Este estudio presenta el desarrollo y validación de una interfaz óptica de alta eficiencia diseñada para sistemas fotovoltaicos de ultra alta concentración (UHCPV), con un enfoque en permitir la conversión de energía solar limpia y sostenible. Una lente de Fresnel sirve como el concentrador óptico principal en una nueva arquitectura de sistema que integra un diseño óptico avanzado con la gestión térmica a nivel de sistema. El marco de modelado propuesto combina un trazado de rayos 3D detallado con simulaciones térmicas acopladas para predecir con precisión métricas clave de rendimiento, incluyendo relaciones de concentración óptica, cargas térmicas y distribuciones de temperatura de los componentes. La validación contra referencias teóricas y experimentales demuestra altas precisiones predictivas dentro del 1% para la eficiencia óptica y del 2.18% para el rendimiento térmico. Los resultados identifican umbrales térmicos críticos para la estabilidad operativa a largo plazo, como limitar las temperaturas de los espejos a menos de 52 grados C y las temperaturas de las celdas fotovoltaicas a menos de 130 grados C. El modelo logra hasta un 89.08% de eficiencia óptica, con relaciones de concentración que varían de 240 a 600 soles y temperaturas de puntos focales correspondientes entre 37.2 grados C y 61.7 grados C. La evaluación experimental confirmó un rendimiento confiable, con los resultados medidos coincidiendo estrechamente con las simulaciones. Estos hallazgos destacan la originalidad del enfoque óptico-térmico acoplado y su aplicabilidad al diseño y despliegue fotovoltaico concentrado. Este enfoque integrado de diseño y análisis apoya el desarrollo de tecnologías fotovoltaicas escalables y limpias y proporciona información útil para el despliegue en el mundo real de sistemas UHCPV con un impacto ambiental mínimo.