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针对菲涅尔透镜存在实际光学效率偏低的问题，本文设计了一种由非球面透镜和棒锥镜组成的高效非成像聚光光学系统。在光学设计软件Zemax的序列模式下对非球面透镜进行了优化设计，通过最大程度地减小球差，像面光斑的几何半径从42mm降到了1.7mm。基于此，在Zemax的非序列模式下，完成了非球面透镜和棒锥镜的建模和优化，通过蒙特卡罗光线追迹分析实现了光学效率为87%、接收角为0.9°的非成像聚光光学系统。最后，基于非球面透镜阵列和棒锥镜样品，实现了高倍聚光型光伏模组的封装与测试。测试结果表明，该模组的光电转换效率达30.03%，与菲涅尔透镜构成的高倍聚光型光伏模组相比有显著提升