，步骤S154。

步骤S154：延时预设时间。

步骤S154的具体实施方式可以参照步骤S144，此处不再赘述。

另外，针对于光强采集器的第二种安装方式，本发明实施例还提供了太阳光跟踪方法的另一种具体实施方式。另一种具体实施方式相比于第一种实施方式的不同之处在于步骤S152、步骤S153及步骤S155。在另一种具体实施方式中，步骤S152为：获得属于同一对光强采集器中的两个所述光强采集器采集的光照强度的差和比。步骤S153为：判断所述差和比的绝对值是否大于第三预设阈值。其中，所述第三预设阈值是经过多次精确测量后得到的一个数值。当所述差和比的绝对值小于或等于第三预设阈值时，表示凹面反射镜110反射的太阳光集中照射到隧道入口的预设位置处，此时凹面反射镜110的镜面反射的太阳光射入所述第二端面230的角度满足需求，即此时大部分光射入所述隧道入口的预设位置处，执行上述步骤S154。当所述比值大于第三预设阈值时，执行的步骤S155为：根据所述差和比的正负及属于同一对的两个光强采集器的位置关系获得凹面反射镜110的转动方向，根据所述转动方向控制所述机械平台120驱动所述凹面反射镜110沿所述转动方向转动。

如图12所示，光强采集器A₁与光强采集器A₂为一对光强采集器，光强采集器A₂与光强采集器A₄为另一对光强采集器。光强采集器A₁位于第二坐标轴y的正半轴，光强采集器A₂位于第二坐标轴y的负半轴，光强采集器A₃位于第一坐标轴x的负半轴，光强采集器A₄位于第一坐标轴x的正半轴。在本发明针对上述光强采集器的第二种安装方式的另一种具体实施方式中，获得属于同一对光强采集器中的两个所述光强采集器采集的光照强度的差和比的具体算法如下：

$B_1=\frac{V_3-V_4}{V_3+V_4}---\left(4\right)$

$B_2=\frac{V_1-V_2}{V_1+V_2}---\left(5\right)$

同理，可以得到：式(4)和式(5)中，B₁为表示凹面反射镜110的方位角调节方向的比值，B₂为表示凹面反射镜110的俯仰角调节方向的比值。

当射入所述探测器平面的光线与所述遮光部件131的第二端面230垂直时，光强采集器A₁、光强采集器A₂、光强采集器A₃和光强采集器A₄接收的光照一致，光强采集器A₁、光强采集器A₂、光强采集器A₃和光强采集器A₄的光照强度一致，即式(4)和式(5)中，B₁和B₂的值均为零，或非常小的一个数值。

当B₁的值大于第三预设阈值时，判断B₁的正负，当B₁为正值时，说明光强采集器A₃采集到的光照强度大于光强采集器A₄采集到的光照强度，当B₁为负值时，说明光强采集器A₃采集到的光照强度小于光强采集器A₄采集到的光照强度。此时，可以根据上述原理获得凹面反射镜110的方位角调节方向。同理，当B₂的值大于第三预设阈值时，可以根据B₂的正负得到凹面反射镜110的俯仰角调节方向。

另外，所述控制器具有电子钟的功能，例如，所述控制器内设有电波时钟模块，所述电波时钟模块能够接收来自标准时间电波发射塔发射的标准时间电波信号，能够获得标准时间，或者，也可以是所述控制器内设有电子表模块，所述电子表模块的时间始终等于当地时间。

所述控制器判断根据所述电波时钟模块接收的标准时间是否在预设时间范围内。当接收的标准时间在预设时间范围内时，则执行所述太阳光跟踪算法。当接收的标准时间不在预设时间范围内时，则不执行所述太阳光跟踪算法，直至所述当地的标准时间在所述预设时间范围内。其中，所述预设时间可以是上午6点至下午18点，即所述集光系统在下午18点至第二天早上6点的光照不充足的情况下，停止太阳光跟踪，减少能源消耗。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。