针对太阳翼工作特征，设计了一种截断复合平面聚光器，并通过耦合实时日地距离、地星空间关系以及太阳辐射理论，构建了太阳翼接收太阳辐射模型。研究采用编程计算、仿真模拟和实验验证相结合的方式，结果表明复合平面聚光器的聚能特性与理论预测结果趋于一致。电池板表面太阳辐照度平均绝对误差仅为0.04 W/m²，卫星受晒特征时间平均绝对误差为18.2 s。太阳翼理论发电功率峰值相较于常规太阳翼提升了约87%，且接收半角内电池板表面能流密度平均均匀度达到了0.615。研究结果可为太阳翼的结构设计与优化提供参考。

提出一种基于CCD相机和双朗伯靶的能流均匀性测量系统和方法。系统有两块朗伯靶,其中一块是固定的水冷朗伯靶,靶中心开孔处装有一个用来获得区域灰度值的热流探测器,另一块是可移动朗伯靶,用于拍摄没有探测器的光斑图像。所提方法可以直接获得探测器区域的像素灰度值,使得测量过程简单精确。详细阐述了测量原理和聚焦光斑灰度图像能流密度分布提取的整个过程,并搭建了平台,测量了多块小型定日镜的光斑能流分布,验证了所提方法的正确性和可行性。通过重复性实验和误差分析,结果表明,所提方法检测的峰值能流密度误差小于2.4%,所提方法可用于线性菲涅耳聚光系统二次聚光器开口平面处吸热管表面的能流分布检测。

基于双轴跟踪槽式太阳能系统对比实验平台,通过理论分析和实验测试的方法研究了积尘对槽式太阳能系统光热性能的影响。引入积尘反射因子和采集因子修正系数来量化积尘对系统光热性能的影响程度。研究结果表明聚光器镜面积尘对焦面聚光特性有明显影响,积尘分布的不均匀性造成散射辐射较为严重,随着积尘量的增加,一定尺寸内的焦面获得的能量减少,焦面中心能流密度减小,小尺寸开口接收器对焦面可采集能量的变化更为敏感。若要保证实验中的槽式聚光镜采集因子修正系数大于0.90,积尘反射因子需小于4.3%;建立了一种积尘对槽式太阳能系统集热性能影响的预测模型,通过实验测试进行了验证,该模型预测值与实验值的相对误差小于5.07%,两者的吻合度较高。该预测方法具有较好的普适性,可为工程实际应用提供理论指导。

基于双轴跟踪槽式聚光系统设计了焦面能流密度测试装置,采用理论分析和实验测试的方法对由接收器的定位误差和跟踪误差引起的聚焦损失进行研究,并通过采集因子量化光学损失,从而揭示出各种误差影响的规律。结果表明:随着定位误差的增大,焦面宽度增加,焦面能流密度降低且趋于均匀;随着跟踪误差角的增大,焦面中心偏移量和光学损失增加。对于实验使用的双轴跟踪槽式聚光系统,当接收器光孔宽度为50 mm时,若要保证采集因子大于90%,接收器的定位误差需保证在455 mm的±1.1%之间且跟踪误差角小于0.111°,此时采集因子可达95%。采集因子对跟踪误差角的变化更为敏感,实验研究结果与理论分析结果吻合,验证了测试设备和方法的可靠性,实验拟合的函数关系可为工程应用提供了理论指导。

利用几何光学原理推导了线性菲涅尔式聚光器在SolTrace软件中建模所需参数的计算公式，给出了建模方法。结果表明，对于反射镜列数为21列、宽度为0.38 m、长度为4 m，复合抛物面聚光器(CPC)最大接受半角为45°，接收器距反射镜所在平面5.3 m的线性菲涅式聚光器，随着太阳入射角的增大，集热管表面能流密度逐渐增大且分布更均匀；当太阳入射角大于40°后，能流密度和均匀度趋于稳定；CPC为渐开线+cusp reflector曲线比渐开线+抛物线的集热管表面能流密度更大且分布更均匀。该结果对线性菲涅尔式聚光器的推广应用具有指导意义。

为研究灰尘对槽式太阳能聚光器光学效率和金属管能流分布的影响，从理论上分析了积尘对聚光器光学效率的影响，对槽式太阳能聚光镜积尘工况进行了模拟，应用蒙特卡罗光线追迹法和有限元体积对抛物槽式集热系统传热进行了分析，得到了金属管周向温差(CTD)和能流密度分布。结果表明，积尘对反射光线方向和金属管壁面能流影响较大，由积尘改变壁面能流密度的分布对CTD有一定影响。针对CTD对抛物槽式集热系统的影响，提出了在常规抛物槽式集热器基础上添加一个二次均光反射镜的方法，二次反射镜的添加使金属管周向能流分布趋于均匀，并使金属管的CTD显著降低，减小了积尘工况对聚光集热系统的影响，这一方法为抛物槽式太阳能聚光系统的优化提供了参考。

提出了一种间接检测聚光光伏发电系统中菲涅透镜聚焦光斑能流密度分布的方法, 搭建了检测实验装置, 通过标定相机像素灰度值与聚焦光斑能流密度值的比例因子k, 介绍了从聚焦光斑灰度图提取光斑能流密度分布的具体过程。对检测精度进行了验证, 结果表明: 采用该检测方法得到的光斑峰值能流密度相对误差小于2.1%。该方法具有操作简单、检测精度高的优点, 可广泛应用于聚光光伏发电聚焦光斑的能流密度分布的检测。

为实现碟式聚光器镜面单元调焦的定量指导，需要建立镜面单元空间位姿与聚焦光斑特征的唯一定量对应关系。提出以镜面单元旋转和平移运动的组合等效引入位姿误差，基于光线跟踪方法建立位姿误差工况的聚焦光斑分布模型，引入聚光比阈值来提取聚焦光斑的特征边界，并采用最小二乘法对特征边界进行椭圆拟合，用于表征聚焦光斑的分布特征。分析了太阳直射辐照值、边界提取阈值、镜面单元位姿误差等对聚焦光斑特征的影响。结果表明，镜面单元位姿误差工况不同时，聚焦光斑的椭圆几何特征具有明显可区分性，用于镜面单元位姿反演具有可行性，为镜面单元调焦系统的搭建提供了参考。

为了确定一种新型间接测量太阳能热发电系统聚焦光斑能流密度分布方法的测量误差范围，对其进行了进一步研究。从理论公式出发，分析了该测量方法的误差源;使用球面小定日镜、CCD相机、漫反射板、中性密度滤光片等设备进行了能流密度测量的实验，使用MATLAB软件对实验数据进行处理，得到了漫反射板上聚焦光斑的能流密度分布和总能量;实验时借助全站仪测量并计算了定日镜中心的光线入射角，根据定日镜的面积和反射率、太阳直射辐射值、余弦效率等计算了光斑能量的理论值，并与测量得到的聚焦光斑总能量比较，得出了实验条件下该方法测量光斑总能量以及能流密度的相对误差为35%。该测量误差在允许范围内，进一步证实了该能流密度测量方法的正确性和可行性。