太阳辐射能具有能流密度低、不稳定和光谱分布范围宽等特点,因此聚光技术、蓄热技术和分频技术分别是太阳能研究者研究的关键性问题之一。针对上述问题,本文以太阳能碟式热发电系统的研究为背景,对太阳能二次反射下聚光-热发电系统光路的优化设计及新型聚光-分频系统的光路设计展开了相关的数值模拟和实验研究。本文的研究工作主要包括：①对五种二次反射系统进行理论推导、数值模拟和比较；②建立旋转双曲面上半支型二次反射系统的三维光学模型并编程,讨论各种误差对系统聚光效果的情况；③搭建太阳能二次反射下聚光试验台,建立聚光镜镜面测量系统和光斑测量系统,开展镜面扫描、光路验证和光斑测量等实验并分析；④设计一种新型分频器,建立二次反射聚光-分频系统的光学模型并编程,讨论各种误差对系统聚光效果的影响；⑤对太阳能二次反射下聚光系统和二次反射聚光-分频系统进行系统分析和比较。在数值模拟方面,运用ASAP软件,分别对平面型、旋转椭圆面型、旋转双曲面上半支型、旋转双曲面下半支型和旋转抛物面型等五种二次反射系统建立几何模型、进行数学推导并模拟,讨论一次镜边缘角、二次镜数值孔径、焦点相对位置等几何参数对二次镜相对位置、二次镜直径、遮光率、光斑直径、能量聚光比等的影响。在此基础上,得出适合本实验室研究思路的二次反射系统类型为旋转双曲面上半支型。对该系统建立三维光学模型,根据蒙特卡洛法编写光路追踪程序以研究聚光光斑的能流密度分布,讨论太阳形状、跟踪误差、安装误差等因素对系统聚光比、光斑直径、光斑偏移的影响。在实验方面,搭建了一米的和三米的碟式二次反射系统,通过镜面测量系统得到二次反射系统的镜面模型,结合程序对实际镜面模型进行分析；对一米碟式二次反射系统的光路验证结果与模拟结果吻合良好,证实了镜面测量系统的正确性。搭建了光斑测量系统,分别对一米和三米的二次反射系统的聚光情况进行了实验测量和误差分析,一米系统的聚光效果理想,三米系统的聚光镜面需要改进。本文还设计了一种新型的分频器,可以将分频后的两束光斑均反射至一次镜下方。对该新型二次反射聚光-分频系统的光路进行了推导,建立三维数学模型并编写模拟程序,讨论太阳形状、跟踪误差、安装误差等因素对系统聚光比、光斑直径、光斑偏移的影响。最后,对可蓄热的碟式二次反射下聚光斯特林发电系统和分别以Ⅱ-3B聚光光伏电池和外燃式热机为光伏和光热利用元件的聚光-分频电热联用系统建立分析模型,计算结果表明,碟式二次反射下聚光系统效率为21.3%;对电热联用系统。当ηther<21%或ηther>30%时,根据需要可考虑采用分频系统,系统效率最高为25.9%；当21%<ηther<30%时,应独立发电为主。本文的工作为研究太阳能二次反射技术及新型的聚光分频技术提供了理论基础。