L’elemento che sta alla base della tecnologia fotovoltaica è la  cella che è costituita da un  materiale semiconduttore, il silicio, di spessore estremamente ridotto (0.3 mm), che viene  trattato mediante operazione di“drogaggio” che consiste nel trattare il silicio con atomi di fosforo e boro al fine di ottenere  correnti elettriche stabili all’interno della cella.

• Celle a silicio monocristallino: hanno un grado dimaggior purezza del materiale e garantiscono le migliori prestazioni in  termini di efficienza avendo il rendimento più alto  pari al 20%. Si presentano di colore blu scurissimo uniforme  e hanno forma circolare o ottagonale, di dimensione dagli 8 ai 12 cm di diametro e 0.2 - 0.3 mm di spessore.
• Celle a silicio policristallino: hanno una purezza minore condizione che comporta una minor efficienza  ossia il loro rendimento si aggira tra l’11 e il 17%. Si presentano di un colore blu intenso cangiante dovuto alla  loro  struttura policristallina. Hanno forma quadrata o ottagonale e di spessore analogo al  precedente tipo.
• Silicio amorfo: si tratta della deposizione di uno strato  sottilissimo di silicio cristallino (1-2micron)  su superfici di altro materiale, ad esempio vetri o supporti plastici. In questo caso è improprio parlare di celle,  in  quanto  possono essere ricoperte superfici  anche  consistenti  in modo continuo. L’efficienza di questa tecnologia è sensibilmente più bassa, nell’ordine del 5-6.8% ed è soggetta a un decadimento consistente (-30%) delle proprie prestazioni nel primo mese di vita  (effetto  Stabler-Wronsky) che impone quindi un sovradimensionamento della superficie installata, in modo da consentire in  fase  di  esercizio la produzione di energia elettrica preventivata in sede di progetto.

Per poter operare efficacemente in ambiente esterno, le celle vengono connesse tra loro in serie e/o parallelo e vengono inserite nel cosiddetto laminato fotovoltaico, generalmente composto da una stratificazione di vetro a basso tenore di ossido di ferro, sigillante EVA, celle, EVA, Tedlar o vetro. 

I moduli sono pertanto costituiti da diversi strati sovrapposti:

1. lastra di vetro temprato di spessore variabile che ha una duplice funzione: di assicurare una buona trasmittanza termica (> 90%) ed una resistenza meccanica, considerato il fatto che le celle fotovoltaiche sono molto fragili e si rompono facilmente;
2. primo foglio sigillante trasparente in EVA (acetato vinile etilenico) che ha la funzione di garantire la tenuta agli agenti esterni ed un buon isolamento dielettrico;
3. celle fotovoltaiche;
4. secondo foglio sigillante in EVA per l’isolamento posteriore;
5. Chiusura posteriore che può essere sia in vetro (si veda i moduli prodotti dalla Schuco International) con la funzione di favorire lo scambio termico e consentire una parziale trasparenza del modulo, o in Polivinilfluoruro (PVF) noto commercialmente come tedlar® che viene impiegato in fogli nell’assemblaggio dei moduli fotovoltaici per le sue particolari caratteristiche anti-umidità. Il sandwich è posto in forno di laminazione in cui, tramite riscaldamento a circa 150°, si realizza la sigillatura dei componenti, l’EVA diviene trasparente e si eliminano dall’interno della stratificazione l’aria e il vapore contenuti tra gli interstizi in modo da evitare possibili processi di corrosione. Realizzato il laminato il modulo è completato da cornici di alluminio, anche se le recenti realizzazioni propendono per soluzioni prive di cornice, che sono più leggere e preferite in campo architettonico. Nella parte posteriore del modulo fotovoltaico è collegata la scatola di giunzione per i collegamenti elettrici necessari per l’installazione.

I moduli fotovoltaici odierni hanno una vita stimata di 50 anni circa, anche se è plausibile ipotizzare che vengano dismessi dopo un ciclo di vita di 20-25 anni, a causa dell'obsolescenza della loro tecnologia. 

Il posizionamento ottimale dei moduli FV è quello verso sud con una inclinazione di circa 30° sull’orizzontale, ma piccole deviazioni portano ad una diminuzione accettabile dell’energia raccolta (2 -5%). 

Gli impianti FV possono operare in modo autonomo oppure in parallelo alla rete elettrica. I sistemi autonomi o isolati (stand alone) sono utilizzati per elettrificare utenze situate in località non raggiunte dalla rete elettrica o in luoghi dove il collegamento sarebbe troppo costoso (aree rurali, centraline di rilevazione climatica, illuminazione stradale e da giardino). 

I sistemi fotovoltaici collegati alla rete (grid connected) possono essere grandi impianti per la produzione centralizzata oppure i cosiddetti “tetti fotovoltaici”, impianti di piccola taglia integrati nei tetti e/o nelle facciate degli edifici. Un sistema collegato in rete non necessita di alcun accumulo, perché in caso di una richiesta di energia

DIMENSIONAMENTO:

Gli impianti fotovolatici sono caratterizzati dalla “potenza di picco” indicata con kWp. 

Per avere un’idea della potenza di picco da installare per avere una copertura totale del fabbisogno annuo di energia elettrica si deve dividere il consumo annuo energetico dell’utenza per 1.200, ad esempio: - consumo annuo pari a 3.000 kWh : 1.200 = 2,5 kWp.

Considerando pari a 3000-4000 kWh/anno il consumo medio italiano di elettricità di una abitazione monofamiliare, un sistema FV per uso domestico in una città del nord Italia dovrebbe quindi avere una potenza compresa tra i 2,5 e i 3,5 kW. 

Per comprendere quanti moduli dover impiegare per la copertura totale del nostro fabbisogno si tenga presente che per avere una potenza nominale installata di 1 kWp sono necessari in genere da 8m 2 (per i moduli più efficienti) a 15 m 2 (per i moduli meno efficienti) 

Non vi è particolare interesse a costruire moduli di grandi dimensioni, a causa delle grosse perdite di prestazioni che l'intero modulo subisce all'ombreggiamento (o malfunzionamento) di una sua singola cella.

Il dimensionamento di un impianto fotovoltaico è un calcolo che tiene conto di molteplici variabili: la radiazione solare, l'inclinazione dei moduli, l'orientamento dei moduli, il fattore di conversione del modulo fotovoltaico, l'assemblaggio elettrico del sistema, ecc.  

Un impianto fotovoltaico da 1 KW di potenza, può produrre annualmente circa 1200 KWh di energia elettrica (variabile a seconda della latitudine).