为了利用禽畜粪便、秸秆、果蔬废弃物等生物质和太阳能连续稳定地满足用户冷、热、电、气等多层次的用能需求，本文提出了一种太阳能和生物质能互补的、以沼气增压内燃机为核心的冷热电气联供系统，系统包括太阳能与烟气余热互补的恒温沼气生产子系统、增压内燃机发电子系统和烟气余热吸收式制冷/供暖子系统组成。作为该系统的两个关键过程，恒温沼气生产过程和沼气增压内燃机发电过程对系统性能有重要影响。　　为此，本文在皋兰县阳洼窑村开展了太阳能加热的沼气生产过程小试实验和全玻璃真空管太阳能集热器阵列集热试验，数值模拟了30kW沼气增压内燃机输出特性，主要取得以下研究结果：　　（1）太阳能加热的3m3沼气池全年批式发酵过程研究表明：玻璃真空管太阳能热水器能够保障生物质全年恒温发酵，当冬季环境温度在-20~-10℃范围内，即使遭遇连续3天阴天或雪天，以猪粪为原料的沼气池仍然实现了26±2℃的恒温产气，稳定期日产沼气1.2m3以上；当环境温度达到6.9℃以上时，以猪粪或猪粪和蒿草为原料的沼气池实现了37℃的中温产气，稳定期日产沼气1.7m3以上；全年的日照辐射在500~1040W/m2范围时，每立方发酵池容需要匹配φ5831800的玻璃真空集热管10支。　　（2）太阳能集热器阵列由5组11台串联的30支全玻璃真空管竖排式太阳能集热器并联构成，太阳能集热器阵列冬夏两季集热试验研究表明：当环境温度在14.0~33.8℃范围内，日照辐射在470~990W/m2范围时，夏季太阳能集热器阵列静态日平均效率大于30％，真空管太阳能集热器阵列的平均热损系数为0.83W/(m2·K)。当风速低于5m/s，全天温差小于6℃的阴雨天气，集热器全天降温速率约0.5℃/小时；当环境温度在-20.0~11.8℃范围内，日照辐射在400~870W/m2范围时，冬季太阳能集热器阵列静态日平均效率大于60%，真空管太阳能集热器阵列的平均热损系数为0.44 W/(m2·k)，当风速低于5m/s，夜间集热器降温速率在0.2～0.3℃/小时；除灰尘后，单台30根管的集热器热水温度升高4.1℃，净集热量增加5.17MJ。　　（3）用AVL BOOST软件建立了30kW沼气增压内燃机计算模型，通过与试验测试数据对比验证了计算模型的正确性，模拟计算发现：沼气中甲烷和二氧化碳体积分数对发动机的性能影响较大，沼气中甲烷体积分数在60%~100%时，有效输出功率由28.06kW上升至37.27kW，有效输出扭矩提高了1.33倍；CH4体积分数每升高10%，输出有效功率提高2.3kW，烟气温度升高31.6℃，排气流量增加2.6g/s；最佳压缩比建议取值为10～10.5，过量空气系数在1～1.3之间取值，此时发动机的性能最佳。　　本文的创新点：　　（1）提出了利用太阳能和生物质驱动的、以沼气增压内燃机为核心的冷热电气联供系统，研究了太阳能加热的沼气池全年批式恒温厌氧发酵过程的产气特性，揭示了不同发酵温度和发酵原料下产气系统性能的变化规律；此外，对以沼气为燃料的小功率增压内燃机的输出特性做了分析。　　（2）使用静态测试方法研究了全玻璃真空管太阳能集热器阵列冬夏季集热性能，揭示了集热器阵列在阴晴雨雪天气和灰尘影响下集热器性能参数的变化规律。