随着社会的发展，人类对能源的需求日益增长，未来能源危机和环境问题将成为制约社会发展的重要瓶颈，为了解决这一问题，需要大力发展可再生能源。太阳能作为丰富的、清洁的可再生能源，一直是世界许多国家研究的热点。太阳能发电是太阳能利用的重要方式之一，为了克服太阳辐射能流密度低的缺点，提高光电转化效率，人们提出并研究了多种太阳能聚光发电方式。塔式太阳能热发电是一种大规模利用太阳能发电的技术，随着电站规模的扩大，发电成本逐渐降低，并有望与传统化石能源竞争。聚光镜场是塔式太阳能热发电系统的关键组成部分，占电站总成本的50％左右，其聚光效率决定着电站的发电效率，因此研究聚光镜场的优化设计具有重要意义。　　 聚光镜场设计包括定日镜设计和镜场结构设计，需要专用的镜场设计软件来实现。目前我国还没有一套具有自主知识产权的镜场设计软件，而国外的镜场设计软件尚处于实验阶段，未实现商业化。本论文在国家863项目(2006AA05010102)的支持下，对塔式太阳能热发电聚光镜场设计理论进行了深入研究，掌握了镜场设计的关键技术，并基于MATLAB编制了新的镜场优化设计软件(HFLD)，具体研究内容如下：　　 1.研究了定日镜的光学特性，提出并设计了采用极轴式单轴跟踪和目标定位跟踪的轮胎面定日镜，简化了定日镜的机械跟踪结构，有效校正了传统跟踪方式下球而定日镜存在的严重象散，提高了定日镜的聚光性能。　　 2.采用光线追迹法模拟和分析了拼接型定日镜的聚光特性，提出了通过测量定日镜光斑计算定日镜拼接误差的方法，并编制了相应的分析程序。　　 3.研究了传统与新型无挡光镜场布置的规律和理论，提出在镜场布置中采用镜场效率因子(年均余弦效率×年均大气透过效率)和吸热器采光口限制镜场边界，保证定日镜布置在光学效率较高的区域内，无需计算定日镜的截断效率，进而有效缩短了计算机时间。　　 4.基于光线追迹法建立了镜场光学效率及光斑能流分布的数学模型，并基于MATLAB工具编制了新的镜场优化设计软件HFLD。为提高土地资源的利用率，提出在镜场设计中考虑镜场对地面的阴影情况，并在新镜场设计软件中提供了对镜场日照时间分布的分析功能，可据此分析镜场农作物的种植问题。另外，新镜场设计软件HFLD的功能更强，既可输入已知镜场的坐标和参数对其进行性能分析，也可按用户输入的参数自动生成镜场布置并对其进行优化设计和性能分析。软件具有较强的图形输出功能，使用方便。　　 5.采用西班牙的PS10镜场及公布数据对新镜场设计软件HFLD的正确性进行了验证，并使用HFLD软件设计了北京10MW和1MW塔式电站镜场，分析结果表明，使用HFLD软件设计的镜场性能指标部分已经达到或超过PS10镜场的设计水平，证明了软件HFLD的可靠性。