制约复合抛物面聚光器(CPC)在中低温领域应用的两个重要因素是其成本和效率。本文以实现CPC聚光集热系统在中低温范围内的低成本、高效集热利用为目标,开展了对CPC结构的优化设计工作。给出了CPC结构参数对聚光比、弧长、相同面积内CPC接收管数量及总弧长的函数关系;探究CPC结构参数对其光学效率的影响;同时,搭建CPC聚光集热系统,对比分析不同工况下CPC的集热效率。为CPC的有效利用提供了理论支撑、仿真和实践依据。主要研究工作具体如下:(1)根据CPC的参数方程,理论推导建立了CPC结构参数对CPC相关参数的函数关系。探究了接收半角、截取比及接收管半径对相同面积内CPC总弧长和接收管数量的影响。研究结果表明,对各结构CPC进行一定的截取,均显著降低了CPC的曲线弧长,应重点关注在0.2至0.4区间内的截取比。结合文中给出的各结构CPC在相同面积内总成本的计算公式,将为CPC的有效利用提供关联的理论依据。(2)建立了CPC三维实体物理模型,基于Tracepro软件,根据各时刻太阳能高度角和方位角的变化特点,用模拟光源发出的光线代替太阳光线从而实现对CPC的二维跟踪,继而对各结构CPC的光学效率进行模拟计算,有利于实现CPC的高效聚光集热。(3)建立真空管一维稳态传热模型。实验测试温差与理论温差之间的最大误差为8.43%、相对误差为3.89%,验证了光学效率模拟的可靠性,表明基于Tracepro软件对CPC进行二维光线追踪的方法是准确的。搭建CPC聚光集热系统,探究工质水进口温度、环境温度及有效辐照强度对CPC集热效率的影响。