利用太阳能光热转化技术来满足建筑供热空调、工业用热等巨大需求具有明显节能环保优势。相比于常规采用吸收涂层的太阳能集热方式,直接吸收式集热器依靠集热介质自身的光学特性吸收太阳辐射,具有温度分布均匀,高温耐久性强,加工简单等优势。太阳能热利用中额外蓄热装置增加了系统的占地空间与换热环节,且相变材料蓄放热过程热阻较大等问题都限制了太阳能热利用系统整体效率和稳定性的进一步提升。本文基于纳米颗粒对于太阳辐射的直接吸收原理,提出采用石蜡/石墨烯复合相变材料作为工质,实现蓄热一体化的太阳能集热方法与装置。相变材料中添加石墨烯纳米颗粒能够强化材料的吸光和导热性能,一体化结构减少了太阳能热利用系统的换热环节和热阻,提高换热效率。对实验制备的石蜡/石墨烯复合相变材料分别进行了热物性和辐射吸收特性的测试与分析,以实验和模拟的方法研究复合相变材料蓄热一体化的太阳能集热、传热和蓄热特性,主要工作如下:（1）实验制备了8种不同石墨烯质量浓度的石蜡/石墨烯复合相变材料,测试了材料的相变温度、相变焓、固/液态热导率和粘度等热物性参数,并得出热物性拟合公式;通过紫外分光光度计测试分析了复合相变材料对太阳光的全光谱辐射吸收特性,计算得出其全光谱消光系数和吸光系数。结果显示添加低浓度石墨烯下,复合相变材料具有强光谱吸收特性,且固态热导率提升显著,添加0.1%石墨烯时热导率提高了28%。（2）分别以纯石蜡和石蜡/石墨烯复合相变材料作为集热介质,进行户外闷晒集热实验,对比分析在集热过程中的温度变化及集热效率。实验结果显示石蜡/石墨烯复合相变材料提高了集热系统能够达到的最高温度,缩短了完全融化所需要的时间,完全融化时的能量利用率为70.89%,而纯石蜡为44.28%,验证了石蜡/石墨烯复合相变材料用于直接吸收式集热的可行性。（3）理论分析了复合相变材料进行光热转化、蓄热-传热机理,建立了管内设有螺旋换热管取热的蓄热一体化太阳能集热器数学模型,通过CFD数值模拟得到集热管内部复合相变材料温度、液相率分布特性,并以典型工况下实验特性对模型进行了验证。（4）通过数值模拟,研究了蓄热一体化太阳能集热器的效率及释热过程热输出稳定性,分析了太阳辐射强度、石墨烯质量浓度、环境温度、螺旋管入口条件等因素对集热蓄热效率、取热速率、释热持续时间及热量输出衰减率的影响。研究结果可用于这种新型蓄热一体化的太阳能集热器的性能优化。