能源已经成为国家的经济命脉,而地球上的化石能源是有限的,且可开采年限随工业化进程的加快在急剧减少,由此导致世界能源危机日益加剧。同时,在工业化进程中使用化石能源,会产生一系列的环境污染问题。而太阳能是多种可再生能源的源泉,在对太阳能光热利用过程中,也会受到太阳能所具有的能流密度低、供能间歇、季节供能差异大等缺陷的限制。因此,可以通过聚光技术来提高太阳能的供能能流密度,其中,复合抛物面聚光器(CPC,Compound Parabolic Concentrator)具有对追日跟踪精度要求低、接收体位置与聚光器重心可重合、内聚光、维护方便、可吸收部分散射光等特点而受到研究人员的关注。为此,本文设计了一种新型复合抛物面聚光器,并对影响聚光器性能的因素展开光学分析和试验测试。基于此,搭建了复合抛物面太阳能聚光集热测试系统,研究了系统的热性能。首先,设计了固定尺寸接收体复合抛物面聚光器,建立三维模型,利用Light Tools对单层玻璃管内平板接收体安装位置和入射偏角对复合抛物面聚光器光学性能影响进行光学仿真研究,得到:当入射偏角分别为0°和12°时,复合抛物面聚光器光线接收率和聚光效率均随接收体放置高度值h增加呈现增大后减小趋势。当h最佳值为20mm时,入射偏角范围在0～12°,复合抛物面聚光器光线接收率和聚光效率随着入射偏角的增大而降低。入射偏角为0°时,复合抛物面聚光器光线接收率和聚光效率分别为99.48%和89.53%;当入射偏角为12°时,聚光效率为50.3%,比入射偏角为0°时降低了43.84%。基于光学仿真结果,搭建了复合抛物面聚光器热性能测试试验台,研究单层玻璃管内嵌不同接收体的聚光集热性能,测试分析了复合抛物面聚光器进出口温差、腔内温度、玻璃盖板温度、聚光集热效率等热特性随太阳辐照度的变化规律。得到:当单层玻璃管内嵌平板接收体时,安装角度α=0°时,平板接收体两表面平均温差为0.5℃;α=0°时复合抛物面聚光器平均聚光集热效率比α=90°时平均聚光集热效率高32.32%。当单层玻璃管内嵌三角形接收体时,分别对其在不同流速下的热特性进行测试,得到单层玻璃管进出口温差、腔内温度随着空气介质流速的增加而减小。当空气介质流速分别为1.03m/s、2.01m/s和3.03m/s时三角形接收体集热效率分别为56.8%、60.7%、70.76%。基于对接收体受热变形对单层玻璃管造成挤压破坏及系统中安装难度的考虑,复合抛物面聚光器采用单层玻璃管内嵌V形接收体,试验测得单层玻璃管内空气介质流速大于3.03m/s时,聚光器聚光集热效率为58.97%。在室外搭建了内嵌V形接收体复合抛物面太阳能聚光集热系统,对该系统入射偏角、聚光器串联数量和玻璃盖板结霜对系统热性能的影响展开研究分析,得到:正入射与入射偏角为10°时聚光器的温升呈现与太阳辐照度一致的变化趋势,在测试时间段内入射偏角为10°的平均温升比正入射时温升降低3.4℃。当循环空气介质初始温度为23.21℃时,经过四个聚光器的逐级加热,各级出口空气介质最高温度分别为44.66℃、60.24℃、71.59℃和81.65℃,但聚光集热效率随之逐渐减小。聚光器玻璃盖板表面结霜会对系统循环空气介质温升及腔内温度造成影响。