高倍聚光光伏技术利用光学设备把太阳辐射汇聚到高效太阳电池芯片上,以提高太阳电池的光电转换效率、减少半导体材料的用量、降低发电成本。由于聚光透镜以及太阳跟踪器的使用,高倍聚光光伏电站的设计和控制比传统固定式平板光伏电站更为复杂。对高倍聚光光伏电站进行优化设计,减少系统损失、提高发电效率是光伏技术应用中的一个重要课题。针对高倍聚光光伏电站设计与运行控制中的一些关键问题进行讨论,并提出相应的优化解决方案。高倍聚光光伏电站的布局设计中,确定跟踪面板的间距需要权衡利弊：面板间距过大会造成土地占用面积的增加以及线缆等设备成本上升；而面板间距过小会加剧面板间的相互遮挡,导致电站的总发电量下降。针对这一问题,提出基于坐标系旋转变换模型与太阳电池等效电路仿真模型的跟踪面板间距计算方法,对高倍聚光光伏电站中跟踪面板的布局进行优化。首先,建立基于坐标系旋转变换的跟踪面板遮挡面积计算模型,将跟踪面板上的点与限制条件从常用的地平坐标系中的表达式变换到逐日面坐标系中,并建立数学模型依据跟踪面板规格、间距和太阳方位等参数计算任意时刻跟踪面板及其中各个模组与接收器的被遮挡面积。随后,应用经典太阳电池单二极管等效电路模型对各个接收器在不同遮挡条件下进行仿真,根据全年各个时刻的跟踪面板遮挡面积与太阳直射辐照度数据,对电站由于遮挡引起的全年发电量下降情况进行仿真计算。最后,在不同的电站布局和模组连接方案下,对电站年发电量计算结果进行评估,选取遮挡导致发电量损失最小的布局方案作为电站的最优布局方案。高倍聚光光伏电站中,太阳跟踪器的控制策略需要使接收能量增益与跟踪器能耗之间取得平衡：若跟踪控制周期设定得过长,会使入射角的偏差过大,导致模组输出下降;若控制周期设定得过短,会因跟踪的频繁动作引起跟踪能耗上升。针对这一问题,对跟踪器的控制策略进行优化改进。首先,通过对太阳视运动轨迹与跟踪器跟踪轨迹的分析,确定跟踪器两旋转轴的控制周期与跟踪偏差角以模组输出下降量的相关性。随后,根据分析结果改进跟踪策略：跟踪器在旋转轴动作前对跟踪偏差角的减小量进行预测,选择更有效减小实际跟踪偏差角的旋转轴实施跟踪动作。最后,对改进的跟踪策略进行评估,其在保持模组高输出功率的同时使跟踪器的能耗得以大幅降低。此外,对电站跟踪面板的强风保护策略进行优化改进,在传统强风保护策略对风速判断的基础上,加入对风向和面板朝向因素的考虑,计算出跟踪面板在任意时刻风速、风向和面板朝向下的实际受力,将实际受力的大小作为强风保护是否开启的判断标准。在优化设计的基础上,建成44.5 kW地面高倍聚光光伏电站和80.5 kW屋顶高倍聚光光伏电站。对建成的高倍聚光光伏电站进行为期一年的运行监测与性能评估,分析太阳辐照度、环境温度、风速以及云层遮挡等环境因素对高倍聚光光伏电站各项性能的影响。其次,针对高倍聚光光伏电站的性能特点,对传统高倍聚光光伏电站发电量估算模型进行改进。改进后的模型采用水平面的太阳全局辐照度与漫射辐照度代替垂直直射辐照度作为模型的输入参数,并将逆变器效率表达为太阳辐照度的函数,改进后的模型具有更高的通用性与准确性。最后,根据改进的高倍聚光光伏电站发电量估算模型,给出了在全国不同地区建设高倍聚光光伏电站的预期发电时数分布图,对高倍聚光光伏电站的发展提供必要的理论依据。