इस्तेमाल की गई तकनीक के बावजूद, इन्वर्टर का मूल डिज़ाइन स्पष्ट और बहुत समान है। कोर डीसी वोल्टेज (सौर सेल मॉड्यूल) को एसी वोल्टेज (ग्रिड कनेक्टेड) में परिवर्तित करने की प्रक्रिया है। परिवर्तन की प्रक्रिया में, डीसी बिजली के सकारात्मक और नकारात्मक ध्रुव लगातार दिशात्मक परिवर्तनों के साथ प्रत्यावर्ती धारा में परिवर्तित होते रहते हैं। तो, इन्वर्टर का मुख्य घटक ब्रिज स्विच (पावर डिवाइस) है, जैसा चित्र 1 (ए) में दिखाया गया है। इस स्विच ब्रिज का एक किनारा इनपुट डीसी बिजली आपूर्ति से जुड़ा है, और दूसरा किनारा एसी पावर ग्रिड से जुड़ा है। कार्य प्रक्रिया के दौरान, केवल दो विरोधी स्विच एक साथ बंद किए जा सकते हैं।
यदि इस पुल की स्विचिंग गति ग्रिड आवृत्ति के समान निर्धारित की जाती है, तो सैद्धांतिक रूप से पुल के आउटपुट पक्ष को ग्रिड से जोड़ा जा सकता है। हालाँकि, चूंकि आउटपुट करंट एक वर्गाकार तरंग है जिसकी तीव्रता में कोई बदलाव नहीं होता है, इसलिए आउटपुट करंट को साइन वेव आकार में नियंत्रित करने के लिए आउटपुट छोर पर एक लोहे के कोर के साथ एक प्रारंभ करनेवाला स्थापित करना आवश्यक है। पुल का वियोग एक पल्स प्रक्रिया का उपयोग करके किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप पल्स से संबंधित एक छोटा वर्तमान घटक होता है। यह वर्तमान घटक प्रारंभ करनेवाला की धारा को नियंत्रित कर सकता है। पल्स की आवृत्ति आम तौर पर 20kHz होती है, जो पूरी तरह से 50Hz करंट बना सकती है, जैसा चित्र 1 (बी) में दिखाया गया है।
फोटोवोल्टिक इनवर्टर के लिए, एक और बहुत महत्वपूर्ण उपकरण है जिसे नजरअंदाज नहीं किया जा सकता है: इनपुट छोर पर संधारित्र, जैसा कि चित्र 1 (सी) में दिखाया गया है। कैपेसिटर का कार्य विद्युत ऊर्जा को संग्रहित करना है, यह सुनिश्चित करना है कि बिजली उत्पादन की ओर से करंट ब्रिज स्विच को लगातार और लगातार आपूर्ति की जाती है, और ब्रिज के माध्यम से ग्रिड में प्रवेश करती है जो ग्रिड आवृत्ति के साथ समकालिक रूप से बदलती है। केवल जब इनपुट कैपेसिटर की क्षमता काफी बड़ी हो तो फोटोवोल्टिक विद्युत उत्पादन प्रणाली के निरंतर और सामान्य संचालन की गारंटी दी जा सकती है।
व्यावहारिक अनुप्रयोगों में, इनपुट वोल्टेज की सीमा की कुछ सीमाएँ होती हैं। ग्रिड से जुड़े बिजली उत्पादन अनुप्रयोगों के लिए, इनपुट वोल्टेज हमेशा ग्रिड के पीक वोल्टेज से अधिक होना चाहिए। जब ग्रिड वोल्टेज का प्रभावी मूल्य 250V है, तो सामान्य ग्रिड कनेक्शन प्राप्त करने के लिए, बिजली उत्पादन पक्ष पर न्यूनतम वोल्टेज 354V होना आवश्यक है।
मानक इनवर्टर के मूल डिज़ाइन के विपरीत, सीधे ग्रिड से जुड़े इनवर्टर के लिए इनपुट वोल्टेज रेंज को समायोजित या बढ़ाने के कई तरीके हैं। आमतौर पर उपयोग की जाने वाली इन्वर्टर प्रौद्योगिकी समाधान और संरचनाएं सभी अलग-अलग हैं। ऊपर उल्लिखित इन्वर्टर की टोपोलॉजी संरचना न केवल विद्युत अलगाव में भिन्न होती है, बल्कि प्राप्त करने योग्य दक्षता, वोल्टेज निर्भरता और अन्य पहलुओं में भी भिन्न होती है। इसलिए, यह परिभाषित करने के लिए कोई एकीकृत सूत्र नहीं है कि कौन सा इन्वर्टर डिज़ाइन सबसे अच्छा है, और डिज़ाइन में उपयोग किए जाने वाले इन्वर्टर की विशिष्ट विशेषताओं पर विचार किया जाना चाहिए।
फोटोवोल्टिक इनवर्टर के डिजाइन में एक और प्रवृत्ति इनपुट वोल्टेज रेंज का विस्तार करना है, जिससे समान पावर स्तर पर इनपुट करंट में कमी हो सकती है या समान इनपुट करंट पर पावर स्तर में वृद्धि हो सकती है। जब इनपुट वोल्टेज अपेक्षाकृत अधिक होता है, तो उच्च रेटेड वोल्टेज (1200V की सीमा के भीतर) वाले आईजीबीटी का उपयोग करने की आवश्यकता होती है, जिसके परिणामस्वरूप अधिक नुकसान होता है। इस समस्या को हल करने का एक तरीका तीन-स्तरीय इन्वर्टर का उपयोग करना है
दो श्रृंखला से जुड़े इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर का उपयोग करके, उच्च इनपुट वोल्टेज को आधे में विभाजित किया जा सकता है, और मध्य बिंदु को तटस्थ रेखा से जोड़ा जा सकता है। इस स्थिति में, 6{3}}0V स्विच का उपयोग किया जा सकता है। एक तीन-स्तरीय इन्वर्टर तीन स्तरों के बीच परिवर्तित हो सकता है: + Vbus, 0V, और - Vbus। 1200V स्विच संरचना समाधान की तुलना में अधिक प्रभावी होने के अलावा, तीन-स्तरीय इन्वर्टर का आउटपुट इंडक्शन को काफी कम करने का भी फायदा है। तीन-स्तरीय इन्वर्टर की दो महत्वपूर्ण विशेषताएं हैं:
① कई स्तर के चरणों द्वारा संश्लेषित आउटपुट वोल्टेज साइन वेवफॉर्म हार्मोनिक सामग्री को काफी कम कर देता है और समान स्विचिंग आवृत्ति स्थितियों के तहत पारंपरिक दो-स्तरीय इनवर्टर की तुलना में आउटपुट वोल्टेज वेवफॉर्म में सुधार करता है;
② स्विचिंग ट्यूब की वोल्टेज रेटिंग डीसी बस पर वोल्टेज का केवल आधा है, जिससे कम-वोल्टेज स्विचिंग डिवाइस को उच्च-वोल्टेज कन्वर्टर्स में लागू किया जा सकता है।
हालाँकि, तीन-स्तरीय इनवर्टर के नुकसान जटिल नियंत्रण रणनीतियाँ और असंतुलित मध्यबिंदु वोल्टेज की समस्या हैं, जो तीन-स्तरीय इनवर्टर की एक घातक कमजोरी है। जाहिर है, यदि इन्वर्टर की डीसी बस पर समानांतर में जुड़े दो कैपेसिटर का मध्य बिंदु वोल्टेज ऑपरेशन के दौरान अस्थिर है, तो यह आउटपुट तीन-स्तरीय वोल्टेज में परिवर्तन का कारण बनेगा, जो न केवल आउटपुट वोल्टेज तरंग को विकृत करता है और हार्मोनिक्स को बढ़ाता है, बल्कि तीन-चरण आउटपुट वर्तमान को असममित बनाता है, जिससे तीन-स्तरीय इन्वर्टर का लाभ खो जाता है। हालाँकि, असंतुलित मध्यबिंदु वोल्टेज की समस्या का वर्तमान में कोई मौलिक समाधान नहीं है। एक प्रतिनिधि विधि मध्यबिंदु वोल्टेज संतुलन प्राप्त करने के लिए बेहतर हार्डवेयर सर्किट का उपयोग करना है; दूसरा स्विच के समय को बदलकर या वेक्टर वोल्टेज की अवधि को नियंत्रित करके वोल्टेज संतुलन प्राप्त करना है। लेकिन जटिल सर्किट और असंतोषजनक नियंत्रण प्रभावों के साथ समस्याएं हैं।
वर्तमान में, जब तक फोटोवोल्टिक बिजली उत्पादन प्रणाली उचित रूप से डिजाइन की जाती है, तब तक यह आर्थिक रूप से काम कर सकती है। ट्रांसफार्मर मुक्त इनवर्टर जो सीधे पावर ग्रिड में एकीकृत होते हैं, उनकी कम लागत और उच्च दक्षता के लिए तेजी से सराहना की जा रही है। ट्रांसफार्मर विद्युत ऊर्जा को चुंबकीय ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं, और फिर चुंबकीय ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं। इनपुट और आउटपुट टर्मिनलों के बीच स्थापित विद्युत अलगाव उपकरण के कारण होने वाली ऊर्जा हानि 1% या 2% तक भी पहुंच सकती है। इसलिए, ट्रांसफार्मर रहित इनवर्टर की परिचालन दक्षता ट्रांसफार्मर इनवर्टर की तुलना में अधिक है, और इस तकनीक के कई अन्य फायदे हैं, जैसे कम सामग्री की खपत और हल्के वजन।