人类社会进步的脚步逐渐加快,特别是工业革命的快速发展,拉开了能源消耗的序幕,大量能源的使用为当今社会的发展提供了强有的动力,但也导致了能源危机,为此,可再生能源备受青睐。可再生能源在世界能源结构中的比例逐渐上升,其中太阳能的研究十分活跃。在太阳能聚光领域中,复合抛物聚光器(CPC:Compound Parabolic Concentrator)因系统工作有较好的稳定性而引起了广泛关注,但CPC为弧面结构,其制造工艺要求较高且难以工业化应用,限制了CPC的发展。因此,本文针对传统CPC的面形结构进行优化研究,开展了复合平面聚光器(CPLC:Compound Plane Concentrator)的面形结构构建、光学效率及实验验证对比研究,其主要工作包括:(1)基于边缘光线原理,获得了CPC面形结构理论,采用光学软件TracePro进行模拟,验证了CPC耦合的太阳能集热系统模型光学特性,且CPC的聚光比达到聚光的要求。依据昆明当地的典型气象年的数据,获得CPC耦合的太阳能集热系统模型所接收的理论总辐射值为14278.26MJ,传统的太阳能集热系统模型所接收的理论总辐射值为10607.67MJ,相对提高比为34.57%。(2)针对CPC面形结构,采用等逃逸半角的方法,理论构建出CPLC面形结构,获得CPLC的光学效率,光学验证结果表明所构建的CPLC维数越多,CPLC耦合的太阳能集热模型的光学效率越高,当平面化维数N为4时的光学效率为96.65%,且平面化维数N趋近无穷大时,其光学效率等同于CPC。模拟了影响CPLC因素,包括全玻璃太阳能真空管外管透射率、全玻璃太阳能真空管内管吸收率和高亮反射膜反射率对CPLC四等分时的光学效率影响,运用光学设计软件TracePro光线跟踪时,发现不同角度入射光线的光学效率呈波动式变化。(3)以全玻璃真空管作为吸收体开展了实验研究,在天气晴朗情况下,四等分复合平面聚光器(CPLC-4D)耦合的太阳能集热系统和传统的太阳能集热系统的集热特性研究,实验结果发现平均总辐射为737.36W/m~2时,CPLC-4D耦合的太阳能集热系统相对于传统的太阳能集热系统的集热效率提高比为18.20%,且CPLC-4D耦合的太阳能集热系统温度上升速度均高于传统的太阳能集热系统温度上升速度。