聚光光伏光热综合利用技术(C-PV/T)是一种具有代表性的太阳能利用技术,其实现了能量的梯级利用,并易于建筑结合,有着广阔的应用前景。聚光器不仅解决了光伏电池表面辐照强度过低的问题,同时也使系统出口处的水温得到了提高。本文对一种适用于PV/T热电联供技术的复合抛物面的结构进行设计,综合考量其光学性能与制造成本,设计了一种接收面上光线分布均匀且制造成本相对较低的WD-CPC,并对其进行了理论分析、仿真模拟以及实验测试,具体研究内容如下:(1)建立了地球辐照数学模型,模拟了任意时刻的晴朗天气的辐照,通过公式验证了北京昌平地区的太阳辐射情况(太阳高度角、方位角、天顶角、日出日落时间)。研究了一种确定截取后聚光比与截取比的设计方法。此外,得到了该设计方法下,CPC各个尺寸规格参数的计算公式。(2)确定了 CPC聚光器的最佳光线接收平面、最佳截取区间,在此基础上,综合考虑聚光器的光学性能与制造成本,确定了 CPC聚光器的最佳截取比,设计了一种接收面上光线分布均匀且制造成本相对较低的WD-CPC。仿真结果表明,截取后聚光比为3的WD-CPC,接收面位置为28.0092mm,其接收面上的最大辐照强度为2616.9W/m2,最小辐照强度为1648.0W/m2,非均匀度为0.2272,该聚光器的高度为333.5mm,接收半角为42.89°;截取后聚光比为4的WD-CPC,接收面位置为18.0726mm,其接收面上的最大辐照强度为3712.3W/m2,最小辐照强度为2086.3W/m2,非均匀度为0.2804,该聚光器的高度为543.4mm,接收半角为35.35°。(3)在WD-CPC的设计基础上,通过Lighttools仿真软件的灵敏度分析功能,对WD-CPC进行进一步优化,提出光线补偿方法,在WD-CPC下部加装光线补偿镜片,并将接收面位置下移,结果表明,对于截取后聚光比为3的WD-CPC,光线补偿镜片倾斜角度为0.44°,接收面位置为29.762mm,此时接收面上最大光强为2495.0W/m2,最小光强为1817.7W/m2,非均匀度为0.1570;对于截取后聚光比为4的WD-CPC,光线补偿镜片倾斜角度为4.10°,接收面位置为20.020mm,此时接收面上最大光强为3402.0W/m2,最小光强为2277.2W/m2,非均匀度为0.1980。(4)搭建了聚光光伏光热(PV/T)热电联供实验平台,对聚光比为4,带光线补偿的WD-CPC进行了性能测试。实验性能测试中,在WD-CPC的最佳接收平面上,最大接收辐照为2587.2W/m2,最小接收辐照为1902.1W/m2,计算得到实际的非均匀度为0.153,测试结果与仿真结果具有一致性。