太阳能光伏发电系统目前主要应用于没有电力或电力不足的偏远地区，作为家用电器和照明设备的独立电源。随着电力短缺和环境污染问题的日益严重，接入公共电网的太阳能光伏发电系统显示出越来越强的竞争力。并网太阳能发电系统不通过储能电池储存能量，而是通过并网逆变器直接反馈到电网的发电系统中。因为电能直接输入到电网中，所以不需要电池，省去了电池能量存储和释放的过程。太阳能发电产生的电能可以得到充分利用，避免能量损失。并且系统成本可以降低。并网发电系统可以将城市电力和太阳能作为本地交流负载的电源并联，降低整个系统的负载短缺率。

展望未来，分布式太阳能发电必将成为重要的发电方式之一。并网发电系统是太阳能发电的发展方向，代表了21世纪最具吸引力的能源利用技术。太阳能并网系统可以在公共电网的峰谷调节中发挥作用。当用电负荷较大时，太阳能发电不足，需从城市电网购买电力。在有电网支持的前提下，光伏并网发电系统可节省电池，从而扩大使用范围，提高灵活性，降低使用成本。

1. 太阳能光伏并网系统的组成
光伏并网发电系统由光伏阵列、逆变器和控制器组成。逆变器将光伏电池的输出直流电转换为正弦交流电并入电网。控制器控制光伏电池的最大功率点跟踪以及逆变器并网电流的波形、频率和功率，使光伏发电系统能够向电网提供最大功率。典型的光伏并网系统包括光伏阵列、DC/DC转换器、逆变器和继电保护装置。

三相光伏发电并网系统的主电路如图1所示。太阳能电池阵列通过正弦波脉宽调制逆变器将电能传输到电网。并网逆变器的功率容量由光伏阵列的功率和当时的当地阳光条件决定。

在这个电路中，光伏电池生成的直流电经过逆变器转换成交流电，然后通过滤波电感器变成符合 mains power grid 要求的交流电，再直接连接到公共电网。

图2显示了并网光伏发电系统的物理图。在并网系统中，光伏电池阵列生成的电力不仅供应给交流负载，多余的电力还会反馈到电网。在雨天或夜晚，当太阳能电池板不发电或发电量不能满足负载需求时，负载由电网供电。

2.光伏并网系统的逆变器要求
光伏并网发电系统的核心是并网逆变器，需要专用的逆变器来确保输出功率符合电网对电压和频率等电气性能指标的要求。因此，当连接到电网时，对逆变器提出了更高的要求。

(1) 逆变器需要输出正弦波电流。光伏电站反馈到公共电网的功率必须符合电网规定的规格。例如，逆变器的输出电流不得包含直流分量，逆变器输出电流的高次谐波必须最小化。不得对电网造成谐波污染等。

(2) 逆变器需要在负载和阳光发生大幅变化的条件下高效运行。光伏电站的能源来自太阳能，而太阳辐照度会随着气候的变化而变化，因此要求逆变器能够在不同的阳光条件下高效运行。

(3) 逆变器需要启用光伏方阵在最大功率点工作。太阳能电池的输出功率与阳光、温度和负载的变化有关，即其输出特性是非线性的。这要求逆变器具有最大功率点跟踪功能，即无论阳光、温度等如何变化，通过逆变器的自动调整，可以实现方阵的最佳运行。

(4) 变频器需要具有小尺寸和高可靠性的特点。对于家用光伏系统，变频器通常安装在室内或墙上，因此对其体积和重量有限制。此外，对整机的可靠性提出了更高的要求。太阳能电池的寿命超过20年，因此其配套设备必须等同。
(5) 变频器在市电中断时可以在阳光下独立供电。

3. 光伏并网系统的拓扑结构
(1) 单级并网逆变器拓扑结构
考虑到光伏阵列的低输出电压，单级并网逆变器必须在一个功率转换环节中实现多种功能，包括DC升压、最大功率点跟踪、DC/AC逆变器，以及光伏阵列和电网。因此，这种拓扑结构包括一个变压器。
这种拓扑结构的优点是成本低、体积小、效率高、损耗低。然而，由于许多功能必须在相同级别上实现，设计更加复杂。

(2) 两阶段并网逆变器拓扑结构
目前大多数光伏并网发电系统采用两阶段并网逆变器拓扑结构。它通常包括DC/DC级和DC/AC级。前级实现升压和最大功率跟踪功能，后级实现直流电转换为交流电并并网的功能。

(3) 多电平并网逆变器拓扑结构
多电平拓扑结构设计会增加并网逆变器的复杂性和成本，但它也使得同时实现多个功能成为可能，包括逆变桥的低开关频率和DC/DC转换器的正弦半波输出。高电平拓扑结构设计在减少损耗的同时可以实现良好的最大功率点跟踪特性。然而，系统的多电平拓扑结构也会带来功率损耗过大的缺点。因此，多电平拓扑结构在并网系统中并不常用。