如今全球对于清洁能源的需求逐年上升,而太阳能作为可再生能源的一种,以清洁无污染、储量丰富等优势已成为目前学者和专家的研究重点。中国乃至全球太阳能辐射分布广泛,可以充分的利用太阳能进行发电。太阳能发电方式分为光伏发电和光热发电,目前光伏发电产业不断升级,发展较为成熟,而光热发电技术起步较晚,相较于光伏发电技术,光热发电技术较为落后,目前商业化运用的瓶颈仍然在于发电成本较高以及系统稳定性较差。根据聚光形式的不同,太阳能聚光发电系统分为槽式、碟式、塔式和线性菲涅尔式。而线性菲涅尔式发电具有土地利用率高、风载荷低、结构简单等优势,逐渐吸引了研究人员的兴趣。在线性菲涅尔聚光（Linear Fresnel Reflector,LFR）系统中,一次反射镜场为整个系统提供能量输入,分析研究其聚光性能,对于提高系统的光热转换效率至关重要。因此,对系统的光热性能进行优化研究对于提高系统效率意义重大。首先,分析了蒙特卡罗光线追踪的原理和算法流程,并基于蒙特卡罗光线追迹法建立了系统的光学模型,其流程分为镜场坐标系的创建、光子的初始化、一次镜的跟踪、阴影与遮挡效应、光子在反射镜上的反射和在集热管上的吸收五个模块。然后,基于复合抛物面聚光器（Compound Parabolic Concentrator,CPC）的结构和数学原理在Matlab中搭建了抛物线CPC和圆管型CPC的数学模型,介绍了两类CPC的设计原理及聚光原理。基于镜场的设计参数,在Soltrace中呈现了系统中的光路进程。在Matlab中模拟了入射角为45°、60°、75°、90°四个角度在镜场中的光路进程。分别基于Matlab和Soltrace中的设计参数模拟了集热管中聚光比（Local Concentration Ratio,LCR）的分布,进而验证了模型的准确性。其次,基于系统的光学模型和几何模型,在Matlab中对比分析了45°、60°、75°、90°四个入射角度下的入射光线在两类CPC中的光路进程,分析了汇聚率与最大接收半角的关系,开口宽度与最大接收半角的关系,分析对光学效率造成影响的参数,提出优化方案以减少损失。对比分析了截取比、入射角度和接收半角三个参数对两类CPC光学性能的影响。结果表明,当截取比为0.3时,两类CPC的汇聚率和光学效率都达到最大值。两类CPC的聚光比的变化趋势在相同入射角下大致相同,两类CPC的LCR趋势随着入射角度的不同呈现不同的变化。圆管型CPC在接收半角为45°时能流分布较均匀且具有较高的聚光比,而抛物线CPC在接收半角为50°时能流分布较均匀且具有较高的聚光比。最后,分析预测了集热管表面能流分布特征,在Soltrace中呈现了二维和三维能流密度分布图,研究分析了造成能流密度分布非均匀化的原因,介绍了粒子群算法原理及流程,提出了基于粒子群算法的多目标优化瞄准线的方案,分散化主镜场每列镜子中心在CPC开口平面的瞄准线,提高集热管上半部分能流分布。优化结果表明,通过分散瞄准线,使得原先位于集热管下半部分的辐射分散于集热管上半部分,使得集热管上半部分的能流分布达到了38.8%,整个集热管周向的辐射通量也较为均匀化,以此避免了集热管壁局部过热,提高系统聚光比,提升系统光学效率。