光伏水泵系统将太阳能转换为电能来驱动水泵抽水，不仅可用于解决偏远无电、缺电地区的人畜饮用水和农业灌溉用水，也可用于荒漠治理、生活用水和城市水景等行业。光伏水泵的运行工况会随着天气变化而不断改变，目前针对光伏水泵这种特殊运行特性的研究还相当缺乏。本文在国家自然科学基金(NO.51109095)的资助下，采用理论分析、数值计算和实验研究相结合的方法对光伏水泵系统出水量特性及光伏离心泵多工况优化设计方法进行了探索。本文的主要工作和取得成果如下:　　 1.对国内外光伏水泵系统的研究现状进行了总结与归纳，详细介绍了光伏水泵系统的各组成部件，并总结了国内外学者在提高光伏水泵系统效率和出水量预测模型的研究成果。　　 2.从理论上分析了光伏电池的Ⅰ-Ⅴ特性。通过matlab软件中simulink模块分析了太阳辐射强度和温度对光伏电池输出特性的影响。通过对电池组件进行实验研究，分析了倾角对光伏电池输出特性的影响。　　 3.分析了光照强度对直流和交流光伏水泵系统出水量的影响，并基于光伏仿真电源重点分析了最大功率点跟踪算法的工作过程和阵列大小与管路特性对交流光伏水泵系统出水量的影响。研究结果表明最大功率点跟踪算法的加入使得扬水光照强度阈值明显降低。增大光伏阵列的峰值功率，能提高光伏水泵系统的出水量。增大管路静扬程和阻力系数，会降低光伏水泵系统的出水量。　　 4.基于实验数据，分别对光伏水泵实验系统中各部件的运行特性进行数据拟合，从而完成对各部件的数学建模，最终建立光伏水泵系统的出水量预测模型，并进行了实验验证。研究结果表明该出水量预测模型简单可靠，全天系统出水总量的预测值与实验值相差较小。若在掌握某地气象资料的情况下，可以较为准确地预测系统在某一天的出水总量。　　 5.建立了基于水力损失计算的光伏离心泵多工况优化设计方法，并对光伏水泵的叶轮几何参数进行了多工况优化设计。运用数值模拟与实验研究的方法对优化后的光伏水泵在额定转速下的性能进行验证。最后应用建立的光伏水泵系统出水量预测模型得到了优化前后不同光照强度下系统的出水量，研究结果表明泵优化后，不仅能够提高系统出水量，而且还能有效降低扬水光照强度阈值。