Mangfoldet av arkitektoniske design fører uunngåelig til et bredt utvalg av installasjonskonfigurasjoner for solcellepaneler. For å maksimere effektiviteten til konvertering av solenergi og samtidig bevare den estetiske appellen til en bygning, kreves det et mangfoldig utvalg av omformere for å oppnå optimal konvertering av solenergi. String-invertere har blitt det mest populære valget på det internasjonale markedet. Basert på et modulært konsept, er hver fotovoltaisk (PV) streng (fra 1 kW til 5 kW) koblet til en individuell omformer, som har Maximum Power Point Tracking (MPPT) på DC-siden og nettparallell tilkobling på AC-siden. Mange storskala PV-kraftverk bruker strenginvertere. Fordelene deres inkluderer immunitet mot ytelsesvariasjoner mellom moduler i forskjellige strenger og redusert påvirkning fra skyggelegging; Videre reduserer de misforhold mellom de optimale driftspunktene til PV-moduler og omformere, og øker dermed den totale kraftproduksjonen. Disse tekniske styrkene reduserer ikke bare systemkostnadene, men forbedrer også den generelle systemets pålitelighet. I tillegg lar "master-slave"-konfigurasjonen flere PV-strenger kobles sammen; hvis energien fra en enkelt streng er utilstrekkelig til å drive en individuell inverter, kan systemet kombinere strenger for å sikre at en eller flere omformere forblir i drift, noe som resulterer i høyere energiproduksjon. Den siste tilnærmingen innebærer at flere invertere danner et "team" i stedet for å stole på et "master-slave"-oppsett, noe som ytterligere forbedrer systemets pålitelighet. Drevet av den økende etterspørselen etter fornybar energi, ekspanderer markedet for solenergi (PV) omformere raskt. Disse inverterne krever eksepsjonelt høy effektivitet og pålitelighet. Denne analysen undersøker strømkretsene som brukes i slike omformere og anbefaler optimale komponenter for svitsjing og retting. Det er tre distinkte generelle arkitekturer tilgjengelig for PV-omformere. Sollys treffer solcellemoduler koblet i serie, med hver modul som inneholder en serie individuelle solceller. DC-spenningen som genereres av disse solcellemodulene er typisk i området flere hundre volt - en verdi som varierer basert på bestrålingsforholdene til modulgruppen, temperaturen til cellene og antall moduler koblet i seriestrengen. Den primære funksjonen til denne typen vekselretter er å konvertere inngangs likespenningen til en stabil verdi. Dette oppnås via en boost-omformer, som krever en boost-bryter og en boost-diode. I den første konfigurasjonen etterfølges boost-trinnet av en isolert fullbro-omformer, hvor full-bro-transformatoren gir elektrisk isolasjon. En andre fullbro-omformer på utgangssiden konverterer likespenningen fra det første trinnet til en vekselspenning. Utgangen filtreres deretter før den kobles til AC-nettet via et dobbelkontaktrelé, som sikrer sikker utkobling ved feil og isolasjon fra nettet om natten. Den andre konfigurasjonen er en ikke-isolert design, der AC-spenningen genereres direkte fra DC-utgangen til boost-trinnet. Den tredje konfigurasjonen benytter en innovativ topologi som integrerer boost- og AC-generasjonsfunksjonene i en enkelt, spesialisert krets. Selv om konverteringseffektiviteten til solcellepaneler er ganske lav, er det avgjørende for omformeren å oppnå en effektivitet så nær 100 % som mulig. I Tyskland forventes en 3 kW serie med solcellemoduler installert på et sørvendt tak å generere 2550 kWh årlig. Å øke omformerens effektivitet fra 95 % til 96 % vil gi ytterligere 25 kWh per år – en mengde som ellers ville kreve installasjon av ekstra solcellemoduler, til en pris som kan sammenlignes med en ekstra omformer. Siden en forbedring av effektiviteten fra 95 % til 96 % ikke dobler kostnadene for omformeren, er det et logisk valg å investere i enheter med høyere effektivitet. For nye design er maksimering av invertereffektiviteten på den mest kostnadseffektive måten et sentralt designkriterium, sammen med pålitelighet og kostnad. Høyere effektivitet reduserer temperatursvingninger over belastningssyklusen, og øker dermed påliteligheten; derfor er disse kriteriene iboende knyttet sammen. Bruk av modulære komponenter bidrar også til økt pålitelighet. Alle topologiene vist i figur 1 krever hurtigsvitsende kraftenheter, mens boost- og fullbro-trinnene også nødvendiggjør bruk av hurtigsvitsende dioder. Videre er brytere optimalisert spesifikt for lavfrekvent (100 Hz) svitsjing også nyttige for disse topologiene. For enhver gitt silisiumteknologi viser brytere som er optimalisert for rask veksling, høyere ledningstap enn de som er optimalisert for lavfrekvente applikasjoner.
Forsterkningstrinnet er vanligvis utformet som en kontinuerlig ledningsmodus (CCM) omformer. Valget mellom 600V og 1200V enheter avhenger av antall solcellemoduler i arrayet koblet til omformeren. Strømbrytere består vanligvis av enten MOSFET-er eller IGBT-er; generelt kan MOSFET-er operere ved høyere svitsjefrekvenser enn IGBT-er. I tillegg må virkningen av kroppsdioden alltid vurderes - selv om dette ikke er et problem i boost-stadiet, siden kroppsdioden ikke leder under normal drift. Ledningstapet til en MOSFET bestemmes av dens på-motstand ($R_{DS(ON)}$), som for en gitt MOSFET-familie er proporsjonal med det effektive dysearealet. Når spenningen øker fra 600V til 1200V, øker ledningstapet til en MOSFET betydelig; Følgelig, selv om en 1200V MOSFET har en sammenlignbar $R_{DS(ON)}$-vurdering, kan den enten være utilgjengelig eller uoverkommelig dyr.
For 600V-klassifiserte boost-svitsjer er super-junction MOSFET-er et utmerket valg, og tilbyr optimalt ledningstap for høyfrekvente svitsjeapplikasjoner. Alternativene inkluderer MOSFET-er i TO-220-pakker med en $R_{DS(ON)}$ under 100 mΩ, eller de i TO-247-pakker med en $R_{DS(ON)}$ under 50 mΩ. For solcellevekselrettere som krever 1200V strømbrytere, er IGBT-er den passende løsningen. Avanserte IGBT-teknologier - som NPT Trench og NPT Field Stop - er optimalisert for lavere ledningstap, men dette kommer på bekostning av høyere svitsjetap, noe som gjør dem mindre egnet for høyfrekvente boostapplikasjoner. Basert på eldre NPT (Non-Punch-Through) planar-teknologi, er FGL40N120AND-enheten utviklet for å forbedre effektiviteten til boost-kretser som opererer ved høye svitsjefrekvenser. Den har et $E_{OFF}$ (skru av energitap) på 43 µJ/Aa ytelsesnivå som ellers er svært vanskelig å oppnå, spesielt sammenlignet med de 80 µJ/A $E_{OFF}$ som er typiske for enheter som bruker mer avansert teknologi. Mens FGL40N120AND har en relativt høy metningsspenning ($V_{CE(SAT)}$)-3,0 V (eller 2,1 V ved 125 grader) - blir dette mer enn oppveid av dets eksepsjonelt lave svitsjetap ved høye boost-frekvenser. Enheten integrerer også en antiparallell diode. Under normal boost-drift forblir denne dioden i en ikke-ledende tilstand; under oppstart eller forbigående hendelser kan imidlertid boost-kretsen bli drevet inn i en driftsmodus der antiparallelldioden begynner å lede. Siden en IGBT mangler en iboende kroppsdiode, er denne sampakkede dioden avgjørende for å sikre pålitelig drift. For selve boostdioden kreves en hurtiggjenopprettingstype, for eksempel en Stealth™-diode eller en silisiumkarbiddiode (SiC). Spesielt SiC-dioder tilbyr svært lav fremspenning og minimalt tap. Når man velger en boost-diode, må man ta hensyn til virkningen av revers gjenopprettingsstrøm (eller, i tilfelle av SiC-dioder, koblingskapasitans) på boost-bryteren, da disse faktorene bidrar til ytterligere tap. I denne sammenhengen gir den nylig introduserte Stealth II-dioden (FFP08S60S) overlegen ytelse: under forhold med $V_{DD}=390\\text{ V}$, $I_D=8\\text{ A}$, $di/dt=200\\text{ A/µs}$, og en 02-graders svitsjtemperatur er tap på 100 grader. mJ, sammenlignet med 225 mJ ved bruk av ISL9R860P2 Stealth-diode. Følgelig forbedrer denne løsningen også effektiviteten til omformeren ved høye svitsjefrekvenser. Etter MOSFET full-broen og filtreringstrinnet genererer utgangsbroen et 50 Hz sinusformet spennings- og strømsignal. En vanlig implementering bruker en standard fullbro-topologi (figur 2). I denne konfigurasjonen vil det å slå på bryterne øverst til venstre og nederst til høyre påføre en positiv spenning over utgangsterminalene, mens å slå på bryterne øverst til høyre og nederst til venstre påfører en negativ spenning. I denne applikasjonen er kun én bryter aktiv (ledende) til enhver tid. Den ene bryteren opererer på en høy PWM-frekvens, mens den andre opererer på en lav 50Hz-frekvens. Siden bootstrap-kretser er avhengige av svitsjehandlingen til lavsideenheten, betjenes lavsidebryteren ved høy PWM-frekvens, mens høysidebryteren opererer på 50Hz-frekvensen. Gitt at denne applikasjonen bruker 600V strømbrytere, er 600V super-junction MOSFET-er svært egnet. Fordi disse bryterne må tåle den fulle omvendte gjenopprettingsstrømmen til de komplementære enhetene når de slås på, er hurtiggjenopprettende superkryssenheter – slik som 600V FCH47N60F – et ideelt valg. Med en $R_{DS(ON)}$ på 73 mΩ, tilbyr denne enheten lavere ledningstap sammenlignet med andre lignende hurtiggjenopprettende komponenter. Selv om hurtiggjenopprettingsfunksjonen ikke er nødvendig når disse enhetene bytter ved 50Hz, tilbyr de overlegne $dv/dt$- og $di/dt$-egenskaper, som forbedrer systemets pålitelighet sammenlignet med standard super-junction MOSFET-er.
Et annet alternativ verdt å vurdere er FGH30N60LSD, en 30A/600V IGBT med en metningsspenning ($V_{CE(SAT)}$) på bare 1,1V. På grunn av det svært høye utkoblingstapet ($E_{OFF}$) på 10 mJ, er det kun egnet for lavfrekvent veksling. En 50 mΩ MOSFET, ved driftstemperatur, viser en $R_{DS(ON)}$ på 100 mΩ; følgelig, ved en strøm på 11A, tilsvarer dens $V_{DS}$ $V_{CE(SAT)}$ til denne IGBT. Videre, fordi denne IGBT er basert på eldre punch-through-teknologi, forblir dens $V_{CE(SAT)}$ relativt stabil med hensyn til temperaturendringer. Følgelig kan denne typen IGBT redusere totale tap i utgangsbroen, og dermed øke den totale effektiviteten til omformeren. FGH30N60LSD IGBT er også svært effektiv for applikasjoner som krever veksling mellom forskjellige kraftkonverteringsteknologier - eller spesifikke topologier - innen hver halvsyklus; i slike tilfeller fungerer IGBT som en topologibryter. For raskere bytteoverganger brukes konvensjonelle eller hurtiggjenopprettende superjunction-enheter. For 1200V-klassifiserte spesialiserte topologier og full-bro-konfigurasjoner, er den nevnte FGL40N120AND en ideell bryter for moderne, høyfrekvente solcelle-omformere. Når en spesifikk teknologi krever en diode, fungerer Stealth II™-dioder, Hyperfast™ II-dioder eller silisiumkarbiddioder (SiC) som utmerkede løsninger.