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化石能源枯竭和环境日益恶化强烈呼唤人们要大力发展可再生能源，太阳能以其分布广，储量丰富受到了广泛关注。然而，太阳能不稳定性、不连续性、能量密度低等缺点成为其发展利用的瓶颈。因此太阳能转化利用过程中转换效率低，能量储存难等成为当前太阳能利用亟需解决的关键核心科学问题。本论文研究了太阳能热化学能量转换过程与其它能源互补的复合系统集成机理和特点，探索太阳能甲醇重整制氢．发电联产系统、塔式太阳能热发电系统，并对联产系统的关键过程进行实验验证。
针对150～300℃太阳热能较好的经济优势和太阳能热化学制氢的广阔发展前景，基于能的综合梯级利用原理，探讨太阳能甲醇重整制氢和联合循环发电一体化途径，提出太阳能甲醇重整制氢．发电联产系统。联产系统具有优良的热力性能，化石能源相对节能率达到29％。通过对系统热力性能分析，探讨了联产系统热力特性规律；采用EUD图像<火用>分析，揭示系统热力性能提高的关键所在。
基于上述理论和分析，对太阳能甲醇重整制氢关键过程开展实验研究。基于本课题组提出的太阳能热化学反应吸热/反应器的三个一体化设计方法，参与研制国际上首套太阳能甲醇重整制氢一体化实验装置，实验揭示了中低温太阳能热化学制氢的特性，该研究为中低温太阳能制氢开拓了一条新途径。
为了促进我国塔式太阳能热发电技术的发展，本文还探讨了我国首座MWe级塔式太阳能热发电系统。研究该电站系统的热力计算方法，侧重研究太阳能光热转化特性规律，分析蓄热子系统和发电子系统之间耦合的不同运行模式，该研究为我国塔式太阳能电站的设计、优化提供了理论依据。