Inwerter fotowoltaiczny, to przekształtnik energoelektroniczny, którego zadaniem jest zmiana parametrów prądu i napięcia, czyli energii produkowanej przez moduły fotowoltaiczne w taki sposób, żeby możliwe było wprowadzenie jej do systemu elektroenergetycznego. Prąd stały (ang.: Direct Current) wytrzarzany przez moduły fotowoltaiczne musi być zmieniony na prąd zmienny (ang.: Alternating Current), który może być wykorzystywany przez odbiorniki domowe. Parametry prądu zmiennego takie jak amplituda napięcia, jego częstotliwość, zawartość harmonicznych napięć i prądów, odkształcenia napięć czy ich asymetrie muszą mieścić się w restrykcyjnych normach zawartych w Prawie Energetycznym. Zadaniem falownika jest nie tylko zmiana i kontrola tych ściśle określonych parametrów, ale również monitoring i kontrola pracy całego systemu fotowoltaicznego. Dodatkowymi zadaniami inwertera fotowoltaicznego jest również detekcja błędów, czy prowadzenie statystyk produkowanej i oddawanej energii elektrycznej.
Najważniejszym elementem każdego falownika z przeznaczeniem do fotowoltaiki jest układ kluczy tranzystorowych, najczęściej połączonych w mostek H (ang.: H Bridge). Obecnie najbardziej popularnymi elementami półprzewodnikowymi wykorzystywanymi w tym układzie są tranzystory typu IGBT (ang. insulated gate bipolar transistor), czyli tranzystory bipolarne z izolowaną bramką. Prawidłowo wysterowany, wyżej wymieniony układ kluczy półprzewodnikowych łączy wejście inwertera (stronę DC) z jego wyjściem (AC), by po stronie prądu zmiennego otrzymać sinusoidę o częstotliwości 50 Hz, i amplitudzie napięcia 230/400V
Dodatkowymi elementami inwertera są układy pośrednie montowane na wyjściu oraz wejściu urządzenia. Znaczącą rolę stanowią tutaj kondensatory stabilizujące poziom napięcia, oraz przetwornice energoelektroniczne podwyższające poziom napięcia DC (ang.: boost converter). Ich celem jest podwyższenie napięcia wejściowego w taki sposób, żeby było optymalne dla układu tranzystorów w celu wytworzenia sinusoidalnej fali prądu przemiennego o parametrach zgodnymi z normami.
Opcjonalnymi układami wejściowymi są rozłączniki DC, bezpieczniki topikowe, czy ograniczniki przepięć. Wśród układów wyjściowych dominują elementy filtrujące, czyli głównie kondensatory oraz dławiki. Ich zadaniem jest poprawa parametrów napięcia i prądu wyjściowego AC falownika, gdzie szczególnie ważnym jest ograniczenie harmonicznych prądu. Pozostałymi elementami układów wyjściowych inwertera są ograniczniki przepięć, rozłączniki i bezpieczniki.
Najważniejszym układem wejściowym falownika jest układ śledzenia najwyższego punktu pracy łańcucha modułów fotowoltaicznych (stringu PV). MPP-T (ang.: maximum power point tracker) jest to element elektroniczny obligatoryjnie wchodzący w skład każdego falownika przeznaczonego do fotowoltaiki. Dzięki pomiarowi natężenia prądu płynącego z modułów fotowoltaicznych oraz ich napięcia ma za zadanie obciążyć string modułów w taki sposób, żeby produkowały możliwie jak największą moc- czyli zawsze pracowały w punkcje najwyższej mocy MPP. Idea działania tego urządzenia polega na tym, żeby algorytm śledzący w jak najszybszym czasie dostosował pobierany prąd, przy zmieniających się warunkach nasłonecznienia. Współczesne układy śledzenia maksymalnego punktu pracy sięgają nawet 99,5% sprawności. Skuteczność szukania optymalnego punktu pracy przy warunkach częściowego zacienienia może spaść, szczególnie w przypadku gdy inwerter nie posiada algorytmu znajdywania globalnego maksymalnego punktu pracy.
Kolejnym ważnym czynnikiem jest szybkość działania algorytmu. Jest tu nie tyle ważny mikroprocesor sterujący całą operacją, ale przede wszystkim algorytm sterujący. Czas znajdywania MPP w nowoczesnych inwerterach nie powinien być dłuższy niż kilkanaście sekund. Falowniki najczęściej montowane w mikroinstalacjach rezydencjalnych posiadają jeden lub dwa MPP trakery. Przy zastosowaniu falownika z jednym MPP trakerem, nawet w przypadku gdy ma dwa wejścia na dwa łańcuchy modułów obydwa będą widziane przez inwerter jako jeden generator energii DC. Znaczy to, że zaburzenia pracy spowodowane zacienienia, zabrudzenia, czy uszkodzenia modułów będą rzutowały na pracę całej instalacji fotowoltaicznej. Falownik wówczas będzie szukał maksymalnego punktu pracy dla całego systemu fotowoltaicznego jednocześnie, dlatego ich parametry muszą być takie same. Obydwa stringi modułów muszą mieć takie same parametry, posiadać taki sam typ i ilość paneli fotowoltaicznych. Ponadto moduły te muszą być tak samo ustawione w kierunku słońca- pod tym samy kątem nachylenia i z identycznym azymutem. W przypadku gdy inwerter wyposażony jest w dwa MPP trackery maksymalna moc szeregów szukana jest niezależnie dla każdego z nich- każde pole modułów optymalizowane jest pojedynczo przez przydzielony mu układ. Oznacza to, że system fotowoltaiczny podzielony na dwa stringi modułów, podłączonych po dwóch układów śledzenia maksymalnej pracy pozwala na niezależną pracę każdego z nich. Dzięki takiemu rozwiązaniu, łańcuch modułów fotowoltaicznych będący gorzej nasłoneczniony, będący zamontowany pod mniejszym kątem nachylenia, czy będący częściowo zacieniony nie wpływa w żaden sposób na część instalacji której MPP tracker pozwala na lepszą pracę. Bardzo ważnym aspektem doboru inwertera do instalacji fotowoltaicznej jest fakt, że przy instalacji składającej się z łańcuchów modułów fotowoltaicznych o innej ich ilości, niezbędne są dwa MPP trakery.
Ważną rolę w inwerterach pełni izolacja galwaniczna. Ze względu na ten aspekt możemy podzielić je na transformatorowe i beztransformatorowe. Te pierwsze posiadające transformator izolacyjny pozwalają na galwaniczne oddzielenie strony prądu stałego, czyli wejścia, od strony AC, czyli sieci zasilającej. Inwertery wyposażone w transformator możemy podzielić na dwie grupy- pierwsza z nich wykorzystuje transformatory niskiej częstotliwości- LF znajdujące się na wyjściu falownika, pracujące na częstotliwości sieciowej 50 Hz. Bardziej nowoczesnym rozwiązaniem jest stosowanie transformatorów wysokiej częstotliwości HF. W tym rozwiązaniu transformator znajduje się na wejściu falownika i pracuje na wysokich częstotliwościach rzędy 20-24 kHz, przetwarzając przebieg prostokątny. Następnie układ prostowniczy nadaje napięciu docelowy, charakter DC, który w kolejnym kroku można przetworzyć za pomocą wcześniej omawianego mostka H na napięcie sieciowe. Układ ten zapewnia nam galwaniczną izolację strony DC i AC, powodując niewielkie straty mocy.
