随着社会经济的快速发展,人类在环境保护方面的意识逐渐提高,由于化石能源的储量是有限的,并且现有的能源结构给环境带来了诸多问题,因此清洁高效的低品位太阳能是解决当前能源危机的重要方法之一,也是走可持续能源道路的必然选择。光热发电技术作为太阳能应用技术之一,其集热系统效率的高低对整个发电系统的效率有很大的影响,也影响了整个发电系统的成本。现有的光热发电中,集热系统主要采用跟踪装置采集太阳能,但是跟踪装置在运行过程中故障率比较高,而且对精度要求还很高,需要经常的维护；免跟踪装置简单可靠,相对跟踪装置具有很好的发展前景,因此本文将对免跟踪集热系统的设计进行研究,分析免跟踪装置下聚光系统的聚光性能。本文以菲涅尔透镜形成原理为基础,以光线的折射定律为依据,对线性菲涅尔透镜的光线会聚情况进行分析,得出菲涅尔透镜纹路上倾斜角的公式,该公式是设计线性菲涅尔透镜的依据。运用光学软件tracepro对线性菲涅尔透镜的性能模拟,研究不同纹距的菲涅尔透镜的会聚光线的性能,经分析发现：纹距越大,菲涅尔透镜的光斑均匀性越好,但是焦点处光斑均匀性并不是最好的,位于焦点以前的光斑均匀性比焦点处的好,因此集热管可以根据其直径的大小选择放置在焦点前面的位置,这样可以提高会聚到集热管的光斑均匀性。以太阳运动方式和免跟踪理论为基础,设计免跟踪透镜组,运用光学软件对该透镜组的聚光性能进行模拟,研究了在改变相邻菲涅尔透镜之间的夹角大小情况下,免跟踪透镜组的会聚光线效率和测量处的光斑均匀性,分析发现,免跟踪透镜组的会聚光线效率和测量处的光斑均匀性都比单块菲涅尔透镜的低,并且夹角越大,透镜组的聚光效率越高。本文还对集热管进行了简单研究,分析了影响集热管集热的因素,并根据前面模拟分析的结果设计了免跟踪集热实验装置,通过对测试数据的分析,提出了优化改进实验装置的措施。