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能源利用的清洁化，可再生化是保证能源供给可持续发展的重要方向。近年来，随着加工制造工艺水平和科学技术的进步，为太阳能利用的新途径，新方法的实施提供了可能。聚光系统的出现在太阳能的利用方法中有着传统平面系统无法替代的优点，但是由于光学聚光元件的外形及光学性能的限制，使得现有的太阳能聚光系统无法满足高倍聚光比的要求，且无法实现免除复杂机电控制跟踪系统的要求。
非成像光学在光学元件的设计中，具有设计自由度广、可控制光强、光线角度，光程等物理量的特点，使得设计出的元件具有聚光比高、光能传递效率高、接收角度广等优点，能够使系统免除跟踪装置而实现静态大角度高倍率聚光，从而简化结构。因其在太阳能聚光镜的系统设计中具有很大的应用前景，故此展开既具有理论价值又含有实际意义的研究工作。
本论文对利用非成像光学设计太阳能聚光镜的方法进行了实质性的深入研究，采用了一个有建设性的方案来设计聚光光伏系统：已知光源的辐射特性和光伏电池的照度响应函数，推导出用于计算自由曲面离散点的方程组，并利用MATLAB软件编程拟合出聚光镜的截面曲线解析式，最后利用ZEMAX对系统进行优化和结果分析。
第一章介绍了太阳能利用的概况、分类和发展现状，分析比较了目前太阳能主要利用途径的特点，最后简述了非成像光学的起源及发展前景。
第二章阐述了非成像光学的发展历史及基本内容，并且着重论述了其主要原理及设计方法，给出了相关计算公式的分析和理论推导。
第三章给出了非成像设计方法应用于折射式及折反射式聚光镜的设计步骤及编程计算实例。
第四章将聚光镜自由曲面面型数据输入ZEMAX软件进行光线追迹模拟，验证了非成像设计方法的正确性与可行性。
最后一章，对本课题的研究工作进行总结，指出了下一步工作方向。