常规能源的有限性及分布不均匀性,能源供应不足等问题逐渐凸显,太阳能等可再生能源备受瞩目。为克服太阳辐照密度低问题,复合抛物聚光器(CPC:Compound Parabolic Concentrator)因结构简单且能高效聚光而获得广泛认可,传统CPC在使用过程中受制于倾角摆放及工艺制作难度大,难以规模化应用。因此,本文基于传统CPC面形结构,针对其复合抛物面形构建了非对称复合抛物聚光器(PACPC:Asymmetrical Compound Parabolic Concentrator)及非对称复合平面聚光器(PACPC-P:Asymmetrical Compound Plane Concentrator),并对面形进行光学特性理论研究、模拟及实验验证,主要研究内容如下:(1)利用边缘光线原理,结合微分方程理论,构建了PACPC面形结构模型。采用辐射能计算方法,建立了其面形结构的直散辐射理论。并对所构建的系统模型进行光学模拟,研究发现PACPC对光线的会聚能力不仅受到接收半角影响,还受到面形结构影响,且系统模型的光学效率与面形的反射率成正比例关系。PACPC吸收体表面捕获到的辐射能非均匀分布,且随着光线入射角度的增加,能流均匀性呈现出先变差后向好的趋势,辐射能峰值焦斑位置从右到左移动。(2)以当地典型气象年日总辐射数据为依据,采用太阳辐射直散分离理论,获得PACPC了系统模型采光特性随全年的变化规律。通过将PACPC系统模型与平板系统模型的采光量进行对比发现,采光量提高比随着月份的增加呈现出“M型”分布,在两分季节月平均采光量提高比较明显,最大可提高24.10%,并且PACPC系统模型对光线的采集量与反射率成线性关系。(3)基于PACPC面形结构基础,采用等接收半角方法和弦截法,通过程序计算,得到非对称复合平面聚光器(PACPC-P)面形结构,分析了平面数与反射面共同接收半角之间关系。结果发现反射面的共同接收半角以及聚光器的光学效率随着平面数的增多而增大,当光线入射角在反射面共同接收半角附近,平面数越多聚光器的光学效率变化越快,但其光学效率整体低于PACPC系统模型的光学效率。PACPC-P吸收体表面能流分布均匀性随着光线入射角的增加而增大,呈现出先变差后向好的趋势,且吸收体左右两端分布尤为不均匀。(4)对PACPC-P的北面反射面进行光线跟踪实验验证,发现平面化面形对光线的反射会聚情况与理论一致,实验误差最大达到4%。构建平板集热系统、PACPC与PACPC-P集热系统,验证其集热特性,结果表明在捕获7小时太阳辐射能过程中,PACPC集热性能与PACPC-P集热性能都优于平板集热系统,正午时分,工质温差分别达到11.5℃和6.2℃,而PACPC-P集热系统中的工质温度略低于PACPC集热系统内的工质温度。