Independentment de la tecnologia utilitzada, el disseny bàsic de l'inversor és clar i molt semblant. El nucli és el procés de convertir la tensió DC (mòduls de cèl·lules solars) en tensió AC (connectada a la xarxa). En el procés de transformació, els pols positius i negatius de l'electricitat de corrent continu es converteixen contínuament per formar corrent altern amb canvis de direcció. Per tant, el component clau de l'inversor és l'interruptor de pont (dispositiu d'alimentació), tal com es mostra a la figura 1 (a). Un costat d'aquest pont commutador està connectat a la font d'alimentació de CC d'entrada i l'altre costat està connectat a la xarxa elèctrica de CA. Durant el procés de treball, només es poden apagar dos interruptors oposats simultàniament.
Si la velocitat de commutació d'aquest pont s'estableix per ser la mateixa que la freqüència de la xarxa, teòricament el costat de sortida del pont es pot connectar a la xarxa. Tanmateix, com que el corrent de sortida és una ona quadrada sense canvis d'intensitat, cal instal·lar un inductor amb un nucli de ferro a l'extrem de sortida per controlar el corrent de sortida en forma d'ona sinusoïdal. La desconnexió del pont es realitza mitjançant un procés de pols, donant lloc a un component de corrent més petit relacionat amb el pols. Aquest component de corrent pot controlar el corrent de l'inductor. La freqüència del pols és generalment de 20 kHz, que pot formar completament un corrent de 50 Hz, tal com es mostra a la figura 1 (b).
Per als inversors fotovoltaics, hi ha un altre dispositiu molt important que no es pot passar per alt: el condensador a l'extrem d'entrada, tal com es mostra a la figura 1 (c). La funció dels condensadors és emmagatzemar energia elèctrica, assegurar-se que el corrent del costat de la generació d'energia es subministra de manera contínua i consistent a l'interruptor del pont i entrar a la xarxa a través d'un pont que canvia de manera sincrònica amb la freqüència de la xarxa. Només quan la capacitat del condensador d'entrada és prou gran es pot garantir el funcionament continu i normal del sistema de generació d'energia fotovoltaica.
En aplicacions pràctiques, el rang de tensió d'entrada té certes limitacions. Per a aplicacions de generació d'energia connectada a la xarxa, la tensió d'entrada ha de ser sempre superior a la tensió màxima de la xarxa. Quan el valor efectiu de la tensió de la xarxa és de 250 V, per aconseguir una connexió normal a la xarxa, la tensió mínima del costat de la generació d'energia ha de ser de 354 V.
A diferència del disseny bàsic dels inversors estàndard, hi ha moltes maneres d'ajustar o augmentar el rang de tensió d'entrada per als inversors connectats directament a la xarxa. Les solucions i estructures tecnològiques d'inverter d'ús habitual són totes diferents. L'estructura de la topologia de l'inversor esmentada anteriorment no només difereix en l'aïllament elèctric, sinó també en l'eficiència assolible, la dependència de la tensió i altres aspectes. Per tant, no hi ha una fórmula unificada per definir quin disseny d'inversor és el millor, i en el disseny s'han de tenir en compte les característiques específiques de l'inversor utilitzat.
Una altra tendència en el disseny d'inversors fotovoltaics és ampliar el rang de tensió d'entrada, cosa que pot provocar una disminució del corrent d'entrada al mateix nivell de potència o un augment del nivell de potència al mateix corrent d'entrada. Quan la tensió d'entrada és relativament alta, s'ha d'utilitzar IGBT amb una tensió nominal més alta (dins del rang de 1200 V), la qual cosa comporta pèrdues més grans. Una manera de resoldre aquest problema és utilitzar un inversor de tres nivells
Mitjançant l'ús de dos condensadors electrolítics connectats en sèrie, l'alta tensió d'entrada es pot dividir per la meitat i el punt mitjà es pot connectar a la línia neutra. En aquest cas, es pot utilitzar un interruptor de 600 V. Un inversor de tres nivells pot convertir entre tres nivells: + Vbus, 0V i - Vbus. A més de ser més eficaç que la solució d'estructura de commutació de 1200 V, l'inversor de tres nivells també té l'avantatge de reduir significativament la inductància de sortida. L'inversor de tres nivells té dues característiques importants:
① La forma d'ona sinusoïdal de tensió de sortida sintetitzada per passos de nivell múltiples redueix significativament el contingut harmònic i millora la forma d'ona de tensió de sortida en comparació amb els inversors tradicionals de dos nivells en les mateixes condicions de freqüència de commutació;
② La tensió nominal del tub de commutació és només la meitat de la tensió del bus de CC, la qual cosa permet aplicar dispositius de commutació de baixa tensió en convertidors d'alta tensió.
Tanmateix, els desavantatges dels inversors de tres nivells són estratègies de control complexes i el problema de la tensió del punt mitjà desequilibrada, que és una debilitat fatal dels inversors de tres nivells. Òbviament, si la tensió del punt mitjà de dos condensadors connectats en paral·lel al bus de CC de l'inversor és inestable durant el funcionament, provocarà canvis en la tensió de tres nivells de sortida, que no només distorsiona la forma d'ona de la tensió de sortida i augmenta els harmònics, sinó també fa que el corrent de sortida trifàsic sigui asimètric, perdent l'avantatge de l'inversor de tres nivells. No obstant això, actualment no hi ha una solució fonamental al problema de la tensió del punt mitjà desequilibrada. Un mètode representatiu és utilitzar circuits de maquinari millorats per aconseguir l'equilibri de voltatge del punt mitjà; El segon és aconseguir l'equilibri de tensió canviant el temps dels interruptors o controlant la durada de la tensió vectorial. Però hi ha problemes amb circuits complexos i efectes de control insatisfactoris.
Actualment, sempre que el sistema de generació d'energia fotovoltaica estigui dissenyat de manera raonable, pot funcionar econòmicament. Els inversors sense transformador que s'integren directament a la xarxa elèctrica són cada cop més valorats pel seu baix cost i alta eficiència. Els transformadors converteixen l'energia elèctrica en energia magnètica i després converteixen l'energia magnètica en energia elèctrica. La pèrdua d'energia causada pel dispositiu d'aïllament elèctric instal·lat entre els terminals d'entrada i sortida pot arribar a l'1%, o fins i tot fins al 2%. Per tant, l'eficiència operativa dels inversors sense transformador és superior a la dels inversors de transformadors, i aquesta tecnologia té molts altres avantatges, com ara un baix consum de material i un pes lleuger.