我国藏区和西北高原地区太阳能资源丰富,但气候严酷、室外气温冷热交替频繁、温度波动幅度大,这些复杂的极端动态环境条件,使得平板式太阳能集热器易产生冻裂、过热等损害问题。基于此,本文首先分析了平板集热器动态热过程,建立了热传递数学模型,提出了集热器冻害因子等评价指标;对藏区高原环境下平板集热器的热性能进行了数值模拟研究;搭建了平板集热器性能测试实验平台,对不同管径、管间距等条件下平板集热器性能开展实验研究;在此基础上,提出同时缓解冻裂、过热问题的相变平板集热器,对该相变集热器蓄放热过程及热性能进行了实验研究,并对其在拉萨地区特殊环境条件下进行了动态模拟分析。通过理论分析平板集热器的结构及能量守恒关系,获得了能量传递过程中的有用能、热损失及光损失等能量计算公式。根据集热器传热热阻网络图,建立了平板集热器的传热模型,对平板集热器的各个传热环节和热性能评价指标进行了分析,并提出了冻害温差、冻害持续时间和冻害程度等平板集热器冻害评价指标。建立了平板集热器分析模型,模拟研究了藏区高原环境下平板集热器的热性能,获得了藏区高原地区典型城市夏、冬季出口温度变化规律、热效率及有用能。通过实验掌握了普通平板集热器的管径、管间距对集热器效率及热损失的影响。实验结果表明:减小管间距,可增大集热器效率,减少热损失;增大管径,可增大集热器效率,但热损失也会随之增大。在此基础上,选取最优结构的平板集热器,利用相变材料(PCM)的蓄放热特性,设计了一种内部铺设两种不同熔点的相变材料的相变集热器以提高平板集热器耐冻耐高温性能,并进行性能测试实验,结果表明:高温工况下高熔点PCM在集热器水温较高时可进行蓄热,集热器吸热板升温时间可延长达1.6h以上,从而有效减缓集热器升温,缓解过热问题,而在集热器降温时,可有效利用相变材料蓄热量,减缓集热器降温速率,延长降温时间可达1h,从而提高了集热器无辐射或低辐射条件下的热性能,且集热器表面的热流变化趋势与吸热板温度相似;低温工况下低熔点PCM在水温较低时可凝固放热,降低集热器降温速率,对于低熔点PCM在下方和在上方两种情况,可延长集热器降温时间分别达6.4h和3.1h,从而有效提高集热器防冻性能。此外,对比普通集热器与相变集热器的热性能发现:相变集热器效率较大,所获有用能有所增加,高、低熔点相变材料不同的上下位置对集热器效率影响不大。在拉萨实际条件下,相变平板集热器模拟研究结果表明:夏季条件下,相变集热器与普通集热器出口温度大致相同,而吸热板温度明显降低,可通过选择合适熔点的高熔点PCM或增加PCM潜热来减少过热时间段,从而提高集热器耐高温性能;拉萨冬季条件下,相变集热器中的低熔点PCM大幅减少了集热器冻害持续时间,所减少时间可达9h以上,减小了集热器冻害温差,将夜间最低温度提高约11℃,冻害程度大幅减小,有效提高了集热器的防冻性能。通过上述理论分析、数值模拟和实验研究,分析提出了平板集热器冻害评价指标,获得了藏区高原地区典型城市夏、冬季环境下平板集热器的热性能,明确了管径、管间距对平板集热器效率及热损失的影响规律,掌握了所提出相变集热器的蓄放热过程及耐冻耐高温性能,为缓解藏区高原环境下平板集热器的冻裂过热问题提供了基础。