随着能源需求不断增加,化石能源消耗和环境污染不断加剧,寻找替代化石燃料的可再生能源、高效无污染的能源利用方式已成为当前的研究重点。太阳能与燃料电池相结合的联供系统实现了能源间的高效转化与利用,可有效缓解能源短缺与环境污染问题。本文提出了一种基于太阳能及质子交换膜燃料电池（PEMFC）的热电氢联供系统,以太阳能作为驱动热源,结合双级朗肯循环、电解制氢及燃料电池发电技术,实现了可再生能源的清洁、高效利用。建立了热电氢联供系统仿真模型,对系统进行了热力学、经济性和环境性分析,并引入进化算法对系统进行了多目标优化,获得系统最佳运行参数。本文主要研究内容:首先,对基于太阳能及PEMFC的热电氢联供系统进行热力学分析。针对辐射强度波动,系统运行于三种不同模式:太阳能-PEMFC（Solar-PEMFC）、太阳能-固体氧化物电解槽（Solar-SOEC）和PEMFC模式。研究了系统主要运行参数变化对系统效率的影响,并讨论了系统（火用）损分布。结果表明:较低的集热温度、高辐射强度和电流密度可提升系统效率,三种模式下的能量效率分别可达42%、46%和82%;碟式太阳能集热器是系统最主要的（火用）损部件,占系统总（火用）损的70%。其次,对基于太阳能及PEMFC的热电氢联供系统进行综合评价。采用平准化能源成本和温室气体减排量作为系统经济和环境性评价指标,讨论系统主要操作参数对系统综合性能的影响。结果表明:较高的运行温度能显著降低系统能源成本,但也降低了系统温室气体减排量;增加阴阳极压力会降低系统的能源成本,但阳极压力的增加会降低温室气体减排量;水蒸汽摩尔分数的增加能提高系统整体性能,而电流密度的增加会降低系统性能。最后,对基于太阳能及PEMFC的热电氢联供系统进行多目标优化。以系统效率、平准化能源成本和温室气体减排作为优化目标,利用NSGA-II进化算法对热电氢联供系统关键运行参数进行优化。优化结果表明:运行温度是系统最主要的决策变量,较低的电流密度、高水蒸汽摩尔分数、合适的阳极压力和高阴极压力更有利于提升系统的综合性能;优化后的平准化能源成本降低了35%,年度温室气体减排量提高了20%。