能源和环境问题是当今世界面临重要难题。太阳能已成为实现能源可持续发展的重点。太阳能聚光技术能将太阳光汇聚到面积很小的高性能聚光太阳能电池上，提高太阳光辐照能量密度，提高效率；同时，廉价的聚光系统和小面积的太阳能电池可以大幅度地降低系统的成本及稀缺昂贵的太阳能电池材料。高聚光的太阳能电池散热问题是影响光伏电池性能和系统可靠性的重要因素。本文针对高倍数聚光光伏系统中高热流密度光伏电池的散热问题，确保光伏电池工作在正常的温度范围内的安全性等难题，设计了特殊的热管散热器并进行了相关的实验研究。主要开展的研究工作如下：1.本文基于太阳能聚光系统和太阳能聚光电池特性，分析世界典型城市太阳能聚光系统的能量传递特性。本文对上海、拉萨、西安、柏林、悉尼和纽约6个典型城市的太阳高度角、太阳方位角、太阳直射辐射强度等太阳参数进行了详细的理论计算，并根据相关单晶硅和三结砷化镓光伏组件的性能参数，对上述6个城市的日发电量进行了理论计算，计算结果表明，聚光组件的日发电量是单晶硅组件的1.85倍左右，而拉萨、悉尼和西安是比较适合光伏系统发展的理想地点。计算了温度对聚光光伏组件和单晶硅光伏组件性能的影响，结果表明，聚光光伏组件的温度系数要明显低于单晶硅光伏组件，因此适合于高倍聚光条件下。2.本文设计了与聚光太阳能电池匹配的热管。热管蒸发端与聚光太阳能电池接触，其传热性能和热管蒸发端温度分布对电池性能和热管效率影响显著。建立了热管散热器蒸发端数值模拟计算模型，设置了边界条件、控制方程和物性参数。通过数值计算，模拟分析得到太阳能聚光比、热管倾斜角度和充液量等参数对蒸发端底面温度分布和蒸发端内部蒸发沸腾传热特性。对热管散热端的矩形翅片的传热特性进行了数值模拟，分析了翅片间距和翅片长度对翅片换热的影响。数值模拟的结果为热管散热器的设计和安全运行提供了指导。3.搭建了高倍数碟式聚光光伏系统，对设计的热管散热器进行了试验研究。得到不同充液率、不同聚光比时，光伏电池和蒸发端底面温度的实验结果，并与仿真结果进行了对比，其中光伏电池的温度相差在5～9K之间，蒸发端底面的温度相差8～12K之间；根据各种工况下对聚光光伏系统中热管的实验研究结果，得到热管散热器蒸发端平均蒸发沸腾换热系数的参数关联式。4.实验研究了聚光比为75X、100X、125X、150X、175X、200X时聚光光伏系统的特性，当聚光比为200X，平均太阳直射辐照强度为600W/m2、环境平均温度为28.9℃时，得到聚光光伏电池的平均开路电压是2.72V、平均短路电流是0.65A、平均功率密度是2.07W/cm2、平均转换效率是26%、平均电池温度是63.51℃。实验得到光伏电池的功率、转换效率和填充因子随着太阳能电池温度增加而降低特性。5.基于所搭建的碟式高倍聚光光伏发电系统以及光伏电池的单二极管模型等效电路，建立了三结聚光GaInP/GalnAs/Ge叠层光伏电池电学特性的数学模型，深入分析了在聚光比分别为120X、130X、140X和150X下电池的电学特性，并与实验测量值进行了对比。高倍聚光条件下，三结砷化镓光伏电池电学特性的理论计算值与实际测量结果存在着一定的误差，聚光比相同时，开路电压的误差为2.08%，电池效率的误差为12.4%；电池温度相同时，开路电压的误差为2.04%，电池效率的误差为8.4%。本课题得到教育部博士点基金项目“聚光光伏系统中太阳能电池的冷却问题研究（编号200802520006）”和上海市研究生创新基金项目(JWCXSL1021)支持。