Uanset hvilken teknologi der anvendes, er inverterens grundlæggende design klart og meget ens. Kernen er processen med at konvertere DC-spænding (solcellemoduler) til AC-spænding (net tilsluttet). I transformationsprocessen omdannes de positive og negative poler af DC-elektricitet kontinuerligt til at danne vekselstrøm med retningsændringer. Så nøglekomponenten i inverteren er brokontakten (strømenhed), som vist i figur 1 (a). Den ene side af denne omskifterbro er forbundet til indgangs DC-strømforsyningen, og den anden side er forbundet til AC-strømnettet. Under arbejdsprocessen kan kun to modstående kontakter slukkes samtidigt.
Hvis koblingshastigheden for denne bro er indstillet til at være den samme som netfrekvensen, kan broens udgangsside teoretisk forbindes til nettet. Men da udgangsstrømmen er en firkantbølge uden ændring i intensitet, er det nødvendigt at installere en induktor med en jernkerne i udgangsenden for at styre udgangsstrømmen til en sinusbølgeform. Frakoblingen af broen udføres ved hjælp af en pulsproces, hvilket resulterer i en mindre strømkomponent relateret til pulsen. Denne strømkomponent kan styre induktorens strøm. Frekvensen af pulsen er generelt 20 kHz, hvilket fuldstændigt kan danne en 50 Hz strøm, som vist i figur 1 (b).
For fotovoltaiske invertere er der en anden meget vigtig enhed, som ikke kan overses: kondensatoren ved indgangsenden, som vist i figur 1 (c). Kondensatorers funktion er at lagre elektrisk energi, sikre, at strømmen fra elproduktionssiden tilføres kontinuerligt og konsekvent til brokontakten, og kommer ind i nettet gennem en bro, der ændrer sig synkront med netfrekvensen. Kun når indgangskondensatorens kapacitet er stor nok, kan den kontinuerlige og normale drift af solcelleanlægget garanteres.
I praktiske applikationer har indgangsspændingsområdet visse begrænsninger. For nettilsluttede elproduktionsapplikationer skal indgangsspændingen altid være højere end spidsspændingen på nettet. Når den effektive værdi af netspændingen er 250V, for at opnå normal nettilslutning, skal minimumsspændingen på elproduktionssiden være 354V.
I modsætning til det grundlæggende design af standardinvertere, er der mange måder at justere eller øge indgangsspændingsområdet for direkte nettilsluttede invertere. De almindeligt anvendte inverterteknologiske løsninger og strukturer er alle forskellige. Topologistrukturen af inverteren nævnt ovenfor adskiller sig ikke kun i elektrisk isolation, men også i opnåelig effektivitet, spændingsafhængighed og andre aspekter. Derfor er der ingen ensartet formel til at definere, hvilket inverterdesign der er det bedste, og de specifikke egenskaber ved den anvendte inverter skal tages i betragtning i designet.
En anden tendens i design af fotovoltaiske invertere er at udvide indgangsspændingsområdet, hvilket kan føre til et fald i indgangsstrøm ved samme effektniveau eller en stigning i effektniveau ved samme indgangsstrøm. Når indgangsspændingen er relativt høj, skal der bruges IGBT med en højere nominel spænding (inden for området 1200V), hvilket resulterer i større tab. En måde at løse dette problem på er at bruge en tre-niveau inverter
Ved at bruge to serieforbundne elektrolytiske kondensatorer kan den høje indgangsspænding opdeles i to, og midtpunktet kan forbindes til den neutrale linje. I dette tilfælde kan en 600V-kontakt bruges. En tre-niveau inverter kan konvertere mellem tre niveauer:+ Vbus, 0V og - Vbus. Ud over at være mere effektiv end 1200V switchstrukturløsningen, har tre-niveau inverteren også en fordel ved at reducere udgangsinduktansen markant. Tre-niveau inverteren har to væsentlige egenskaber:
① Udgangsspændingens sinuskurve, syntetiseret af flere niveautrin, reducerer markant harmonisk indhold og forbedrer udgangsspændingsbølgeformen sammenlignet med traditionelle to-niveau invertere under de samme koblingsfrekvensforhold;
② Omskifterrørets nominelle spænding er kun halvdelen af spændingen på DC-bussen, hvilket gør det muligt at anvende lavspændingskoblingsenheder i højspændingsomformere.
Ulemperne ved tre-niveau invertere er imidlertid komplekse kontrolstrategier og problemet med ubalanceret midtpunktsspænding, som er en fatal svaghed ved tre-niveau invertere. Det er klart, at hvis midtpunktsspændingen af to kondensatorer, der er forbundet parallelt på DC-bussen til inverteren, er ustabil under drift, vil det forårsage ændringer i udgangsspændingen på tre niveauer, hvilket ikke kun forvrænger udgangsspændingsbølgeformen og øger harmoniske, men også gør den trefasede udgangsstrøm asymmetrisk, hvilket mister fordelen ved tre-niveau inverteren. Imidlertid er der i øjeblikket ingen grundlæggende løsning på problemet med ubalanceret midtpunktsspænding. En repræsentativ metode er at bruge forbedrede hardwarekredsløb for at opnå midtpunktspændingsbalance; Den anden er at opnå spændingsbalance ved at ændre timingen af switches eller kontrollere varigheden af vektorspændingen. Men der er problemer med komplekse kredsløb og utilfredsstillende kontroleffekter.
På nuværende tidspunkt, så længe solcelleanlægget er designet rimeligt, kan det fungere økonomisk. Transformatorfrie invertere, der er direkte integreret i elnettet, bliver i stigende grad værdsat for deres lave omkostninger og høje effektivitet. Transformatorer omdanner elektrisk energi til magnetisk energi og omdanner derefter magnetisk energi til elektrisk energi. Energitabet forårsaget af den elektriske isolationsenhed, der er installeret mellem indgangs- og udgangsterminalerne, kan nå 1 % eller endda op til 2 %. Derfor er driftseffektiviteten for transformerløse invertere højere end for transformerinvertere, og denne teknologi har mange andre fordele, såsom lavt materialeforbrug og lav vægt.