空间太阳能电站(SSPS)是在空间轨道上将太阳能收集、转换为电能，并通过微波、激光等方式将其发送至地面，再由地面装置将电能转换为地面电力的天地一体化系统。SSPS-OMEGA方案作为一种新型的 SSPS聚光系统设计方案，可以轻质、高效、稳定地收集太阳光。但是，光线经过球型薄膜能量收集阵（OMEGA）会聚到光伏电池表面时易出现分布不均匀、聚光比过大的问题，这些问题不但会导致光伏电池的光电转换效下降，而且还会因为电池表面受热严重而导致电池性能降低甚至失效。本文针对球形聚光系统光伏电池表面聚光分布不均匀的问题，研究了光伏电池表面的能量均匀化分布设计方法，为SSPS-OMEGA方案的完善提供依据。　　首先，本文针对球形聚光系统进行了光学特性分析，研究了球形聚光器的线聚焦原理，建立了线聚焦区域不同位置与对应能流密度之间的数学关系式，并根据关系式绘制出了线聚焦上的能流密度分布曲线。同时，分析了影响球形聚光系统光学性能的主要因素，为本文的能量均匀化分布设计提供基础。　　其次，本文根据蒙特卡罗光线跟踪方法原理，建立了入射光线的发射位置与入射方向的蒙特卡罗概率模型并编写了聚光特性仿真模拟程序，对球形聚光器电池馈源表面的光强分布进行了均匀性优化设计，得到了一种陀螺形电池馈源结构形状，提高了电池表面光强均匀性。随后又设计了一种针对陀螺形馈源电池的树形导热结构，改善了电池表面的散热问题。　　最后，本文搭建了球型聚光系统的缩尺模型试验平台，完成了初始直线形馈源和优化后陀螺形馈源表面能量分布特性的测试试验，分析对比了测试数据与仿真结果的吻合程度，从试验角度验证了本文所设计的陀螺形馈源的合理性。