太阳能热化学发电系统主要包括太阳能热化学循环发电系统和太阳能与燃料的热化学互补发电系统。前者利用聚光太阳能驱动热分解水或二氧化碳的热化学反应过程，将太阳能储存在碳氢燃料氢键或碳氧键等中，随后碳氢燃料通过热力或电化学循环系统发电，实现太阳能到电的转化；后者通过聚光太阳热能驱动化石燃料、甲醇或生物质等的重整、裂解、气化等吸热反应，实现太阳能热化学燃料转化，将太阳热能储存在燃料化学能中，实现低品位太阳热能到高品位燃料转化能的转化，提升了太阳能的做功能力，并降低了燃料热力循环利用过程中不可逆损失。

太阳能热化学发电系统的特点在于利用热化学反应过程将低品位太阳热能提升至高品位燃料化学能，提升了太阳能的做功能力；同时在有化石燃料或生物质输入时，降低了燃料直接燃烧做功的不可逆损失，提升了热力系统的做功能力。太阳能热化学发电系统主要进行能量转换和物质传递，能量的转换过程为：太阳热能→燃料化学能→电能；物质传递流程包括：能量载体→碳氢燃料→燃烧烟气。系统中物质传递与能量转化的耦合机制如图所示：

太阳能热化学发电系统中的物质传递与能量转化过程图

太阳能热化学发电系统中的物质传递与能量转化过程

太阳能热化学发电系统主要由三个子系统构成，分别为：①太阳能聚光集热器；②太阳能热化学吸收-反应器；③动力循环或电化学循环发电子系统。

利用反射器、透镜或其他光学元件聚焦太阳光线至接收器或吸收-反应器以产生较高温度或能流密度太阳热能的装置。太阳能聚光集热器主要包括四种类型，分别为：槽式（聚光比30～100，集热温度100～550℃）、线性菲涅尔式（聚光比10～40，集热温度20～300℃）、碟式（聚光比100～1000，集热温度750～1500℃）以及塔式（聚光比150～1500，集热温度300～2000℃）。

利用太阳能聚光集热器所产生的太阳热能驱动热化学反应的装置，是太阳热能转化为碳氢燃料化学能的主要场所。太阳能热化学吸收-反应器的进料可以是甲烷、甲醇等碳氢燃料，也可以是秸秆等生物质原料，还可以是二氧化碳、水蒸气等含碳、氢元素的物质。输出物质（太阳能燃料）一般为氢、一氧化碳或二者的合成气。太阳能热化学吸收-反应器按热量传递过程可分为分体式吸收-反应器和一体式吸收-反应器，前者吸收器和反应器独立设置，由传热工质（导热油或熔盐）将吸收器接收的太阳热能传递给反应器中的化学反应，后者吸收器和反应器一体化设置，接收到的太阳热能直接驱动吸热反应发生，无须中间工质参与。

通过热力循环（或电化学循环）将燃料化学能转化为电能的装置，是太阳能热化学发电系统主要的产电设备，通常可以是燃气轮机、内燃机或燃料电池等。