太阳能光热利用技术经过多年的发展,集热系统仍面临光热转换效率较低、接收的太阳辐照度较低等技术问题。复合抛物聚光器(CPC:Compound Parabolic Concentrator)以其高效聚光、结构简单,运行稳定等优点受到了广泛关注。因此,本文基于传统CPC的设计理论,开展了匹配光伏组件供电全玻璃真空管东西方向放置的复合抛物聚光集中集热系统光学性能、光伏特性、集热性能的理论建模、数值计算、模拟仿真及实验验证研究,具体内容如下:(1)采用几何光学中的边缘光线原理,构建了管间距为80mm真空管东西方向的集热系统复合抛物面形。通过光学设计软件对CPC太阳能集中集热系统物理模型进行模拟验证,获得了光学效率特性曲线。同时结合太阳能直散辐射分离理论,对集热系统采集的辐照度进行数值计算,发现CPC太阳能集中集热系统全年采集的辐照度为2400MJ/m~2,传统太阳能集中集热系统全年采集的辐照度为1735MJ/m~2,前者的辐照度较后者提高了38.33%。(2)以光伏发电原理与蓄电池工作理论为基础,设计了光伏发电系统的简化等效电路、匹配系统光伏电池板功率计算的理论数学模型以及蓄电池容量的数学模型。根据理论计算模型,计算出光伏协同集热系统的光伏电池板输出功率为7.04W,蓄电池容量为6.57Ah,并对光伏协同各组件进行了分类与选型,分析了铅酸蓄电池简化的电化学反应方程式,以及实际生产中影响蓄电池寿命的重要因素,并构建了基于LORA无线通信模块的光伏智能控制系统。(3)基于传热学基础理论与光热转换原理,建立了CPC太阳能集中集热系统的传热模型,数值计算出CPC太阳能集中集热系统理论集热效率的数值平均值为0.72,传统太阳能集中集热系统理论集热效率的数值平均值为0.50。开展了CPC太阳能集中集热系统与传统太阳能集中集热系统的对比实验,结果显示CPC太阳能集中集热系统温度提升速率高于传统太阳能集中集热系统的提升速率,两系统最大值温差为7.8℃,CPC太阳能集中集热系统的集热效率较传统太阳能集中集热系统提高了29.69%。CPC太阳能集中集热系统工质温度理论计算值与实验测量值相对误差较多的分布在20%左右,传统太阳能集中集热系统两者的相对误差多数在19%以内。(4)采用CPC太阳能集中集热系统与光伏组件供电智能控制系统相结合的方法,构建了光伏协同集热系统与传统集热系统的实验对照平台,并展开了对比实验。实验数据结果表明,光伏协同集热系统的进水口温度变化曲线增长均匀,波动较小,但出水口处温度变化呈“V”型曲线变化,而传统集热系统的进、出水口温度均呈缓慢增长。在12:10-13:10时段,光伏协同集热系统保温水箱内的平均温度上升10.3℃,传统集热系统保温水箱内平均温度上升9.2℃,在13:10-14:10时段,前者平均温度上升7.7℃,后者平均温度上升7.0℃。