Na pierwszy rzut oka ogniwa fotowoltaiczne zamontowane na dachu budynku trudno odróżnić od płaskich kolektorów słonecznych. Ogniwa fotowoltaiczne, nazywane bateriami słonecznymi, służą jak już wspomniano do zamiany promieniowania słonecznego w energię elektryczną, a nie w ciepło jak to ma miejsce w przypadku kolektorów.

Ogniwo fotowoltaiczne to układ fotoogniw wykonanych z półprzewodnika, zazwyczaj krzemu. Pod wpływem padającego na nie światła słonecznego w ogniwie powstaje  napięcie elektryczne, a po podłączeniu odbiornika zaczyna płynąć prąd.

Aby uzyskać odpowiednio wysokie napięcie ogniwa łączy się szeregowo, natomiast dla zwiększenia mocy baterii, ogniwa łączy się równolegle. Wiele połączonych ze sobą ogniw tworzy tzw. moduł.

Systemy fotowoltaiczne mają kilka cech, które dla niektórych użytkowników są równie ważne jak zdolność tych systemów do generowania energii elektrycznej.

Po pierwsze, niezawodność.

Moduły fotowoltaiczne należą do najbardziej niezawodnych źródeł energii elektrycznej, jaki kiedykolwiek wyprodukowano. Nie zawierają ruchomych części i będą przez dziesięciolecia funkcjonować bez interwencji ze strony człowieka. Jest to zasadnicza cecha dla lokalizacji, gdzie doświadczenie techniczne i infrastruktura potrzebne do obsługi skomplikowanych systemów elektroenergetycznych nie są dostępne po cenach, jakie byłyby możliwe do zaakceptowania przez właściciela systemu. Takie lokalizacje można znaleźć nie tylko w krajach rozwijających się. Istnieją one na całym świecie, a nawet w przestrzeni okołoziemskiej (satelity i sondy kosmiczne, które stały się pierwotną motywacją dla rozwoju technologii fotowoltaicznych).

Po drugie: prostota.

Systemy PV zawierają niewiele elementów składowych i podlegają bardzo prostym procedurom w zakresie eksploatacji i utrzymania. Dzięki temu mogą być wykorzystywane przez ludzi, którzy prawdopodobnie nie posiadają umiejętności i wiedzy niezbędnych do eksploatowania generatora napędzanego paliwem kopalnym.

Po trzecie, modularność.

Moc elektryczna dostarczana przez ogniwa fotowoltaiczne, przy pewnych warunkach nasłonecznienia, w znacznym stopniu jest podyktowana przez wielkość i liczbę modułów fotowoltaicznych, zainstalowanych w systemie. Po dołożeniu dodatkowych modułów, osiąga się większą moc systemu. Pozwala to na łatwe skalowanie systemu i dopasowanie go w ślad za zmianami w zakresie zapotrzebowania mocy lub dostępności środków inwestycyjnych.

Na przykład, jeśli w gospodarstwie planuje się zakup komputera za dwa lata, to użytkownicy będą mogli zwiększyć moc systemu wtedy, gdy zapotrzebowanie wzrośnie i nie będą zmuszeni do znalezienia niezbędnych pieniędzy już teraz, żeby z góry zapłacić za jeszcze niepotrzebnie przewymiarowany system.

Po czwarte, „image".

Niewiele systemów energetycznych przykuwa wzrok tak, jak systemy PV. W świecie krajów rozwiniętych mają one „image" urządzeń hi-tech i ekologicznych, a w krajach rozwijających się, PV może stać się symbolem nowoczesności, który zmniejsza złudną atrakcyjność dużych miast.

Po piąte, bezgłośna praca.

Systemy PV wytwarzają energię elektryczną w absolutnej ciszy. Są zatem zbawienne dla ludzi, którzy w przeciwnym razie musieliby żyć lub pracować blisko generatora zasilanego olejem lub benzyną. Systemy PV wytwarzają prąd stały dlatego układy z ogniwami fotowoltaicznymi często zawierają podzespoły, które przetwarzają go na prąd zmienny Ponieważ moduł PV dostarcza niewiele energii w okresach zachmurzenia i nie dostarcza energii w nocy, nie połączone z siecią energetyczną systemy fotowoltaiczne muszą magazynować nadmiarową energię, generowaną w okresach słonecznych. Funkcję tę spełnia bateria akumulatorów lub w przypadku systemów pompowania wody, zbiornik magazynowy wody. Około 90% akumulatorów stosowanych w systemach fotowoltaicznych stanowią akumulatory kwasowo-ołowiowe. O ile akumulator kwasowo-ołowiowy jest stosunkowo tani i powszechnie stosowany, o tyle nie jest tak trwały, jak moduł fotowoltaiczny i wymaga nieco obsługi, takiej jak uzupełnianie wody traconej w czasie jego użytkowania.

Systemy fotowoltaiczne mogą również obejmować elektroniczne układy optymalizacji mocy. Układy te regulują moc wyjściową układów w taki sposób, aby spełniały bieżące wymagania w zakresie prądu i napięcia wymaganych przez odbiorniki. Powszechnie stosowanymi regulatorami są przetworniki, które przetwarzają prąd stały w prąd zmienny.

Jeśli układ PV posiada taki falowniki, to wówczas może zasilać powszechnie stosowane urządzenia zaprojektowane na zasilanie z sieci, takie jak standardowe pralki i telewizory lub może podawać energię wprost do sieci.

Regulatory obciążenia, stanowiące odrębną grupę urządzeń optymalizujących moc wyjściową, ograniczają tę moc w układach ładujących akumulator wtedy, kiedy akumulator jest naładowany. Prostowniki pełnią funkcję odwrotną do falowników: przetwarzają prąd zmienny na prąd stały. Pozwala to odbiornikom na prąd stały i akumulatorom pracującym w systemach PV na otrzymanie dodatkowej energii ze źródła prądu zmiennego, takiego jak sieć lub generator wirnikowy. Przetwornik prąd stały-prąd stały pozwala na to, aby układ i odbiorniki pracowały przy różnych napięciach. Można go stosować po to, aby układ PV był eksploatowany przy napięciu, które pozwala wytworzyć największą możliwą moc elektryczną, lub też po to, aby wzmocnić prąd zasilający silnik elektryczny lub pompę podczas rozruchu. Obecnie na rynku istnieje bogata oferta paneli różnej wielkości i mocy. Dostępne są także panele zintegrowan z pokryciem dachowym lub fasadą budynku, a nawet półprzeźroczyste moduły, które można montować w oknach.

Baterie słoneczne (PV) mogą być alternatywą dla sieci energetycznej w miejscach, w których podłączenie do niej jest albo niemożliwe lub byłoby bardzo kosztowne i kłopotliwe. Mogą także dostarczać energię do pomp obiegowych zamontowanych w instalacjach grzewczych, np. we współpracy z pompą ciepła czy kolektorami słonecznymi, zwiększając przez to bezpieczeństwo energetyczne w budynku.

Zdają także egzamin przy zasilaniu urządzeń małej mocy, także wówczas gdy pracują nieprzerwanie przez cały rok (np. parkomaty, sygnalizacja świetlna, automatyczne stacje meteo, boje sygnalizacyjne itp.).

Układy PV podłączone do sieci

Sieć stanowi zbiór rozproszonych geograficznie odbiorców i generatorów, wzajemnie połączonych za pośrednictwem elektroenergetycznych linii przesyłowych. Układ fotowoltaiczny może stanowić jedno z licznych źródeł generujących energię, przyłączonych do tej sieci.

Układy fotowoltaiczne można łączyć z siecią w centralnej instalacji, lub z lokalizacji rozproszonych. Połączenie scentralizowane jest korzystne dla przedsiębiorstw energetycznych, które zakupują energię z elektrowni konwencjonalnych - węglowych, wodnych, gazowych - lub elektrowni jądrowych. W ogólności, takie podejście ułatwia regulację, eksploatację i utrzymanie systemu i wiąże się z ekonomicznym efektem skali. Jest jednakże sprawą dyskusyjną, czy te zalety są istotne dla układów fotowoltaicznych, z uwagi na ich modularność, prostotę i niezawodność.

Podejście „rozproszone" chociaż niewłaściwe w przypadku elektrowni konwencjonalnych, ma zastosowanie dla systemów fotowoltaicznych. Ma tę dużą zaletę, że pokonuje dużą nie dogodność systemów scentralizowanych, ponieważ w systemach „rozproszonych" układy PV mogą być montowane na dachach i fasadach, aczkolwiek koszt dużej połaci terenu przeznaczonego na wielomodułowy centralny układ PV może być bardzo istotny.

W przypadku łączenia z siecią układów rozproszonych, wielomodułowe układy PV zazwyczaj montuje się na budynkach. Kiedy świeci słońce, energia elektryczna generowana w układzie PV może zasilać niektóre lub wszystkie odbiorniki w budynku. Ogranicza to ilość energii, którą właściciel budynku musi kupować z sieci. Jeśli wydajność układu fotowoltaicznego przekracza całkowite zapotrzebowanie w budynku, istnieje techniczna możliwość sprzedaży energii do sieci. Wiąże się to jednak z dość czasochłonną i zawiłą procedurą formalno-prawną. Ilość wymaganych dokumentów i pozwoleń oraz warunki umowne sprzedaży energii do sieci elektroenergetycznej skutecznie odstraszają chcących skorzystać z takiej możliwości.

Układy fotowoltaiczne można połączyć z siecią centralną lub siecią wydzieloną. Sieć centralna pokrywa duże terytorium geograficzne, z tysiącami źródeł energii i milionami odbiorców.

Sieci wydzielone są małe, z niewielką liczbą źródeł energii i jej odbiorów, nie są połączone z siecią centralną. Zasilają w energię elektryczną niewielkie obszary, takie jak pojedyncze, odległe gminy lub kompleksy budynków.

Pomimo, że na świecie istnieje duża liczba połączonych w sieci systemów fotowoltaicznych, to takie systemy rzadko kiedy stanowią konkurencję dla konwencjonalnych elektrowni, przynajmniej w zakresie kosztów, chyba że systemy PV są w jakiś sposób subsydiowane.

Układy PV nie połączone z siecią

Wiele małych odbiorników energii, nie połączonych z siecią można zasilać z wolnostojących układów PV. Takie systemy mogą obejmować tylko moduł fotowoltaiczny przyłączony do akumulatora, chociaż większość z nich będzie również obejmować regulator obciążenia. Są to układy w najwyższym stopniu niezawodne, ponieważ zawierają bardzo niewiele elementów, nie zawierają ruchomych części i minimum układów elektronicznych.

W odróżnieniu od systemów połączonych z siecią, układy nie połączone z siecią są często bardzo opłacalne w porównaniu do innych źródeł energii elektrycznej. W szczególności jest to widoczne w przypadku małych obciążeń, do 10 kW. Rozbudowa sieci i doprowadzenie jej do odległego odbiornika jest bardzo kapitałochłonne, nawet w porównaniu z wysokimi nakładami kapitałowymi systemów PV. Małe odbiory nie uzasadniają praktycznie nieograniczonej ilości energii dostępnej z sieci. Zasilanie w energię tylko z genseta (generator z silnikiem spalinowym lub gazowym) lub z baterii jest początkowo niezbyt kosztowne, ale obciąża operatora wysokimi kosztami bieżącego uzupełniania paliwa lub kosztami wymiany baterii, zmusza do częstych wizyt na miejscu i obsługi oraz remontów genseta. Na dłuższą metę takie koszty sumują się i sprawiają, że początkowo bardziej kapitałochłonny system PV może okazać się bardziej atrakcyjny. Dlatego przed podjęciem decyzji o wyborze takiego czy innego źródła energii elektrycznej warto przeprowadzić przynajmniej wstępną analizę opłacalności.