为了有效地利用各种品位的废热，实现能量的梯级利用，本文在分析温差热电器、硅太阳能电池、染料敏化电池、真空热离子发电器和光子增强热离子发电器的性能特性基础上，建立光伏电池与半导体温差热电器和热离子发电器与半导体温差热电器这两类混合发电系统模型，研究这些混合发电系统的性能特性，分析混合系统的性能参数对系统优化性能的影响，确定混合系统的优化运行区间和最优性能区域，获得混合系统的优化参数。所获得的结论可为混合能量系统的设计和优化运行提供理论基础。本硕士论文的主要研究工作包括如下：1.建立低倍聚光光伏–温差热电混合发电系统的理论模型，基于非平衡态热力学和半导体理论，导出该混合发电系统的输出功率和效率表达式，详细分析了热导率、光伏电池工作电流、太阳辐照度、聚焦率和温差热电器的优值系数等重要性能参数对混合发电系统输出功率的影响，给出了一些重要参数的优化判据，确定了最佳匹配负载。所获得的结果表明，混合发电系统不仅可以提供比单一光伏电池或单一温差热电器更多的输出功率，而且具有更高的能量转换效率。2.提出了一个包括多种不可逆损失的新理论模型用来描述在稳恒状态下工作的染料敏化电池–温差热电器混合发电系统的性能特性，对一些潜在的关键问题和混合系统的基本设计特征进行了分析。从能量转换角度出发，结合非平衡态热力学理论和染料敏化电池的伏安特性方程，导出该混合发电系统的输出功率和效率表达式，确定混合发电系统在最大输出功率和效率时的优化条件，获得染料敏化电池和温差热电器的最佳匹配电阻，讨论了一些主要性能参数对混合发电系统性能特性的影响。对比研究了染料敏化电池与温差热电器共同驱动负载和各自驱动负载的性能特性。结果表明使用半导体温差热电器可有效地利用染料敏化电池所产生的低品位的废热，从而提高混合发电系统整体的输出功率和效率。3.建立受恒温热源和太阳能驱动的真空热离子–温差热电器混合发电系统的理论模型，导出这两种混合发电系统的输出功率和效率的一般表达式，研究它们的性能特性及其优化性能，获得了混合系统的基本优化关系曲线，确定了一些重要性能参数的优化范围，详细讨论了系统的主要性能参数对优化性能的影响，得到一些有意义的新结论。4.提出光子增强热离子–温差热电混合发电系统的热力学模型，导出混合发电系统的效率和输出功率的一般表达式，研究该混合发电系统的性能和优化性能，分析温差发电器负载对混合发电系统的性能特性的影响。