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。

基于太阳能聚光集热系统的几何对称特性，提出一种运动累加方法来计算吸热器的能流密度分布。采用光线跟踪方法，推导了吸热器表面能流分布的运动累加数学模型，此模型可以将光线跟踪过程转换为旋转运动或平移运动，避免大量求解光线与吸热器曲面的联立方程组。在Visual C++平台编制运动累加程序，计算了典型的碟式和槽式系统配置不同吸热器的能流密度分布，并与文献对比验证了该方法的正确性。结果表明，在碟式—腔式吸热器中，跟踪光线6.10×108根需112 s，在结果符合的情况下可跟踪光线9.648×107根，这样仅需16 s。运动累加方法的计算过程较简单，且具有一定的计算效率，可以为对称特征的聚光集热系统参数协同优化提供一定参考。

理论研究了槽式反射聚光器上平面光伏电池表面可获得的能流密度的分布。研究发现，平面光伏电池板上能流密度的分布呈三个区域，由中心向两侧依次是能流密度为0 的区域、能流密度大于入射光区域和小于入射光的区域。对能流密度分布曲线拟合发现，平面光伏电池板上能流密度由中间向边缘呈指数函数减弱，且平面光伏电池板越接近抛物反射面的焦点，平面光伏电池板的半宽越小，平均能流密度越大，但衰减越快，能流密度的分布越不均匀。将计算结果与文献中的测量结果进行比较，证明了计算结果的正确性。

根据角谱法和稳相法，推导了正弦高斯涡旋光束TE波和TM波在远场传输和能流密度的解析表达式，研究了正弦高斯涡旋光束在远场中的相位奇点和能流密度分布.结果表明:正弦高斯涡旋光束的远场特性与高斯光束的束腰宽度、涡旋离轴量、坐标位置以及与正弦项相关的参量有关.在一定条件下，远场中会出现相位奇点和能流密度黑核；当控制参量改变时，相位奇点和黑核的位置会发生移动，但原点处不受影响.相位奇点和能流密度的对称性主要受涡旋离轴量影响，当涡旋离轴量为0时，相位奇点和能流密度分布关于原点对称；当涡旋离轴量改变时，相位奇点和能流密度分布呈现出非对称性.

利用角谱法和稳相法，推导出了异常空心涡旋光束的TE波和TM波在远场传输和能流密度解析表达式，研究了异常空心涡旋光束在远场中的相位奇点和能流密度分布。结果表明，在一定条件下，光场中会出现椭圆（或圆）刃型位错、直刃型位错和光涡旋；当涡旋离轴量或束腰宽度改变时，相位奇点会发生变化。能流密度的黑核位置、对称性和是否形成椭圆暗环受涡旋离轴量的影响。

基于电磁光束角谱法和稳相法，推导出了两个刃型位错高斯光束的横电(TE)波和横磁(TM)波在远场传输和能流密度的解析表达式，研究了两个刃型位错高斯光束在远场中的位相奇点和能流密度分布。研究结果表明，当两刃型位错的离轴量为0时，电场分量在远场中出现两条刃型位错；而当两离轴量不为0时，刃型位错消失，存在光涡旋。刃型位错、光涡旋和能流密度均关于原点对称。随着离轴量的增大，光涡旋和能流密度黑核会向原点靠近并在原点处重合。

提出了计算槽式太阳能聚光器焦面能流密度分布的一种新方法。根据抛物槽式聚光器(PTC)的几何光学特性，给出了入射光线在接收平面上(沿宽度方向)的入射点坐标计算公式，将太阳的圆盘模型(Buie模型)改写成轴对称的线性模型，采用Origin软件中的频数统计工具对平面焦线的能流密度分布进行了计算，并利用CCD工业相机进行了实测实验。该计算方法函数关系较为简单明确，无需编程，计算量少，且适用于任意面型的槽式聚光器和线性接收器，可为槽式太阳能聚光系统的优化设计提供参考。

利用光线追迹的方法，考虑太阳形状、余弦损失、阴影及遮挡损失的影响，建立线性菲涅耳反射（LFR）聚光器的三维光学几何模型，给出其光斑能流密度分布的计算式，采用Matlab软件编程实现该算法。将计算结果与美国国家可再生能源实验室（NREL）开发的SolTrace软件仿真结果相对比，光斑能流密度分布曲线基本吻合，证明了该算法的正确性。为了获得更高的镜场聚光效率，对比了不同反射镜面型对LFR聚光器的影响。