太阳能光伏发电是目前最受关注的可再生能源利用方式之一。由于在对光伏电池原料提取的过程中会消耗大量能量并造成环境污染，因此，减少光伏电池的使用有着积极的意义。聚光电热联用系统是利用聚光镜来代替光伏电池的装置，这种装置不但能减少光伏电池的使用，还能获得额外的热能。但聚光电热联用系统在性能输出特性上仍存在热能品质较低的缺点。槽式聚光电热两级系统是在槽式聚光电热联用系统的基础上构建而成，改进方法：通过在电热两级腔体的后端连接再加热级金属黑腔，并改进系统的循环方式。改进目的：保证系统光伏电池阵列电效率的同时，提高系统热效率和输出热能的品质。针对系统性能研究的需要做了如下研究工作：(1)详述了利用CCD工业相机测量槽式聚光能流密度分布的方法，并通过数学统计方法对聚光能流密度的特性进行了参数化建模分析，提出聚光能流密度的四个特性参数：相对平均能流参数、能流不均匀度参数、能流峰值偏离度和能流利用率等。能流参数的提出为解决聚光能流密度与聚光光伏电池阵列的匹配问题提供了新的参考依据。(2)通过考虑不同能流条件下光伏电池内复合机制和光伏电池内部寄生电阻的影响，建立了一种适用于中低倍聚光条件下光伏电池阵列的双指数等效电路模型，模拟结果与实验结果较好的吻合，误差在7.5%以内。模型为聚光光伏电池的输出性能研究提供理论基础。(3)在非聚光条件下，通过设计二分段式不均匀能流研究聚光能流密度分布的微元特性，相关实验结果验证了能流不均匀性对电池阵列输出特性的影响与能流分布形状无关；同时定性分析了不同二分段式不均匀能流条件下不均匀度参数S0对光伏电池阵列输出特性的影响,通过对比分析可知，能流不均匀度参数S0和光伏电池阵列输出特性参数之间存在一定的变化关联性。(4)研究聚光能流特性对聚光光伏电池阵列输出性能的影响。通过相关实验得到能流参数与聚光硅电池阵列输出特性参数的关系：对于一定宽度的聚光电池来说，短路电流和相对最大功率随相对平均能流值的增加而增加；开路电压随不均匀度和峰值偏离度的增大而减小；相对平均能流值对填充因子影响最大；电池的效率由能流利用率和相对平均能流值决定。对于6片串联2cm2cm的背接触电池阵列，镜面开口宽度为157cm、离焦距为2cm平面上的聚光能流分布最适合阵列性能的输出。(5)以三种不同光伏电池(聚光硅电池、空间硅电池和砷化镓电池)阵列作为槽式聚光电热两级系统和槽式聚光后电热联用系统的电能输出组件，并对比分析了每种电池阵列条件下两套系统的电性能和热性能，结果表明：电热两级系统的平均电输出功率和平均电池阵列效率略高于电热联用系统；基于三种电池阵列电热两级系统的平均系统热效率与电热联用系统比较，分别提高了45.67%、24.32%、40.18%，水箱中工质水的温度分别增加了19.81℃、17.13℃、22.41℃；系统热能品质得到较大提高，能较好的满足生活热水供应的要求。(6)从能量利用率角度分析，槽式聚光热电两级系统的经济性能优于平板光伏发电系统，低于热水器。本文所得结论可以为槽式聚光电热两级系统的进一步优化和应用提供实验支撑和理论依据。