Разнообразието от архитектурни проекти неизбежно води до голямо разнообразие от конфигурации за инсталиране на соларни панели. За да се увеличи максимално ефективността на преобразуване на слънчевата енергия, като същевременно се запази естетическият вид на сградата, е необходима разнообразна гама от инвертори за постигане на оптимално преобразуване на слънчевата енергия. Стринговите инвертори се превърнаха в най-популярния избор на международния пазар. Въз основа на модулна концепция, всеки фотоволтаичен (PV) низ (вариращ от 1 kW до 5 kW) е свързан към индивидуален инвертор, който включва проследяване на максимална мощност (MPPT) от страна на DC и паралелна връзка на мрежата от страна на AC. Много големи фотоволтаични електроцентрали използват стрингови инвертори. Техните предимства включват имунитет към вариации в производителността между модули в различни низове и намалено въздействие от засенчване; освен това те смекчават несъответствията между оптималните работни точки на фотоволтаичните модули и инверторите, като по този начин увеличават общото производство на електроенергия. Тези технически предимства не само намаляват системните разходи, но и повишават цялостната надеждност на системата. В допълнение, конфигурацията "главен-подчинен" позволява множество PV низове да бъдат свързани заедно; ако енергията от единичен низ е недостатъчна за работата на отделен инвертор, системата може да комбинира низове, за да гарантира, че един или повече инвертори остават работещи, което води до по-висока мощност на енергия. Най-новият подход включва множество инвертори, образуващи „екип“, вместо да се разчита на настройка „главен-подчинен“, което допълнително подобрява надеждността на системата. Воден от нарастващото търсене на възобновяема енергия, пазарът на соларни (PV) инвертори се разширява бързо. Тези инвертори изискват изключително висока ефективност и надеждност. Този анализ изследва силовите вериги, използвани в такива инвертори, и препоръчва оптимални компоненти за превключване и коригиране. Има три различни общи архитектури, достъпни за PV инвертори. Слънчевата светлина удря слънчеви модули, свързани последователно, като всеки модул съдържа серия от отделни слънчеви клетки. DC напрежението, генерирано от тези слънчеви модули, обикновено е в диапазона от няколкостотин волта - стойност, която варира в зависимост от условията на излъчване на масива от модули, температурата на клетките и броя на модулите, свързани в серийния низ. Основната функция на този тип инвертор е да преобразува входното постоянно напрежение в стабилна стойност. Това се постига чрез усилващ преобразувател, който изисква усилващ превключвател и усилващ диод. В първата конфигурация етапът на усилване е последван от изолиран преобразувател с пълен мост, където трансформаторът с пълен мост осигурява електрическа изолация. Втори мостов преобразувател от изходната страна преобразува постояннотоковото напрежение от първия етап в променливотоково напрежение. След това изходът се филтрира, преди да бъде свързан към променливотоковата мрежа чрез реле с двоен контакт, което гарантира безопасно изключване по време на повреда и изолация от мрежата през нощта. Втората конфигурация е неизолиран дизайн, при който AC напрежението се генерира директно от DC изхода на усилващото стъпало. Третата конфигурация използва иновативна топология, която интегрира функциите за усилване и генериране на променлив ток в една специализирана верига. Въпреки че ефективността на преобразуване на слънчевите панели е доста ниска, за инвертора е изключително важно да постигне ефективност възможно най-близка до 100%. В Германия се очаква масив от слънчеви модули с мощност 3 kW, инсталиран на покрив с южно изложение, да генерира 2550 kWh годишно. Увеличаването на ефективността на инвертора от 95% на 96% би довело до допълнителни 25 kWh на година - количество, което иначе би изисквало инсталирането на допълнителни соларни модули, на цена, сравнима с тази на допълнителен инвертор. Тъй като подобряването на ефективността от 95% на 96% не удвоява цената на инвертора, инвестирането в устройства с по-висока ефективност е логичен избор. За нововъзникващи дизайни, максимизирането на ефективността на инвертора по най-рентабилния начин е ключов критерий за проектиране, заедно с надеждността и цената. По-високата ефективност намалява температурните колебания по време на цикъла на натоварване, като по този начин повишава надеждността; следователно тези критерии са вътрешно свързани. Използването на модулни компоненти също допринася за подобрена надеждност. Всички топологии, показани на Фигура 1, изискват бързо превключващи захранващи устройства, докато етапите на усилване и пълен мост също налагат използването на бързо превключващи диоди. Освен това превключватели, оптимизирани специално за нискочестотно (100 Hz) превключване, също са полезни за тези топологии. За всяка дадена силициева технология превключвателите, оптимизирани за бързо превключване, показват по-високи загуби на проводимост от тези, оптимизирани за нискочестотни приложения.
Етапът на усилване обикновено е проектиран като преобразувател с непрекъснат режим на проводимост (CCM). Изборът между 600V и 1200V устройства зависи от броя на соларните модули в масива, свързан към инвертора. Силовите превключватели обикновено се състоят от MOSFET или IGBT; като цяло MOSFET могат да работят при по-високи честоти на превключване от IGBT. Освен това винаги трябва да се взема предвид въздействието на основния диод - въпреки че това не е проблем в етапа на усилване, тъй като основният диод не провежда по време на нормална работа. Загубата на проводимост на MOSFET се определя от неговото съпротивление при включване ($R_{DS(ON)}$), което за дадено семейство MOSFET е пропорционално на ефективната площ на матрицата. Тъй като номиналното напрежение се увеличава от 600V до 1200V, загубата на проводимост на MOSFET се повишава значително; следователно, дори ако 1200V MOSFET има сравнима $R_{DS(ON)}$ оценка, той може или да не е наличен, или да е прекалено скъп.
За превключватели за усилване с номинал 600 V, MOSFET с супер преход са отличен избор, предлагайки оптимална загуба на проводимост за високочестотни комутационни приложения. Опциите включват MOSFET в TO-220 пакети с $R_{DS(ON)}$ под 100 mΩ или такива в TO-247 пакети с $R_{DS(ON)}$ под 50 mΩ. За соларни инвертори, изискващи 1200V захранващи превключватели, IGBT са подходящото решение. Усъвършенстваните IGBT технологии - като NPT Trench и NPT Field Stop - са оптимизирани за по-ниски загуби на проводимост, но това идва с цената на по-високи загуби при превключване, което ги прави по-малко подходящи за високочестотни усилващи приложения. Въз основа на наследената планарна технология NPT (Non-Punch-Through), устройството FGL40N120AND е разработено за подобряване на ефективността на усилващите вериги, работещи при високи честоти на превключване. Той разполага с $E_{OFF}$ (загуба на енергия при изключване) от 43 µJ/Aa ниво на производителност, което иначе е много трудно за постигане, особено в сравнение с 80 µJ/A $E_{OFF}$, типично за устройства, използващи по-напреднали технологии. Докато FGL40N120AND има сравнително високо напрежение на насищане ($V_{CE(SAT)}$)-3,0 V (или 2,1 V при 125 градуса) - това е повече от компенсирано от неговите изключително ниски загуби при превключване при високи усилващи честоти. Устройството също интегрира антипаралелен диод. При нормално усилване този диод остава в непроводимо състояние; въпреки това, по време на стартиране или преходни събития, веригата за усилване може да бъде задвижена в режим на работа, при който анти-паралелният диод започва да провежда. Тъй като на IGBT липсва присъщ диод на тялото, този диод в съвместна опаковка е от съществено значение за осигуряване на надеждна работа. За самия усилващ диод е необходим тип с бързо възстановяване - като диод Stealth™ или диод от силициев карбид (SiC). SiC диодите, по-специално, предлагат много ниско напрежение и минимални загуби. Когато избирате усилващ диод, трябва да вземете предвид въздействието на обратния ток на възстановяване (или, в случай на SiC диоди, капацитет на преход) върху усилващия превключвател, тъй като тези фактори допринасят за допълнителни загуби. В този контекст нововъведеният диод Stealth II (FFP08S60S) осигурява превъзходна производителност: при условия на $V_{DD}=390\\text{ V}$, $I_D=8\\text{ A}$, $di/dt=200\\text{ A/µs}$ и температура на корпуса от 100 градуса, изчислената загуба при превключване е 205 mJ, в сравнение с 225 mJ при използване на ISL9R860P2 Stealth диод. Следователно, това решение също така подобрява ефективността на инвертора при високи честоти на превключване. След MOSFET пълен мост и етап на филтриране, изходният мост генерира 50Hz синусоидално напрежение и токов сигнал. Общата реализация използва стандартна топология с пълен мост (Фигура 2). В тази конфигурация включването на горния ляв и долния десен превключватели прилага положително напрежение към изходните клеми, докато включването на горния десен и долния ляв превключватели прилага отрицателно напрежение. В това приложение само един превключвател е активен (проводящ) във всеки даден момент. Единият превключвател работи при висока PWM честота, докато другият работи при ниска честота от 50Hz. Тъй като веригите за първоначално зареждане разчитат на превключващото действие на устройството от ниската страна, превключвателят от ниската страна работи при висока PWM честота, докато превключвателят от високата страна работи при честота 50Hz. Като се има предвид, че това приложение използва 600V захранващи превключватели, 600V super-junction MOSFETs са изключително подходящи. Тъй като тези превключватели трябва да издържат на пълния ток на обратно възстановяване на допълнителните устройства по време на включване, устройствата за супер свързване с бързо възстановяване - като 600V FCH47N60F - са идеален избор. С $R_{DS(ON)}$ от 73 mΩ, това устройство предлага по-ниски загуби на проводимост в сравнение с други подобни компоненти с бързо възстановяване. Въпреки че функцията за бързо възстановяване не е необходима, когато тези устройства превключват на 50Hz, те предлагат превъзходни $dv/dt$ и $di/dt$ характеристики, които повишават надеждността на системата в сравнение със стандартните MOSFET транзистори със супер преход.
Друг вариант, който си струва да се обмисли, е FGH30N60LSD, 30A/600V IGBT с напрежение на насищане ($V_{CE(SAT)}$) от само 1,1V. Поради много високата си загуба при изключване ($E_{OFF}$) от 10 mJ, той е подходящ само за нискочестотно превключване. 50 mΩ MOSFET, при работна температура, показва $R_{DS(ON)}$ от 100 mΩ; следователно, при ток от 11 A, неговият $V_{DS}$ е еквивалентен на $V_{CE(SAT)}$ на този IGBT. Освен това, тъй като този IGBT е базиран на по-стара технология за пробиване, неговият $V_{CE(SAT)}$ остава относително стабилен по отношение на температурните промени. Следователно този тип IGBT може да намали общите загуби в изходния мост, като по този начин увеличи общата ефективност на инвертора. FGH30N60LSD IGBT също така е много ефективен за приложения, които изискват превключване между различни технологии за преобразуване на енергия или специфични топологии в рамките на всеки полупериод; в такива случаи IGBT функционира като топологичен превключвател. За по-бързи преходи на превключване се използват конвенционални или бързовъзстановяващи се свръхпреходни устройства. За специализирани топологии с рейтинг 1200V и конфигурации с пълен мост, гореспоменатият FGL40N120AND е идеален превключвател за модерни, високочестотни соларни инвертори. Когато конкретна технология изисква диод, диодите Stealth II™, Hyperfast™ II или диодите от силициев карбид (SiC) служат като отлични решения.