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在矿物能源日趋紧张的今天，光伏发电技术成为未来主要的清洁能源技术之一。高倍聚光光伏发电技术因其转化效率高、成本低，是太阳能发电技术的主要发展方向。而高倍聚光光伏发电系统的综合转化效率是由太阳能电池芯片的光电转换效率和聚光器的光学效率共同决定，因此如何设计良好聚光性能的太阳能聚光器成为了国内外研究热点。 由于菲涅尔透镜具有质量轻、成本低、结构简单以及易于加工等优点，使其成为了设计良好聚光性能的太阳能聚光器的理想方案。但是，现有的平板菲涅尔透镜由于厚度不均，造成了其加工较困难、成本高等固有问题。 本文首先对平板菲涅尔透镜的设计方法进行了深入研究，提出一种等厚型平板菲涅尔透镜的设计方法，有效解决了现有的平板菲涅尔透镜所存在的问题。文中根据该设计方法设计了等厚平板菲涅尔透镜，并利用光学软件对所设计的菲涅尔透镜进行了聚光性能分析，结果得到基本能够满足设计要求的菲涅尔透镜。随后，本文提出了菲涅尔透镜的优化设计的方法，该优化设计方法将菲涅尔透镜内侧几个环带的工作面优化为多个倾斜平面拟合成的曲面，并将菲涅尔透镜多焦点化，所述优化设计方法提高了菲涅尔透镜的光学效率并改善了聚焦光斑能量分布均匀性。此外，本文还提出了用于提高聚光光伏模组接收角的可拆卸型二次反射镜的设计方法。上述菲涅尔透镜的优化设计方法能够适用于所有平板菲涅尔透镜，为菲涅尔透镜聚光性能的改善奠定了基础。 本文通过研究最终得到聚光比为500倍、聚焦光斑直径小于2.5mm、F数为1.87、厚度为0.4mm、二次聚光情况下实测光学效率达92％、接收角达1.24度的高倍聚光平板菲涅尔透镜。