Kullanılan teknoloji ne olursa olsun invertörün temel tasarımı net ve çok benzerdir. Çekirdek, DC voltajının (güneş pili modülleri) AC voltajına (şebeke bağlantılı) dönüştürülmesi işlemidir. Dönüşüm sürecinde DC elektriğin pozitif ve negatif kutupları yön değişiklikleriyle sürekli olarak alternatif akıma dönüştürülür. Dolayısıyla invertörün ana bileşeni, Şekil 1 (a)'da gösterildiği gibi köprü anahtarıdır (güç cihazı). Bu anahtar köprüsünün bir tarafı giriş DC güç kaynağına, diğer tarafı ise AC güç şebekesine bağlanır. Çalışma süreci sırasında yalnızca iki karşılıklı anahtar aynı anda kapatılabilir.
Bu köprünün anahtarlama hızı şebeke frekansı ile aynı olacak şekilde ayarlanırsa teorik olarak köprünün çıkış tarafı şebekeye bağlanabilir. Bununla birlikte, çıkış akımı, yoğunluğu değişmeyen bir kare dalga olduğundan, çıkış akımını sinüs dalgası şeklinde kontrol etmek için çıkış ucuna demir çekirdekli bir indüktörün takılması gerekir. Köprünün bağlantısının kesilmesi bir darbe işlemi kullanılarak gerçekleştirilir, bu da darbeyle ilgili daha küçük bir akım bileşeniyle sonuçlanır. Bu akım bileşeni indüktörün akımını kontrol edebilir. Darbenin frekansı genellikle 20kHz olup, Şekil 1(b)'de gösterildiği gibi tamamen 50Hz'lik bir akım oluşturabilmektedir.
Fotovoltaik invertörler için göz ardı edilemeyecek çok önemli bir cihaz daha vardır: Şekil 1 (c)'de gösterildiği gibi giriş ucundaki kapasitör. Kondansatörlerin görevi elektrik enerjisini depolamak, güç üretim tarafından gelen akımın sürekli ve tutarlı bir şekilde köprü anahtarına beslenmesini sağlamak ve şebeke frekansıyla senkronize olarak değişen bir köprü üzerinden şebekeye girmektir. Yalnızca giriş kapasitörünün kapasitesi yeterince büyük olduğunda fotovoltaik enerji üretim sisteminin sürekli ve normal çalışması garanti edilebilir.
Pratik uygulamalarda giriş voltajı aralığının belirli sınırlamaları vardır. Şebekeye bağlı enerji üretimi uygulamalarında giriş voltajı her zaman şebekenin tepe voltajından yüksek olmalıdır. Şebeke geriliminin etkin değeri 250V olduğunda normal şebeke bağlantısının sağlanabilmesi için üretim tarafındaki minimum gerilimin 354V olması gerekmektedir.
Standart invertörlerin temel tasarımından farklı olarak, doğrudan şebekeye bağlı invertörler için giriş voltajı aralığını ayarlamanın veya arttırmanın birçok yolu vardır. Yaygın olarak kullanılan invertör teknolojisi çözümleri ve yapıları farklıdır. Yukarıda belirtilen invertörün topoloji yapısı yalnızca elektriksel izolasyon açısından farklılık göstermez, aynı zamanda ulaşılabilir verimlilik, voltaj bağımlılığı ve diğer yönler açısından da farklılık gösterir. Bu nedenle hangi invertör tasarımının en iyi olduğunu tanımlayacak birleşik bir formül yoktur ve kullanılan invertörün spesifik özellikleri tasarımda dikkate alınmalıdır.
Fotovoltaik invertörlerin tasarımındaki diğer bir eğilim, giriş voltajı aralığını genişletmektir; bu, aynı güç seviyesinde giriş akımında bir azalmaya veya aynı giriş akımında güç seviyesinde bir artışa yol açabilir. Giriş voltajı nispeten yüksek olduğunda, daha yüksek nominal voltaja sahip (1200V aralığında) IGBT'nin kullanılması gerekir, bu da daha büyük kayıplara neden olur. Bu sorunu çözmenin bir yolu üç seviyeli invertör kullanmaktır.
İki seri bağlı elektrolitik kondansatör kullanılarak yüksek giriş voltajı ikiye bölünerek orta nokta nötr hattına bağlanabilir. Bu durumda 600V'luk bir anahtar kullanılabilir. Üç seviyeli bir invertör üç seviye arasında dönüşüm yapabilir:+ Vbus, 0V ve - Vbus. Üç seviyeli invertör, 1200V anahtar yapısı çözümünden daha etkili olmasının yanı sıra, çıkış endüktansını önemli ölçüde azaltma avantajına da sahiptir. Üç seviyeli invertörün iki önemli özelliği vardır:
① Çok seviyeli adımlarla sentezlenen çıkış voltajı sinüs dalga biçimi, harmonik içeriği önemli ölçüde azaltır ve aynı anahtarlama frekansı koşulları altında geleneksel iki seviyeli invertörlerle karşılaştırıldığında çıkış voltajı dalga biçimini geliştirir;
② Anahtarlama tüpünün voltaj değeri, DC barasındaki voltajın yalnızca yarısı kadardır, bu da düşük voltajlı anahtarlama cihazlarının yüksek voltaj dönüştürücülerde uygulanmasına olanak tanır.
Bununla birlikte, üç seviyeli invertörlerin dezavantajları, karmaşık kontrol stratejileri ve üç seviyeli invertörlerin ölümcül bir zayıflığı olan dengesiz orta nokta voltajı sorunudur. Açıkçası, eğer invertörün DC barasına paralel bağlanan iki kapasitörün orta nokta voltajı çalışma sırasında kararsızsa, bu durum üç seviyeli çıkış voltajında değişikliklere neden olur, bu sadece çıkış voltajı dalga biçimini bozmakla kalmaz ve harmonikleri artırır, aynı zamanda üç seviyeli invertörün avantajını kaybederek üç fazlı çıkış akımını asimetrik hale getirir. Ancak şu anda dengesiz orta nokta voltajı sorununa temel bir çözüm bulunmuyor. Temsili bir yöntem, orta nokta voltaj dengesini sağlamak için geliştirilmiş donanım devrelerini kullanmaktır; İkincisi ise anahtarların zamanlamasını değiştirerek veya vektör geriliminin süresini kontrol ederek gerilim dengesini sağlamaktır. Ancak karmaşık devreler ve tatmin edici olmayan kontrol etkileriyle ilgili sorunlar var.
Günümüzde fotovoltaik enerji üretim sistemi makul şekilde tasarlandığı sürece ekonomik olarak çalışabilmektedir. Doğrudan güç şebekesine entegre edilen transformatörsüz invertörler, düşük maliyetleri ve yüksek verimlilikleri nedeniyle giderek daha fazla değer kazanıyor. Transformatörler elektrik enerjisini manyetik enerjiye, daha sonra manyetik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürür. Giriş ve çıkış terminalleri arasına yerleştirilen elektriksel izolasyon cihazının neden olduğu enerji kaybı %1'e, hatta %2'ye kadar çıkabilmektedir. Bu nedenle trafosuz invertörlerin çalışma verimliliği trafolu invertörlere göre daha yüksektir ve bu teknolojinin düşük malzeme tüketimi ve hafiflik gibi birçok avantajı vardır.