Mangfoldigheden af arkitektoniske designs fører uundgåeligt til en bred vifte af installationskonfigurationer af solpaneler. For at maksimere solenergikonverteringseffektiviteten og samtidig bevare en bygnings æstetiske tiltrækningskraft kræves der en bred vifte af invertere for at opnå optimal solenergikonvertering. String-invertere er blevet det mest populære valg på det internationale marked. Baseret på et modulært koncept er hver fotovoltaisk (PV) streng (spænder fra 1 kW til 5 kW) forbundet til en individuel inverter, som har Maximum Power Point Tracking (MPPT) på DC-siden og netparallel forbindelse på AC-siden. Mange storskala PV-kraftværker anvender strenginvertere. Deres fordele omfatter immunitet over for ydelsesvariationer mellem moduler i forskellige strenge og reduceret påvirkning fra skygge; desuden afbøder de misforhold mellem de optimale driftspunkter for PV-moduler og inverterne og øger derved den samlede strømproduktion. Disse tekniske styrker sænker ikke kun systemomkostningerne, men forbedrer også den overordnede systempålidelighed. Derudover tillader "master-slave"-konfigurationen at forbinde flere PV-strenge sammen; hvis energien fra en enkelt streng er utilstrækkelig til at drive en individuel inverter, kan systemet kombinere strenge for at sikre, at en eller flere invertere forbliver operationelle, hvilket resulterer i højere energiudbytte. Den seneste tilgang involverer flere invertere, der danner et "team" i stedet for at stole på en "master-slave" opsætning, hvilket yderligere forbedrer systemets pålidelighed. Drevet af den voksende efterspørgsel efter vedvarende energi vokser markedet for solcelle (PV) invertere hurtigt. Disse invertere kræver usædvanlig høj effektivitet og pålidelighed. Denne analyse undersøger de strømkredsløb, der anvendes i sådanne invertere, og anbefaler optimale komponenter til omkobling og ensretning. Der er tre distinkte generelle arkitekturer tilgængelige for PV-invertere. Sollys rammer solcellemoduler forbundet i serie, hvor hvert modul indeholder en række individuelle solceller. DC-spændingen, der genereres af disse solcellemoduler, er typisk i intervallet flere hundrede volt - en værdi, der varierer baseret på modularrayets bestrålingsforhold, cellernes temperatur og antallet af moduler forbundet i seriestrengen. Den primære funktion af denne type inverter er at konvertere indgangs-DC-spændingen til en stabil værdi. Dette opnås via en boost-konverter, som kræver en boost-switch og en boost-diode. I den første konfiguration efterfølges boosttrinnet af en isoleret fuldbrokonverter, hvor fuldbrotransformatoren giver elektrisk isolering. En anden fuldbro-konverter på udgangssiden konverterer DC-spændingen fra det første trin til en AC-spænding. Udgangen filtreres derefter, inden den tilsluttes AC-nettet via et dobbeltkontaktrelæ, som sikrer sikker frakobling ved fejl og isolation fra nettet om natten. Den anden konfiguration er et ikke-isoleret design, hvor AC-spændingen genereres direkte fra DC-udgangen fra boosttrinnet. Den tredje konfiguration anvender en innovativ topologi, der integrerer boost- og AC-genereringsfunktionerne i et enkelt, specialiseret kredsløb. Selvom konverteringseffektiviteten af solpaneler er ret lav, er det afgørende for inverteren at opnå en effektivitet så tæt på 100 % som muligt. I Tyskland forventes et 3 kW-array af solcellemoduler installeret på et sydvendt tag at generere 2.550 kWh årligt. En forøgelse af inverterens effektivitet fra 95 % til 96 % ville give yderligere 25 kWh om året - en mængde, der ellers ville kræve installation af ekstra solcellemoduler til en pris, der kan sammenlignes med en ekstra inverter. Da en forbedring af effektiviteten fra 95 % til 96 % ikke fordobler omkostningerne ved inverteren, er det et logisk valg at investere i enheder med højere effektivitet. For nye designs er maksimering af invertereffektiviteten på den mest omkostningseffektive måde et centralt designkriterium sammen med pålidelighed og omkostninger. Højere effektivitet reducerer temperaturudsving over belastningscyklussen og øger derved pålideligheden; disse kriterier er således i sagens natur forbundet. Brugen af modulære komponenter bidrager også til forbedret pålidelighed. Alle de topologier, der er vist i figur 1, kræver hurtig-switchende strømenheder, mens boost- og fuldbro-stadierne også nødvendiggør brugen af hurtig-switchende dioder. Desuden er switche optimeret specifikt til lavfrekvent (100 Hz) switching også nyttige til disse topologier. For enhver given siliciumteknologi udviser switche, der er optimeret til hurtig omskiftning, højere ledningstab end dem, der er optimeret til lavfrekvente applikationer.
Boost-trinnet er typisk designet som en CCM-konverter (Continuous Conduction-Mode). Valget mellem 600V og 1200V enheder afhænger af antallet af solcellemoduler i arrayet, der er tilsluttet inverteren. Strømafbrydere består generelt af enten MOSFET'er eller IGBT'er; generelt kan MOSFET'er fungere ved højere koblingsfrekvenser end IGBT'er. Derudover skal indvirkningen af kropsdioden altid tages i betragtning - selvom dette ikke er et problem i boost-stadiet, da kropsdioden ikke leder under normal drift. Ledningstabet for en MOSFET bestemmes af dens til-modstand ($R_{DS(ON)}$), som for en given MOSFET-familie er proportional med det effektive matriceareal. Når spændingen stiger fra 600V til 1200V, stiger ledningstabet af en MOSFET betydeligt; Derfor, selvom en 1200V MOSFET har en sammenlignelig $R_{DS(ON)}$ rating, kan den enten være utilgængelig eller uoverkommelig dyr.
For 600V-klassificerede boost-switche er super-junction MOSFET'er et fremragende valg, der tilbyder optimalt ledningstab til højfrekvente switch-applikationer. Mulighederne omfatter MOSFET'er i TO-220-pakker med en $R_{DS(ON)}$ under 100 mΩ, eller dem i TO-247-pakker med en $R_{DS(ON)}$ under 50 mΩ. For solcelle-invertere, der kræver 1200V strømafbrydere, er IGBT'er den passende løsning. Avancerede IGBT-teknologier - såsom NPT Trench og NPT Field Stop - er optimeret til lavere ledningstab, men dette kommer på bekostning af højere switchtab, hvilket gør dem mindre egnede til højfrekvente boost-applikationer. Baseret på ældre NPT (Non-Punch-Through) planar-teknologi, er FGL40N120AND-enheden udviklet til at forbedre effektiviteten af boost-kredsløb, der fungerer ved høje switch-frekvenser. Den har et $E_{OFF}$ (sluk energitab) på 43 µJ/Aa ydeevne, som ellers er meget vanskeligt at opnå, især sammenlignet med de 80 µJ/A $E_{OFF}$ typisk for enheder, der bruger mere avancerede teknologier. Mens FGL40N120AND har en relativt høj mætningsspænding ($V_{CE(SAT)}$)-3,0 V (eller 2,1 V ved 125 grader) - er dette mere end opvejet af dets usædvanligt lave koblingstab ved høje boost-frekvenser. Enheden integrerer også en anti-parallel diode. Under normal boost-drift forbliver denne diode i en ikke-ledende tilstand; under opstart eller forbigående hændelser kan boostkredsløbet dog blive drevet ind i en driftstilstand, hvor den antiparallelle diode begynder at lede. Da en IGBT mangler en iboende kropsdiode, er denne sampakkede diode afgørende for at sikre pålidelig drift. Til selve boost-dioden kræves en hurtig gendannelsestype, såsom en Stealth™-diode eller en siliciumcarbid (SiC)-diode. Især SiC-dioder tilbyder meget lav fremadspænding og minimale tab. Når man vælger en boost-diode, skal man tage højde for indvirkningen af omvendt genvindingsstrøm (eller, i tilfælde af SiC-dioder, junction-kapacitans) på boost-kontakten, da disse faktorer bidrager til yderligere tab. I denne sammenhæng leverer den nyligt introducerede Stealth II-diode (FFP08S60S) overlegen ydeevne: under forhold med $V_{DD}=390\\text{ V}$, $I_D=8\\text{ A}$, $di/dt=200\\text{ A/µs}$, og en 02-graders skifttemperatur er et tab på 02 grader. mJ sammenlignet med 225 mJ ved brug af ISL9R860P2 Stealth-dioden. Som følge heraf forbedrer denne løsning også inverterens effektivitet ved høje koblingsfrekvenser. Efter MOSFET fuldbroen og filtreringstrinnet genererer udgangsbroen et 50Hz sinusformet spændings- og strømsignal. En almindelig implementering bruger en standard fuldbro-topologi (figur 2). I denne konfiguration påføres en positiv spænding over udgangsterminalerne ved at tænde for kontakterne øverst til venstre og nederst til højre, mens kontakterne øverst til højre og nederst til venstre påfører en negativ spænding. I denne applikation er kun én kontakt aktiv (ledende) på et givet tidspunkt. Den ene switch fungerer ved en høj PWM-frekvens, mens den anden arbejder ved en lav 50Hz-frekvens. Da bootstrap-kredsløb er afhængige af switching-handlingen af lavside-enheden, betjenes lavside-omskifteren ved den høje PWM-frekvens, mens high-side-omskifteren fungerer ved 50Hz-frekvensen. Da denne applikation bruger 600V strømafbrydere, er 600V super-junction MOSFET'er yderst velegnede. Fordi disse kontakter skal modstå den fulde omvendte gendannelsesstrøm fra de komplementære enheder under tænding, er super-junction-enheder med hurtig gendannelse - såsom 600V FCH47N60F - et ideelt valg. Med en $R_{DS(ON)}$ på 73 mΩ tilbyder denne enhed lavere ledningstab sammenlignet med andre lignende hurtiggendannelseskomponenter. Selvom den hurtige gendannelsesfunktion ikke er påkrævet, når disse enheder skifter ved 50Hz, tilbyder de overlegne $dv/dt$- og $di/dt$-egenskaber, som forbedrer systemets pålidelighed sammenlignet med standard super-junction MOSFET'er.
En anden mulighed, der er værd at overveje, er FGH30N60LSD, en 30A/600V IGBT med en mætningsspænding ($V_{CE(SAT)}$) på kun 1,1V. På grund af dets meget høje sluk-tab ($E_{OFF}$) på 10 mJ er den kun egnet til lavfrekvent omskiftning. En 50 mΩ MOSFET, ved driftstemperatur, udviser en $R_{DS(ON)}$ på 100 mΩ; følgelig, ved en strømstyrke på 11A, svarer dens $V_{DS}$ til $V_{CE(SAT)}$ af denne IGBT. Desuden, fordi denne IGBT er baseret på ældre punch-through-teknologi, forbliver dens $V_{CE(SAT)}$ relativt stabil med hensyn til temperaturændringer. Som følge heraf kan denne type IGBT reducere de totale tab i outputbroen og derved øge inverterens samlede effektivitet. FGH30N60LSD IGBT er også yderst effektiv til applikationer, der kræver skift mellem forskellige strømkonverteringsteknologier - eller specifikke topologier - inden for hver halvcyklus; i sådanne tilfælde fungerer IGBT som en topologikontakt. Til hurtigere koblingsovergange anvendes konventionelle eller hurtiggenoprettede superjunction-enheder. Til 1200V-klassificerede specialiserede topologier og fuldbrokonfigurationer er den førnævnte FGL40N120AND en ideel switch til moderne, højfrekvente solcelle-invertere. Når en specifik teknologi kræver en diode, tjener Stealth II™ dioder, Hyperfast™ II dioder eller siliciumcarbid (SiC) dioder som fremragende løsninger.