海洋是生命的摇篮,约占地球表面积的三分之二,它不但包含了丰富的生物资源,而且对全球的气候及环境有重大影响。近年来,随着对海洋探索研究的深入,水下工作装置日益增多,装置的能量补给逐渐成为关注的重点。在能源匮乏的今天,利用可再生能源为水下工作装置提供补给更具现实意义。海洋中蕴含了丰富的太阳能、潮汐能、温差能等,其中潮汐能和温差能的利用受到区域限制,而太阳能遍布海面,能量密度最高。当太阳光进入海水后会随着海水深度的增加而不断衰减,但海水中“透光窗口”的存在证明光线在水下还是可以被有效利用的。随着光线能量被逐渐吸收,为了增大能量密度,需要采用聚光技术。另一方面,太阳能光伏发电技术在陆面上的应用已经非常成熟,但是在水中聚光发电的研究还甚少,是一个值得探索和研究的问题。为此,本文提出了水下柔性太阳能聚光及水下聚光PV发电的概念,并为此进行了理论研究和实验探索。首先,本文介绍了水下柔性聚光器及其PV系统的工作原理和结构组成,选取ETFE膜结构材料和Ga As电池板,完成系统的整体设计。通过理论计算和模拟仿真,分析了水下柔性聚光器及其PV系统的工作性能。其中,膜结构在均布载荷情况下变形曲线为圆弧,利用Light Tools模拟聚光器在不同变形率和光线入射角时聚光器的聚光性能。对太阳能电池板进行热理论计算和仿真,得到其在水环境中的热扩散远优于在空气中。从海面入射光出发,分析了光能在海水中的传播和衰减,得出不同海水深度情况下系统效率先迅速下降之后趋于平缓的趋势。然后,搭建柔性聚光器测试平台并对试验结果进行处理和分析。首先对聚光器膜结构的变形情况进行测试,通过Light Tools对测试结果进行仿真分析,得到聚光器聚光性能与理论计算结果的变化趋势相同。分析单面和双面聚光器分别位于空气和水环境中的聚光焦距和光斑大小,得到结果和仿真结果非常接近;并利用CCD相机和MATLAB程序分析光斑能量分布随变形率和入射角的变化。最后,搭建了聚光光伏(CPV)系统,测试得到在聚光器不同条件下光伏电池板的性能参数。分析得到水下柔性聚光器及其PV系统在水环境中输出电流电压优于其在空气中,且工作性能稳定,验证了系统的可操作性。在以后的研究中可根据该实验和仿真得到的结果对大型装置进行模拟和进一步的应用。