目前,相对成熟的大规模太阳能发电技术为光热和光伏发电。对于光伏发电,太阳光中存在所有波段的光子,而其中只有一部分能被太阳电池用来发电,其余的部分进入电池之后不会被用于发电,反而会变成热量使电池升温,从而降低光电转换效率。因此,用分频的方法将部分不可与电池发生响应的光子分离出来进行热利用可以有效地降低电池温度并提升太阳能的能量转换效率。本文针对太阳能光伏系统太阳能利用效率较低的问题,提出了一种新型的分频光伏/聚光光热系统,以获得低成本且高效利用太阳能的途径。本文完成的主要工作和结论包括以下几个方面:首先,提出一种新型的太阳能分频光伏/聚光光热利用系统。给出了该分频光伏/聚光光热系统的布置和设计方法。该系统主要由多段式光伏板、光谱分频聚光装置和集热管组成。光伏利用部分采用非聚光的方式,分频器在进行光谱分频的同时还兼作聚光器,用于集热管的聚光光热利用。系统的分频器是一种光谱选择性薄膜,采用Nb2O3和Na3Al F6作为高折射率材料,Ge作为低折射率材料,在250～2500 nm波长范围内,分频器的平均反射率为27.2%,平均透射率为72.8%;其次,利用蒙特卡罗光线追迹法对该分频光伏/聚光光热系统的聚光过程进行了模拟和分析,得到了该系统的光学特性。给出表征该系统光学特性的主要参数,对系统关键几何参数对光学特性参数影响进行了分析,计算结果表明,对于相同的集热管直径而言,集热管几何聚光比随着相对孔径的增加而增加。当相对孔径相同时,几何聚光比随着集热管直径的增加而降低。利用光学仿真模拟的方法对基于该分频光伏/聚光光热系统中集热器安装位置对光热利用子系统光学效率的影响进行分析,结果表明,为了保持95.0%或更高的辐射能接收效率,集热管的高度范围应为978 mm～1022 mm。同时,对对日跟踪误差对该系统的光学效率的影响进行了分析,结果显示,当入射太阳光的偏角增大到1°,系统整体光学效率下降到93.8%,说明该系统对对日跟踪误差有较强的适应性;最后,对分频光伏/聚光光热系统中光伏子系统、光热子系统和整个系统的热力学相关参数进行定义,分析了各子系统的输出功率和能量效率,当假设光热子系统用于热机发电时,计算结果表明,光伏利用子系统的输出功率和光热利用子系统的输出功率分别为1665W和413.3 W,系统的光伏转换效率和整体能效分别为26.7%和24.2%。研究了三个典型参数对系统热力学行为的影响,包括入射太阳辐照度,光伏电池和太阳能集热器的工作温度。分析结果表明,随着太阳辐照度的增加,系统的总输出功率和总能量效率均增加;光伏电池温度的升高可能导致光伏子系统的光电转换效率降低,从而导致系统的总输出功率和整体能量效率降低;随着太阳能集热器的工作温度升高,系统的总输出功率先升高,然后降低。对应最大总输出功率的最佳太阳能集热管温度为274.0℃。