随着经济社会的快速发展,煤、石油、天然气等常规能源日见紧缺,自然环境不断恶化,这些问题的出现将严重制约社会的发展。为此,我们必须增强危机意识,树立绿色、低碳、环保的发展理念,以节能减排为重点,大力开发可再生清洁能源,加快构建资源节约型、环境友好型社会。太阳能是储量最大,分布最广的可再生清洁能源。光伏发电是太阳能发电的主要方式之一,但由于其效率低、成本高未能充分进入市场。利用廉价的光学元件将太阳光会聚到面积很小的聚光型光伏电池是降低光伏发电成本、提高光伏电池光电转化效率的最有效途径。聚光系统是光伏发电系统的关键组成部分,其决定光伏发电效率及光伏发电成本。菲涅耳聚光镜体积小、重量轻、价格低廉,能够使光学系统实现经济化、微型化、集成化。本论文在所创新(CAS Innovation Program)和国家973计划(No.2010CB227101)项目的支持下,对菲涅耳光伏聚光系统的设计及聚光测试系统进行了深入的研究。本文首先利用折反射定律推导出了菲涅耳聚光镜的通用设计公式,采用该公式设计了等齿深和等齿宽两种常规菲涅耳聚光系统,并通过Tracepro软件模拟分析了菲涅耳聚光系统的聚光特性,结果表明：常规的菲涅耳聚光镜聚光光斑能量分布不均匀,会导致光伏电池表面局部受热过高,从而降低光伏电池的光电转换效率,甚至会损坏光伏电池。为了解决常规菲涅耳聚光镜聚光光斑能量分布不均匀的问题,本文利用非成像光学的理论和弥散焦斑设计方法设计了一款新型的聚光光斑能量分布均匀的菲涅耳聚光系统。另外,本文设计并搭建了户外聚光测试系统,利用该测试系统对常规菲涅耳聚光系统的聚光特性进行测试。实验测试结果与理论分析结果比较接近,由此可以证明户外聚光测试系统是合理的。虽然户外聚光测试具有较为理想的光谱和光强分布,但由于受外界天气环境变化影响,很难对聚光系统精准测量。针对这个问题本论文重新设计搭建了一套室内聚光测试系统,论文中还提出了一种新的测量方法：分立光谱局部测量法。该方法可以检验菲涅耳聚光镜的局部加工质量,并能够有效地评价聚光系统的性能。利用室内聚光测试系统和分立光谱局部测量法对常规等齿深菲涅耳聚光系统进行测试,测试结果与理论模拟结果非常接近,并且测试结果稳定可靠。由此验证了室内聚光测试系统及分立光谱局部测量法是科学的。为了便于聚光系统测试结果的处理及分析,基于MATLAB语言编写了聚光实验分析程序模块,该程序具有较强的图形输出功能,使用方便、高效。