由于大量消耗化石能源而产生能源危机和环境气候剧烈变化的问题日益突出,能源多样性的开发和利用成为各国研究热点。半导体温差发电作为一种发展迅速的新兴发电方式,可以对中低品位热能进行利用。当前半导体温差发电技术多用于余热回收,被动获得温差,温差较低且稳定性差,影响整体输出效率。本文设计了一款基于聚光技术的温差发电系统,用聚光技术为半导体温差发电单元提供高质量热源,使用水冷散热进行降温,从而获取较高且稳定的温差,并对其发电性能进行研究。首先,进行了聚光器设计和光学性能研究。选择聚光比较高的碟式聚光器作为聚光式温差发电系统的聚光装置,为温差发电单元提供高质量热源。设计了碟式聚光器几何结构和尺寸,搭建了基于COMSOL Multiphysics光学仿真模块的聚光器仿真模型;通过蒙特卡洛光线追踪算法,得到碟式聚光器光线轨迹;研究了集热腔体处于轴线上不同位置时,焦平面能流密度分布和径向聚光比分布;分析了不同入射偏差角下碟式聚光器的几何光学效率。然后,进行了聚光式温差发电系统设计和发电性能仿真。设计了半导体温差发电单元、空腔式水冷却散热器和机械转动装置;搭建了温差发电单元的变物性模型以及系统仿真模型;建立了聚光式温差发电系统能量传递数学模型,分析了光、热、电三种能量的转换和热损失;分别对空腔式水冷散热器散热效果、温差发电单元冷热端温度场分布及其电学特性进行了仿真分析。最后,针对空腔式水冷散热器存在散热死区而造成温差发电单元冷端面温度较高的问题,对空腔式水冷散热器进行结构化设计,设计了两种强化水冷散热器。通过流体仿真研究了强化散热器内部水流速度场,结果表明:强化散热器内部水流充盈,不存在散热死区。在相同仿真条件下,强化散热器可以有效降低发电单元冷端温度和内阻,能提高发电单元最大输出功率,但对温差发电单元空载电压提升较小。水流速度对温差发电单元开路电压影响较小;温差发电单元内阻随水流速度增大而减小;最大输出功率随水流速度增大而增大。