作为太阳能光电开发应用的一个重要分支,光伏水泵系统无需燃料消耗,具有易安装、低维护、无人值守、低运营成本、清洁无污染等优点,被认为是目前最有可能满足无电、缺电区域保障农作物灌溉和人畜饮水的首选方案。本文针对郑州地区的日照条件开展小型直流光伏水泵系统的试验研究,旨在试验查明、验证郑州地区推广应用小型光伏水泵系统的可行性,主要工作如下:(1)根据历年的日照统计结果,分析了郑州地区的太阳能资源条件,结果表明郑州地区太阳能资源丰富且比较稳定,具有较好的光伏发电应用前景。简述了光伏水泵系统的基本结构与分类,研究了光伏阵列最大功率点追踪和电机水泵总成的控制需求。(2)根据各类水泵的特点及其在固定式农田灌溉、便携移动式园林灌溉中的应用场合需求,选定并阐述了适用于郑州地区推广应用的两种小型直流电机水泵总成:高扬程、低流量的3DS-4-0030-100型三相直流容积活塞泵和低扬程、大流量的ZQB3X8-24型两相直流离心泵。(3)为便于室外试验和推广,本文以3DS-4-0030-100型光伏水泵系统为原型,设计、搭建了小型光伏水泵系统试验台。该试验台具有以下特点:光伏阵列安装架的倾角在18~51°范围内连续可调,缩口型圆柱水箱适用于大多数小型电机水泵总成,试验台安装万向脚轮可移动,构件采用螺栓连接,制造、组装、拆卸简易方便。(4)基于双管Buck-Boost变换原理,利用STM32F103RET6单片机设计了一种宽输入电压范围的光伏阵列控制器。该控制器硬件包括单片机最小系统电路、系统供电电路、双管Buck-Boost电路和信号采集电路,系统软件以占空比控制为核心,采用基于电导增量法的组合式算法对光伏阵列进行最大功率追踪。(5)郑州地区冬季日照条件下,进行了两种小型光伏水泵系统的性能试验,测试了本文设计的光伏阵列直流变换控制器在不同负载模式下的占空比调制和最大功率追踪效果,并进行了数据分析。试验结果表明:3DS-4-0030-100型和ZQB3X8-24型光伏水泵系统在郑州地区冬季弱光照(小于550W/m~2)、低温(小于20℃)、低容量(小于140W)光伏阵列输入的情况下每天依然可以工作6小时以上,可以满足郑州地区固定式农田灌溉和便携移动式园林灌溉需要。不同负载模式下的占空比调制和MPPT性能试验结果表明,本文设计的光伏阵列直流控制器能够较好的实现最大功率追踪,主要表现为追踪速度快,追踪结果准确、稳定。以上结果表明,郑州地区具有较好的光伏水泵系统应用条件,小型光伏水泵系统具有较好的推广应用价值。