对于太阳能中温热利用系统,研发出具有价格竞争力的聚光集热器是其能否得到应用推广的关键。碟式聚光镜群具有较高的余弦效率,没有阻挡损失,镜场光学效率卓越。而传统的抛物碟式聚光器在加工、安装调试,或能流密度的均匀性方面均存在一定缺陷,使得碟式系统的成本一直居高不下。基于以上背景,本文提出了一种快速定姿的菲涅耳碟式聚光器的模型和定姿算法,成本低、显著简化了聚光器安装时的调光过程,可灵活布置利用碎片化闲散空间建设分布式可再生能源系统。论文主要从以下几个方面展开了理论分析与探索:(1)提出了菲涅耳碟式聚光器镜面模型,以多圈环形阵列排布的平面子镜替代抛物型镜面,解决了碟式聚光器对镜面特殊制造需求而带来的高成本问题。对菲涅耳碟式聚光器,分析子镜尺寸、圈数、子镜数目对聚光器性能的影响。结果表明:聚光器半径一定时,子镜尺寸越小,圈数越多,几何聚光比越高,并且聚光比随圈数增加的速度越快,但是成本也相应增加。(2)提出了一种快速确定菲涅耳碟式聚光器子镜姿态的算法,计算出各圈子镜的最佳内倾角,使该圈子镜在焦平面上形成的焦斑半径达到最小值。认为当子镜中心点反射太阳光锥所形成的焦斑半径为最小值时,该圈子镜在焦平面上形成的焦斑其半径也达到最小值,即我们可通过子镜中心点的反射光束大小来确定各圈子镜的最佳内倾角。(3)分析菲涅耳碟式聚光器焦平面上的能流密度分布特征,TracePro光学软件模拟不同倾斜角、吸热器高度下,各圈子镜的焦斑变化,焦斑仿真分析结果验证了算法的正确性。对已经得到的焦平面能流密度进行性能分析。当吸热器高度为1349mm时,焦平面上98.7%能量分布在半径为112mm范围内,能量分布相对均匀。(4)对菲涅耳碟式聚光器的支撑结构以及反射镜面的调焦系统进行构造设计。只需要在初始状态时,保证所有平面子镜精确调整在同一平面内,聚光器就能够同步完成所有子镜倾角设置,而不是各子镜倾角逐面设置,实现聚光器的快速精准调姿。调姿完成后,调焦杆件拆除,同一套调焦机构可多次重复使用,成本降低。