太阳能清洁无污染、储量巨大、可持续利用,是重要的可再生能源。由于太阳能存在能流密度低、间歇性以及空间分布不均匀等缺点,因此提高太阳能发电系统的效率,降低发电成本仍是目前太阳能应用中面临的主要问题。太阳能聚光光伏发电技术,利用光学聚光组件提高入射到太阳能电池表面的光能量密度,可以减少系统中昂贵太阳能电池的使用,并可大幅度提高系统整体转换效率,是降低发电成本提高发电效率的有效途径,而太阳能聚光器是聚光光伏发电系统的重要组件之一,对其进行系统研究具有重要的应用价值。论文首先研究了菲涅耳太阳能聚光器(菲涅尔透镜)的设计方法,给出了统一设计公式的简略推导过程,获得了菲涅尔透镜的通用设计公式；根据菲涅尔透镜的结构特点,分析了菲涅尔聚光器的光学损失机理和影响太阳能聚光器光学效率的因素；采用Pro/E三维参数化建模技术与Tracepro光学软件,对不同采集面上菲涅尔聚光器的光斑能量分布进行了光学仿真,研究表明通常设计的菲涅尔透镜均存在光斑能量分布不均匀,影响太阳能聚光电池发电效率的问题；针对该问题,论文提出了通过设计多焦点透镜结构和采用二次光学镜两种实现焦斑能量分布均匀化的方法,并通过光学仿真对两种方案能量均化程度和相对于发电系统的容差定性进行了对比分析,比较了各自的优缺点。为了评定聚光系统的设计方案以及仿真分析的准确性,论文对聚光系统光学效率测试方法进行了实验研究,分析了初步的实验数据,结果表明论文中提出的方案设计是可行性的。