随着化石能源的持续消耗,能源短缺与环境恶化的危机迫在眉睫。太阳能储量丰富、清洁可再生,是代替化石能源的理想选择。在传统的太阳能利用方式中,光利用技术只能响应光谱部分波段的太阳光,而热利用技术虽然可以响应全光谱的太阳光却降低了高频波段光子的能量品质。为提高整体的利用效率,太阳能综合利用技术已成为当前的研究热点。其中,基于光热协同反应将高频波段光子能量用于合成高附加值的太阳能燃料,基于辐射的热效应将低频波段的光子能量转化为热能用于维持光化学反应温度和热发电,是实现太阳能的综合高效利用的一种途径。建立一个基于光热协同反应的太阳能有序转化系统的理想模型。以热力学第二定律中有用能的概念将两个子单元分别输出的化学能与热能的价值统一起来。探究了聚光比、表面温度、截止波长等参数对系统综合有用能输出效率的影响规律。将温度与聚光比解耦分析,结果表明:当聚光比一定时,存在最优的系统表面温度使得系统综合效率最大;当温度一定时,系统综合效率与聚光比呈现正相关,且增长的幅度逐渐变缓。通过黄金分割的优化算法得出了给定的聚光比和温度工况下最佳的截止波长,为光热协同反应的半导体材料的选择提供了理论指导。通过计算对比了典型聚光比下三种太阳能利用系统的理论热力学效率,结果表明:基于光热协同的太阳能有序转化综合利用系统优于单一的光量子转化系统或单一的光热转化系统。而且在有序转化综合利用系统的太阳能集热子单元应用选择性吸收涂层,可进一步提高系统对太阳能的利用效率。建立光催化水分解制氢的理论模型,计算太阳能到氢能的理想转换效率并分别探究聚光比和温度对极限制氢效率的影响。从实际工业化应用角度出发,选择槽式聚光的反应集热一体化接收器,建立了槽式聚光的太阳能制氢和集热一体化系统的一维稳态热平衡模型,从热力学第二定律的角度探究了仿真系统（火用）损产生的机理及其分布。其中,反应管集热层的吸热（火用）损最大,占到总（火用）损的58.6%。其次是光学（火用）损,它占到了仿真系统总（火用）损的28.3%。通过调节聚光比、催化材料、导热油入口流速等关键输入参数,为实际太阳能有序转化系统的设计优化提供了理论依据。