太阳能光伏水泵为发展现代化农业、生态荒漠治理、无市电供应的偏远地区灌溉及畜牧供水提供良好的手段。本文从实际应用角度出发设计一款追日式全自动光伏水泵系统。对系统能量传递方案进行设计,通过小容量缓冲储能技术,解决光伏电池板发电功率波动的问题;设计二维追日机构跟踪太阳,确保太阳光垂直照射光伏电池板,提高单位面积光伏电池板的发电功率,并均衡早中晚光伏电池板的发电量;结合仿真软件对二维追日机构进行仿真分析及校核优化,作为该设计的有效补充,提高发电装置的性价比;研制样机并对其进行性能测试和经济性分析,为进一步开发不同系列的光伏水泵提供设计思路。本文主要从以下几个方面展开研究:(1)追日式全自动光伏水泵系统方案设计。对追日式全自动光伏水泵系统方案进行总体设计,提出三种不同结构的光伏水泵系统方案,结合层次分析法对各方案进行评价,选择出最优方案,并对该方案进一步研究分析。(2)二维追日机构设计。分析太阳运行规律,建立太阳运行轨迹的数学模型,确定二维追日机构的主要设计参数;对光电传感器进行优化设计,研究二维追日机构的跟踪控制策略;优化蓄电池充放电控制方法,确保系统恒功率稳定运行;设计二维追日机构,保证太阳光线始终垂直照射到光伏电池板上,提高单位面积光伏电池板的发电功率;分析二维追日机构受载情况,对驱动机构进行力学计算。(3)二维追日机构仿真分析。利用分析软件ANSYS Workbench对二维追日机构进行静强度分析校核;结合分析软件ADAMS对二维追日机构进行动态仿真,计算出追日机构在不同工况下的最大受力位置,并对其在该位置时进行强度校核。(4)二维追日机构优化设计。结合二维追日机构的静态与动态仿真分析结果,得出二维追日机构力学分布情况,运用ANSYS Workbench中的Design Exploration模块对二维追日机构关键零件结构进一步优化,改善其力学性能并减少材料使用。(5)样机研制及测试分析。根据优化结果及前期研究,对设计的追日式全自动光伏水泵系统进行样机研制,将本系统与固定式安装的光伏水泵系统进行对比实验,分析相关实验数据,比较两者的实际出水量及成本,进而对样机进行综合性价比分析。通过以上研究发现,追日式全自动光伏水泵系统尽管增加了追日装置,安装、维护相对复杂,其制造和维护成本是固定式光伏水泵的1.39倍,但其出水量提高了68%,其综合性价比提高20%左右。