聚光光伏(CPV)系统利用聚光器将太阳光汇聚在光伏电池上，使得单位产能所需的电池面积得到减少。其目的是通过使用较便宜的聚光部件来代替昂贵的光伏电池，降低光伏系统发电成本。近年来CPV发电系统的研究发展迅速，聚光电池最高效率不断得到突破(目前III-V族电池最高效率为40.8％)，同时聚光镜效率的提高、跟踪器性能的改善以及散热装置的改进等都使得整个CPV系统发电效率不断提高，发电成本不断降低。CPV技术已成为最有潜力的、低成本的、大规模光伏发电技术之一。然而，由于CPV系统工作工况的诸多非理想性，使得CPV系统的发电性能比聚光电池性能低得多。目前人们的研究焦点多集中在聚光电池本身，而对于如何在实际应用中发挥聚光电池的最佳效率、提高整体系统的发电水平的相关研究却相当欠缺。因此，研究聚光电池及聚光系统性能发挥的影响要素及影响规律，寻求改善CPV系统发电效率的途径显得迫切而重要。 由于聚光条件下光伏电池理论模型的复杂性，使得人们无法对聚光电池性能有一个直观清晰的了解，造成了认识上的模糊或误解，导致在聚光光伏系统应用中因设计不当造成系统发电效率的损失。论文第二章利用简化的聚光硅电池模型，对其性能特性进行了数值模拟计算，得到直观的性能参数关系图。通过对计算结果的分析，提出了串联电阻的温度特性对电池效率的影响不可忽视的观点，并进一步实验测试了聚光电池的串联电阻温度特性表达式，以此改进了已有的聚光电池性能参数半经验计算模型。同时，利用该模型计算得出了影响聚光电池效率的主要因素及其影响规律，包括：聚光率C、电池工作温度T、电池串联电阻Rs以及串联电阻的温度特性Rs(T)，得到了电池温度为300K时获得最佳光电转换效率所对应的聚光率与电池串联电阻的拟合关系式。最后利用实验数据对模型计算结果进行了验证。 在此基础上，论文第三章介绍了在本实验室所建立的线性聚光光伏系统及有关实验研究。利用系统发电实验结果，与所用电池及电池组件的测试结果进行比对，在进一步对改进的聚光电池计算模型进行验证的同时，分析了该CPV系统工作状态的非理想性及其对系统效率下降的影响。这些非理想性包括：冷却温度的不均匀性和不稳定性、电池温度的不均匀性和不稳定性、阴影遮挡、聚光光强的非均匀性等。聚光系统中聚光器、接收器、冷却器、跟踪器是主要重要器件。在这些重要器件中，聚光器和跟踪器性能不受其他器件的影响，可以单独运作，而接收器的性能却收到系统中其他器件的综合影响，相当复杂。特别是研究实际工况下非均匀光强的影响，是多学科交叉的课题，涉及到多物理场耦合作用问题。由此指出进一步研究CPV系统接收器在实际工作条件下--聚光光强非均匀条件下的性能及影响要素。 第四章研究聚光光强非均匀条件下影响CPV系统接收器性能的重要因素。首先提出了“等效聚光率”的概念，建立了线性CPV系统最常用的矩形和高斯分布两种非均匀光强分布下聚光电池的理论模型，然后利用多物理场耦合数值计算专业软件COMSOLMultiphysics，模拟了不同冷却器性能时非均匀聚光光强下接收器的工作状态和性能。通过对接收器(包括电池以及电池与冷却器间各连接层)发电性能、温度场和热应力应变耦合模拟计算，得出了聚光光强非均匀性不仅影响接收器的光电效率，而且影响其安全性和寿命的结论。指出了目前对接收器和冷却器设计中的盲点，并给出了接收器和冷却器优化设计要素。最后对一接收器进行结构和性能优化。 第五章在分析聚光电池冷却特性以及以相变介质作为CPV系统冷却介质的优势的基础上，以HCFC141b及HCFC142b气体水合物相变结晶生成体系为对象，通过实验研究了影响表面活性剂、搅动、纳米磁性液体等因素对多元多相体系结晶生成特性的影响规律及影响机理，重点研究了纳米磁性液体对互不相容的水相与HCFC141b液相间、水相与汽相(水蒸气与HCFC141b蒸汽)间的质量传递现象的影响。得出了提高冷却介质相变性能的手段，并提出利用相变介质为聚光光伏系统冷却器的应用方式。 综上所述，本论文首次提出了电池串联电阻的温度特性对聚光电池效率影响不可忽略的观点，提出了“等效聚光率”的概念，建立了两种最常用的非均匀光强分布下、较准确方便的聚光电池性能计算模型和性能参数表达式。应用上述相关理论，采用数值模拟的方法研究了聚光电池、聚光电池组件以及CPV系统性能的影响要素和影响规律，并通过实验验证了相关的理论模型。在此基础上，重点研究了决定CPV系统性能的重要部件--接收器以及冷却器在非均匀聚光光强下的性能以及相互的影响规律，发现了聚光光强的非均匀性不仅影响CPV系统的发电性能，而且影响系统的安全性和寿命，由此指出了目前对CPV冷却器设计的盲点，给出了其优化设计的要素。优化实例结果表明，优化后的系统接收器发电相对效率可提高40％。最后，研究了高效相变冷却介质的相变特性及机理，并提出了在CPV冷却器中采用该类相变介质制备其“相变固液流体”的应用方式。与水相比，应用该类型的“相变固液流体”，可使所需冷却介质质量流量减少80％，换热系数可提高50％以上，是一种适合CPV冷却器的高效冷却介质。