انرژی فتوولتائیک به تبدیل نور خورشید به الکتریسیته از طریق یک سلول فوتوولتائیک گفته می شود که به طور معمول توسط یک سلول خورشیدی انجام می پذیرد. سلول خورشیدی یک ابزار غیر مکانیکی است که معمولا از آلیاژ سیلیکون ساخته می شود.
نور خورشید از فوتونها یا ذرات انرژی خورشیدی ساخته شده که مقادیر متغیر انرژی را شامل میشوند.(درست مشابه با طول موج های متفاوت طیف های نوری هستند)
وقتی فوتونها به سلول فوتوولتائیک برخورد میکنند، ممکن است منعکس شوند، مستقیم از میان آن عبور و یا جذب شوند.(انرژی فتوولتائیک)
فقط فوتون های جذب شده انرژی را برای تولید الکتریسیته فراهم می کنند.
وقتی که نور خورشید کافی یا انرژی توسط جسم نیمه رسانا جذب شود، الکترونها از اتمهای جسم جدا می شوند. (به دلیل اینکه آخرین الکترون یک اتم با گرفتن انرژی فوتون به لایه بالاتر رفته و می تواند از میدان پروتون خلاص شده و آزادانه در نیمه رسانا حرکت کند).
رفتار خاص سطح جسم در طول ساختن باعث میشود که سطح جلویی سلول برای الکترون های آزاد بیشتر پذیرش یابد.
بنابراین الکترون ها بطور طبیعی به سطح مهاجرت میکنند.
زمانی که الکترون ها موقعیت n را ترک میکنند، سوراخ هایی شکل میگیرد.
تعداد الکترون ها زیاد بوده و هر کدام یک بار منفی را حمل می کنند و به طرف جلوی سطح سلول پیش می روند، در نتیجه عدم توازن بار بین سلولهای جلویی وسطوح عقبی یک پتانسیل ولتاژ شبیه قطب های مثبت ومنفی یک باتری ایجاد میشود. وقتی که دو سطح از میان یک راه داخلی مرتبط می شود، الکتریسیته جریان می باشد. با این وجود، توان یک یا دو وات تولید می کند، که برای بیشتر کاربردها این مقدار از انرژی کافی نیست.
برای اینکه بازده انرژی را افزایش دهیم، سلولها بطور الکتریکی به داخل هوای بسته یک مدول سخت مرتبط میشود.
اصطلاح آرایش به کل صفحه انرژی اشاره میکند، اگر چه آن از یک یا چند هزار مدول ساخته شده باشد، آن تعداد مدول های مورد نیاز می توانند بهم مرتبط شوند برای اینکه اندازه آرایش مورد نیاز تولید انرژی را تشکیل دهند.( اجرای یک آرایش فوتوولتائیک به انرژی خورشید وابسته است).
شرایط آب وهوایی (همانند ابر و مه) تاثیر مهمی روی انرژی خورشیدی دریافت شده pv و عملکرد اجرایی آن دارد.
سلولهای pv که در سال 1954 توسط تحقیقات تلفنی بل Bell کشف شد حساسیت یک آب سیلیکونی حاضر به خورشید را به طور خاصی آزمایش کرد. ابتدا در گذشته در دهه1950، pvs برای تامین انرژی قمرهای فضا مورد استفاده قرارمی گرفتند.
موفقیت pvs در فضا ،کاربردهای تجاری برای تکنولوژی pvs تولید کرد.
ساده ترین سیستمهای فوتوولتائیک انرژی تعداد زیادی از وسایلی که روزانه مورد استفاده قرار می گیرد را تأمین می کند.(ماشین حسابهای کوچک و ساعتهای مچی)
بیشتر سیستمهای پیچیده الکتریسیته را برای پمپاژ آب، انرژی ابزارهای ارتباطی، وحتی فراهم کردن الکتریسیته برای خانه هایمان فراهم میکنند.
تبدیل نور خورشید به الکتریسیته مستقیم است، بنابراین سیستمهای تولیدکننده مکانیکی با حجم زیادی لازم نیستند.
خصوصیت مدولی انرژی فتوولتائیک اجازه میدهد بطور سریع آرایش ها در هر اندازه مورد نیاز یا اجازه داده شده نصب شوند.
همچنین، تاثیر محیطی یک سیستم فتوولتائیک حداقل است، این سیستمها نیاز به آب ندارد. سلولهای فتوولتائیک، همانند باتری ها، جریان مستقیم را تولید میکنند که به طور عمومی برای راههای کوچکی مورداستفاده است.(ابزار الکترونیک) راندمان سلولهای فتوولتائیک در سال2010 حدود 17%می باشد(انرژی فتوولتائیک) و توان آن در تابش مستقیم آفتاب به ازای هر مترمربع حدود 170وات است.
که با افزایش شدت تابش پرتوهای خورشیدی، میزان قدرت الکتریکی خروجی نیز افزایش می یابد.(همچنین با افزایش دما، قدرت خروجی از سلول کاهش می یابد)
این نکات باید در هنگام طراحی مورد توجه مهندسین قرار گیرد.
با توجه به این امر راندمان ایده ال یک سلول در حدود 30 درصد است.(راندمان سلول خورشیدی از نسبت انرژی تابیده شده به انرژی الکتریکی تولید شده که بر حسب جنس سلول و طراحی آن متغییر می باشد)
روشهای افزایش راندمان سلولها را میتوان در نکات زیر خلاصه کرد
نصب یک فواره آب در کنار سایت پنلها به طوری که فواره ها هوای اطراف خود را بسیار خنک میکنند.(این امر از پایین آمدن راندمان پنل ها هنگام افزایش درجه حرارت هوا جلوگیری می کند)
شبکه های الکتریکی بایستی به جریان متناوب برای استفاده تبدیل کننده ها تبدیل شوند.
مبدل های قدرت ابزارهایی هستند که جریان مستقیم را به جریان متناوب تبدیل می کنند.
