Az építészeti tervek sokfélesége elkerülhetetlenül sokféle napelem telepítési konfigurációhoz vezet. A napenergia-átalakítás hatékonyságának maximalizálása és az épület esztétikai megjelenésének megőrzése érdekében az optimális napenergia-átalakítás eléréséhez inverterek széles választékára van szükség. A húrinverterek a legnépszerűbb választások lettek a nemzetközi piacon. A moduláris koncepció alapján minden fotovoltaikus (PV) szál (1 kW-tól 5 kW-ig) egy egyedi inverterhez csatlakozik, amely az egyenáramú oldalon Maximum Power Point Tracking (MPPT), az AC oldalon pedig hálózat-párhuzamos csatlakozással rendelkezik. Sok nagyméretű fotovoltaikus erőmű szálinvertereket használ. Előnyeik közé tartozik a különböző karakterláncokban lévő modulok közötti teljesítmény-ingadozásokkal szembeni ellenállás és az árnyékolás okozta hatások csökkentése; továbbá csökkentik a PV modulok és az inverterek optimális működési pontjai közötti eltéréseket, ezáltal növelve a teljes energiatermelést. Ezek a műszaki erősségek nemcsak csökkentik a rendszer költségeit, hanem növelik a rendszer általános megbízhatóságát is. Ezenkívül a "master-slave" konfiguráció lehetővé teszi több PV karakterlánc összekapcsolását; ha az egyetlen szálból származó energia nem elegendő egy egyedi inverter működtetéséhez, a rendszer kombinálhatja a húrokat annak érdekében, hogy egy vagy több inverter működőképes maradjon, ami nagyobb energiakibocsátást eredményez. A legújabb megközelítés szerint több inverter alkot egy „csapatot”, nem pedig a „mester-szolga” beállításra hagyatkozik, ami tovább javítja a rendszer megbízhatóságát. A megújuló energia iránti növekvő kereslet hatására a szoláris (PV) inverterek piaca gyorsan bővül. Ezek az inverterek kivételesen nagy hatékonyságot és megbízhatóságot igényelnek. Ez az elemzés megvizsgálja az ilyen inverterekben alkalmazott áramköröket, és optimális komponenseket ajánl a kapcsoláshoz és egyenirányításhoz. Három különböző általános architektúra áll rendelkezésre a PV inverterekhez. A napfény a sorba kapcsolt napelem modulokat éri, és mindegyik modul egy sor egyedi napelemet tartalmaz. Az ilyen napelem modulok által generált egyenfeszültség jellemzően több száz volt tartományba esik – ez az érték a modulsor besugárzási viszonyaitól, a cellák hőmérsékletétől és a sorba kapcsolt modulok számától függően változik. Az ilyen típusú inverterek elsődleges feladata a bemeneti egyenfeszültség stabil értékké alakítása. Ez egy boost konverteren keresztül érhető el, amelyhez erősítő kapcsolóra és boost diódára van szükség. Az első konfigurációban a boost fokozatot egy leválasztott teljes híd konverter követi, ahol a teljes híd transzformátor biztosítja az elektromos leválasztást. A kimeneti oldalon egy második teljes híd konverter alakítja át az első fokozat egyenfeszültségét váltakozó feszültséggé. A kimenet ezután szűrésre kerül, mielőtt egy kétérintkezős relén keresztül csatlakoztatná a váltakozó áramú hálózathoz, amely biztosítja a biztonságos leválasztást hiba esetén és éjszakai leválasztást a hálózatról. A második konfiguráció egy nem szigetelt kialakítás, amelyben a váltakozó feszültséget közvetlenül a boost fokozat egyenáramú kimenetéről állítják elő. A harmadik konfiguráció egy innovatív topológiát alkalmaz, amely a boost és az AC-generálási funkciókat egyetlen speciális áramkörbe integrálja. Bár a napelemek átalakítási hatásfoka meglehetősen alacsony, az inverter számára kulcsfontosságú, hogy a lehető legközelebbi 100%-os hatásfokot érje el. Németországban a déli fekvésű tetőre szerelt 3 kW-os napelem modulok várhatóan 2550 kWh-t termelnek évente. Az inverter hatásfokának 95%-ról 96%-ra való növelése további 25 kWh-t eredményezne évente, ami egyébként további napelem modulok beszerelését tenné szükségessé, egy további inverter költségeihez hasonló költséggel. Mivel a hatásfok 95%-ról 96%-ra történő növelése nem duplázza meg az inverter költségét, logikus választás a nagyobb hatásfokú készülékekbe való befektetés. A feltörekvő tervezéseknél a megbízhatóság és a költségek mellett az inverter hatékonyságának a lehető legköltséghatékonyabb módon történő maximalizálása kulcsfontosságú tervezési kritérium. A nagyobb hatékonyság csökkenti a hőmérséklet-ingadozásokat a terhelési ciklus során, ezáltal növeli a megbízhatóságot; így ezek a kritériumok eredendően összefüggenek. A moduláris komponensek használata szintén hozzájárul a megbízhatóság növeléséhez. Az 1. ábrán látható összes topológia gyors kapcsolású tápegységet igényel, míg a boost és a full-bridge fokozatok szintén szükségessé teszik a gyorskapcsoló diódák használatát. Ezenkívül a kifejezetten alacsony frekvenciájú (100 Hz) kapcsolásra optimalizált kapcsolók is hasznosak ezekhez a topológiákhoz. Bármely adott szilíciumtechnológia esetén a gyors kapcsolásra optimalizált kapcsolók nagyobb vezetési veszteséget mutatnak, mint az alacsony frekvenciájú alkalmazásokhoz optimalizáltak.
A boost fokozatot jellemzően folyamatos vezetési módú (CCM) átalakítóként tervezték. A 600 V-os és 1200 V-os készülékek közötti választás az inverterhez csatlakoztatott tömbben található napelem modulok számától függ. A tápkapcsolók általában MOSFET-ből vagy IGBT-ből állnak; általában a MOSFET-ek magasabb kapcsolási frekvencián működhetnek, mint az IGBT-k. Ezenkívül mindig figyelembe kell venni a testdióda hatását, bár ez nem probléma a boost szakaszban, mivel a testdióda normál működés közben nem vezet. A MOSFET vezetési veszteségét a bekapcsolási ellenállása ($R_{DS(ON)}$) határozza meg, amely egy adott MOSFET család esetében arányos a tényleges szerszámfelülettel. Ahogy a névleges feszültség 600 V-ról 1200 V-ra nő, a MOSFET vezetési vesztesége jelentősen megnő; következésképpen, még ha egy 1200 V-os MOSFET hasonló $R_{DS(ON)}$ besorolású is, előfordulhat, hogy nem elérhető, vagy megfizethetetlenül drága.
A 600 V-os névleges boost kapcsolókhoz a szuper-csomópontos MOSFET-ek kiváló választást jelentenek, optimális vezetési veszteséget kínálva a nagyfrekvenciás kapcsolási alkalmazásokhoz. Az opciók közé tartoznak a MOSFET-ek TO-220 csomagokban, amelyek $R_{DS(ON)}$ 100 mΩ alatt vannak, vagy a TO-247 csomagokban találhatók, amelyek $R_{DS(ON)}$ 50 mΩ alatt vannak. Az 1200 V-os tápkapcsolót igénylő szoláris inverterek esetében az IGBT a megfelelő megoldás. A fejlett IGBT technológiák – mint például az NPT Trench és az NPT Field Stop – alacsonyabb vezetési veszteségre vannak optimalizálva, de ennek nagyobb kapcsolási veszteség az ára, így kevésbé alkalmasak a nagyfrekvenciás növelési alkalmazásokhoz. Az örökölt NPT (Non-Punch-Through) síktechnológián alapuló FGL40N120AND eszközt a magas kapcsolási frekvencián működő boost áramkörök hatékonyságának javítására fejlesztették ki. $E_{OFF}$ (kikapcsolási energiaveszteség) 43 µJ/Aa teljesítményszinttel rendelkezik, amelyet egyébként nagyon nehéz elérni, különösen, ha összehasonlítjuk a fejlettebb technológiát használó eszközökre jellemző 80 µJ/A $E_{OFF}$ értékkel. Míg az FGL40N120AND viszonylag magas telítési feszültséggel rendelkezik ($V_{CE(SAT)}$) – 3,0 V (vagy 2,1 V 125 fokon), ezt bőven ellensúlyozza a kivételesen alacsony kapcsolási veszteségei magas boost frekvenciákon. A készülék egy anti-párhuzamos diódát is tartalmaz. Normál boost üzemmódban ez a dióda nem vezető állapotban marad; indításkor vagy tranziens események során azonban a boost áramkör olyan üzemmódba kerülhet, ahol az anti-párhuzamos dióda vezetni kezd. Mivel az IGBT-ből hiányzik az inherens testdióda, ez az együtt csomagolt dióda elengedhetetlen a megbízható működés biztosításához. Magához a boost diódához egy gyors helyreállítási típusra van szükség, például Stealth™ diódára vagy szilícium-karbid (SiC) diódára. A SiC diódák különösen alacsony előremenő feszültséget és minimális veszteséget kínálnak. A boost dióda kiválasztásakor figyelembe kell venni a fordított visszaállító áram (vagy SiC diódák esetén a csatlakozási kapacitás) hatását a boost kapcsolóra, mivel ezek a tényezők további veszteségekhez járulnak hozzá. Ebben az összefüggésben az újonnan bevezetett Stealth II dióda (FFP08S60S) kiváló teljesítményt nyújt: $V_{DD}=390\\text{ V}$, $I_D=8\\text{ A}$, $di/dt=200\\text{ A/µs}$, és 000 fokos kapcsolási hőmérséklet esetén J, 000 m2-es kapcsolási hőmérséklet esetén 225 mJ-re az ISL9R860P2 Stealth dióda használatakor. Következésképpen ez a megoldás nagy kapcsolási frekvenciákon is növeli az inverter hatékonyságát. A MOSFET teljes híd és szűrési szakaszt követően a kimeneti híd 50 Hz-es szinuszos feszültség- és áramjelet generál. Egy általános megvalósítás szabványos teljes híd topológiát használ (2. ábra). Ebben a konfigurációban a bal felső és a jobb alsó kapcsoló bekapcsolása pozitív feszültséget ad a kimeneti kapcsokra, míg a jobb felső és a bal alsó kapcsolók bekapcsolása negatív feszültséget ad. Ebben az alkalmazásban egy adott időpontban csak egy kapcsoló aktív (vezető). Az egyik kapcsoló magas PWM frekvencián, míg a másik alacsony 50 Hz-es frekvencián működik. Mivel a bootstrap áramkörök az alsó oldali eszköz kapcsolási tevékenységére támaszkodnak, az alsó kapcsoló a magas PWM frekvencián, míg a felső kapcsoló 50 Hz-es frekvencián működik. Tekintettel arra, hogy ez az alkalmazás 600 V-os tápkapcsolókat használ, a 600 V-os szupercsatlakozós MOSFET-ek nagyon alkalmasak. Mivel ezeknek a kapcsolóknak ellen kell állniuk a komplementer eszközök teljes fordított visszanyerő áramának a bekapcsolás során, a gyors helyreállítású szuper-csomóponti eszközök – például a 600 V-os FCH47N60F – ideális választást jelentenek. A 73 mΩ-os $R_{DS(ON)}$ értékkel ez az eszköz alacsonyabb vezetési veszteséget kínál más hasonló, gyors helyreállítású komponensekhez képest. Bár a gyors helyreállítási funkció nem szükséges, amikor ezek az eszközök 50 Hz-en kapcsolnak, kiváló $dv/dt$ és $di/dt$ karakterisztikát kínálnak, ami növeli a rendszer megbízhatóságát a szabványos szuper-csomópontos MOSFET-ekhez képest.
Egy másik lehetőség, amelyet érdemes megfontolni, az FGH30N60LSD, egy 30 A/600 V-os IGBT, amelynek telítési feszültsége ($V_{CE(SAT)}$) mindössze 1,1 V. Nagyon magas, 10 mJ-os kikapcsolási vesztesége ($E_{OFF}$) miatt csak alacsony frekvenciájú kapcsolásra alkalmas. Egy 50 mΩ-os MOSFET üzemi hőmérsékleten 100 mΩ $R_{DS(ON)}$ értéket mutat; következésképpen 11A áramerősségnél a $V_{DS}$ egyenértékű ennek az IGBT-nek a $V_{CE(SAT)}$ értékével. Továbbá, mivel ez az IGBT régebbi átütési technológián alapul, $V_{CE(SAT)}$ viszonylag stabil marad a hőmérsékletváltozások tekintetében. Következésképpen az ilyen típusú IGBT csökkentheti a teljes veszteséget a kimeneti hídban, ezáltal növelve az inverter általános hatékonyságát. Az FGH30N60LSD IGBT rendkívül hatékony azokban az alkalmazásokban is, amelyeknél minden félcikluson belül váltani kell a különböző teljesítményátalakítási technológiák – vagy meghatározott topológiák – között; ilyen esetekben az IGBT topológiakapcsolóként működik. A gyorsabb kapcsolási átmenetek érdekében hagyományos vagy gyors helyreállítású szuperjunkciós eszközöket alkalmaznak. Az 1200 V-os névleges speciális topológiákhoz és a teljes híd konfigurációkhoz a fent említett FGL40N120AND ideális kapcsoló a modern, nagyfrekvenciás szoláris inverterekhez. Ha egy adott technológia diódát igényel, a Stealth II™ diódák, a Hyperfast™ II diódák vagy a szilícium-karbid (SiC) diódák kiváló megoldást jelentenek.