Bez obzira na korištenu tehnologiju, osnovni dizajn pretvarača je jasan i vrlo sličan. Jezgra je proces pretvaranja istosmjernog napona (moduli solarnih ćelija) u izmjenični napon (povezan na mrežu). U procesu transformacije, pozitivni i negativni polovi istosmjerne struje kontinuirano se pretvaraju u izmjeničnu struju s promjenama smjera. Dakle, ključna komponenta pretvarača je premosni prekidač (naponski uređaj), kao što je prikazano na slici 1 (a). Jedna strana ovog preklopnog mosta spojena je na ulazno napajanje istosmjernom strujom, a druga strana na strujnu mrežu izmjenične struje. Tijekom radnog procesa mogu se istovremeno isključiti samo dva suprotna prekidača.
Ako je brzina prebacivanja ovog mosta jednaka frekvenciji mreže, teoretski se izlazna strana mosta može spojiti na mrežu. Međutim, budući da je izlazna struja kvadratni val bez promjene intenziteta, potrebno je instalirati induktor sa željeznom jezgrom na kraju izlaza kako bi se izlazna struja kontrolirala u obliku sinusnog vala. Isključivanje mosta provodi se pomoću pulsnog procesa, što rezultira manjom komponentom struje povezanom s pulsom. Ova komponenta struje može kontrolirati struju induktora. Frekvencija impulsa je općenito 20 kHz, što može u potpunosti formirati struju od 50 Hz, kao što je prikazano na slici 1 (b).
Za fotonaponske pretvarače postoji još jedan vrlo važan uređaj koji se ne može zanemariti: kondenzator na ulaznom kraju, kao što je prikazano na slici 1 (c). Funkcija kondenzatora je pohraniti električnu energiju, osigurati da se struja sa strane proizvodnje električne energije kontinuirano i dosljedno dovodi do premosnog prekidača i ući u mrežu kroz most koji se mijenja sinkrono s frekvencijom mreže. Samo kada je kapacitet ulaznog kondenzatora dovoljno velik može se zajamčiti neprekidan i normalan rad fotonaponskog sustava za proizvodnju električne energije.
U praktičnim primjenama, raspon ulaznog napona ima određena ograničenja. Za aplikacije za proizvodnju električne energije spojene na mrežu, ulazni napon uvijek mora biti viši od vršnog napona mreže. Kada je efektivna vrijednost mrežnog napona 250 V, da bi se postigla normalna mreža, minimalni napon na strani proizvodnje električne energije mora biti 354 V.
Za razliku od osnovnog dizajna standardnih pretvarača, postoji mnogo načina za podešavanje ili povećanje raspona ulaznog napona za izravno spojene na mrežu pretvarače. Uobičajeno korištena rješenja i strukture inverterske tehnologije su različiti. Topološka struktura gore spomenutog pretvarača ne razlikuje se samo po električnoj izolaciji, već i po ostvarivoj učinkovitosti, ovisnosti o naponu i drugim aspektima. Stoga ne postoji jedinstvena formula koja bi definirala koji je dizajn pretvarača najbolji, a specifične karakteristike korištenog pretvarača moraju se uzeti u obzir pri dizajnu.
Drugi trend u dizajnu fotonaponskih pretvarača je proširenje raspona ulaznog napona, što može dovesti do smanjenja ulazne struje pri istoj razini snage ili povećanja razine snage pri istoj ulaznoj struji. Kada je ulazni napon relativno visok, potrebno je koristiti IGBT s višim nazivnim naponom (unutar raspona od 1200 V), što rezultira većim gubicima. Jedan od načina za rješavanje ovog problema je korištenje pretvarača s tri razine
Korištenjem dva serijski spojena elektrolitička kondenzatora, visoki ulazni napon može se podijeliti na pola, a središnja točka se može spojiti na neutralni vod. U ovom slučaju može se koristiti prekidač od 600V. Inverter s tri razine može pretvarati između tri razine: + Vbus, 0V i - Vbus. Osim što je učinkovitiji od rješenja strukture prekidača od 1200 V, pretvarač s tri razine također ima prednost značajnog smanjenja izlaznog induktiviteta. Trorazinski pretvarač ima dvije značajne karakteristike:
① Sinusni valni oblik izlaznog napona sintetiziran višestrukim razinama značajno smanjuje sadržaj harmonika i poboljšava valni oblik izlaznog napona u usporedbi s tradicionalnim pretvaračima s dvije razine pod istim uvjetima sklopne frekvencije;
② Nazivni napon sklopne cijevi samo je polovica napona na istosmjernoj sabirnici, što omogućuje primjenu niskonaponskih sklopnih uređaja u visokonaponskim pretvaračima.
Međutim, nedostaci trorazinskih pretvarača su složene strategije upravljanja i problem neuravnoteženog srednjeg napona, što je fatalna slabost trorazinskih pretvarača. Očito, ako je srednji napon dva kondenzatora spojena paralelno na istosmjernu sabirnicu pretvarača nestabilan tijekom rada, to će uzrokovati promjene u izlaznom trorazinskom naponu, što ne samo da iskrivljuje valni oblik izlaznog napona i povećava harmonike, već i čini trofaznu izlaznu struju asimetričnom, čime se gubi prednost pretvarača s tri razine. Međutim, trenutno ne postoji temeljno rješenje za problem neuravnoteženog srednjeg napona. Jedna reprezentativna metoda je korištenje poboljšanih hardverskih sklopova za postizanje ravnoteže napona srednje točke; Drugi je postići ravnotežu napona promjenom vremena sklopki ili kontroliranjem trajanja vektorskog napona. Ali postoje problemi sa složenim sklopovima i nezadovoljavajućim regulacijskim učincima.
Trenutno, sve dok je fotonaponski sustav za proizvodnju električne energije projektiran razumno, može raditi ekonomično. Izmjenjivači bez transformatora koji su izravno integrirani u električnu mrežu sve se više cijene zbog niske cijene i visoke učinkovitosti. Transformatori pretvaraju električnu energiju u magnetsku energiju, a zatim pretvaraju magnetsku energiju u električnu energiju. Gubitak energije uzrokovan električnim izolacijskim uređajem instaliranim između ulaznih i izlaznih terminala može doseći 1%, pa čak i do 2%. Stoga je radna učinkovitost pretvarača bez transformatora veća nego kod transformatorskih pretvarača, a ova tehnologija ima i mnoge druge prednosti, poput niske potrošnje materijala i male težine.