Gli impianti fotovoltaici consentono di trasformare, direttamente e istantaneamente, l’energia della radiazione solare in energia elettrica senza l’uso di alcun combustibile. Producono elettricità là dove serve, non richiedono praticamente manutenzione, non danneggiano l’ambiente e offrono il vantaggio di essere costruiti “su misura”, secondo le reali necessità dell’utente. Il componente fondamentale per questa conversione è la cella fotovoltaica, una sottile piastrina di materiale semiconduttore e di piccole dimensioni. Le celle fotovoltaiche vengono collegate in serie a formare una struttura robusta e maneggevole detta modulo fotovoltaico. I pannelli fotovoltaici vengono collegati in serie e vengono interfacciati ad un Inverter, un apparato elettronico che converte la corrente continua in arrivo dal campo fotovoltaico in corrente alternata in modo da renderla immediatamente disponibile per le utenze domestiche. Al fine di ottimizzare la produzione i pannelli solari devono essere disposti con orientamento il più possibile verso la direzione del Sud geografico e con angolo inclinazione rispetto al terreno ottimale (questo dato varia in base alla località geografica di installazione). Un impianto fotovoltaico può essere progettato per essere isolato dalla rete elettrica e accumulare l’energia prodotta all’interno di batterie (Stand Alone), collegato alla rete elettrica nazionale per l’immissione e remunerazione dell’energia prodotta e non consumata (Grid Connected) o,con l’attuale innovazione tecnologica, si può scegliere di installare un impianto “Ibrido” che congiunga queste due caratteristiche, dove l’energia prodotta dall’impianto viene immagazzinata nelle batterie e, quando sono completamente cariche, l’energia in più viene riversata nella rete elettrica per essere poi remunerata (Storage).
Gli impianti fotovoltaici sono principalmente suddivisi in 2 grandi famiglie: impianti "ad isola" (detti anche "off-grid'): non sono connessi ad alcuna rete di distribuzione, per cui sfruttano direttamente sul posto l'energia elettrica prodotta e accumulata in un accumulatore di energia (batterie); impianti "connessi in rete" (detti anche grid-connected): sono impianti connessi ad una rete elettrica di distribuzione esistente e gestita da terzi e spesso anche all'impianto elettrico privato da servire. Un caso particolare di impianto ad isola, detto "ibrido", resta connesso alla rete elettrica di distribuzione, ma utilizza principalmente le sue fonti, una sola, o può avere una combinazione, ad esempio, fotovoltaico, eolico, gruppo elettrogeno, anche con l'aiuto di un accumulatore. Qualora nessuna delle fonti sia disponibile o l'accumulatore sia scarico, un circuito collega l'impianto alla rete elettrica per la continuità della fornitura. Dal punto di vista strutturale, va menzionata la posa "architettonicamente integrata" (noto anche con l'acronimo BIPV, Building Integrated PhotoVoltaics, ovvero "sistemi fotovoltaici architettonicamente integrati'). L'integrazione architettonica si ottiene ponendo i moduli fotovoltaici dell'impianto all'interno del profilo stesso dell'edificio che lo accoglie.
Le tecniche sono principalmente:
impiego di tecnologie idonee all'integrazione, come i film sottili;
impiego di moduli fotovoltaici strutturali, che svolgono anche la funzione di infisso, con o senza vetrocamera.
I costi per realizzare un impianto fotovoltaico integrato sono più alti rispetto a quello tradizionale, ma il risultato estetico è privilegiato dalla normativa del Conto energia, con il riconoscimento di una tariffa incentivante sensibilmente più elevata.
La potenza nominale di un impianto fotovoltaico si considera generalmente come la somma dei valori di potenza nominale di ciascun modulo fotovoltaico di cui è composto il suo campo, e si intende come il valore in Watt di picco, indicato con il simbolo: Wp e multipli (kWp, MWp, ...).
Una indicazione più puntuale della potenza utile è quella della potenza in alternata, ovvero dopo l'inverter (una indicazione della potenza netta, utile, dell'impianto), valore che si indica in WCA (WAC sulle pubblicazioni in lingua inglese) e multipli (kWCA, MWCA, ...). In tale frangente, la potenza di picco, ovvero lorda, si indica con WCC (WDC sulle pubblicazioni in lingua inglese), per indicare che si tratta della potenza in corrente continua.
La superficie occupata da un impianto fotovoltaico è in genere poco maggiore rispetto a quella occupata dai soli moduli fotovoltaici, che richiedono, per la tecnologia silicio policristallino e silicio monocristallino, circa 4 mq/ kW (per moduli di circa il. 18-20% di efficienza esposti a Sud) ai quali vanno aggiunte eventuali superfici occupate dai coni d'ombra prodotte da ostacoli, tipo camini, antenne TV ecc., se montati in modo complanare alle superficie, invece se montati in modo non complanare si deve tenere conto dell'ombra che gli stessi pannelli producono e quindi la superficie impiegata è di circa 8 m²/kW.
Negli impianti su terreno o tetto piano, è prassi comune distribuire geometricamente il campo su più file, opportunamente sollevate singolarmente verso il sole, in modo da massimizzare l'irraggiamento captato dai moduli. Queste file vengono stabilite per esigenze geometriche del sito di installazione e possono o meno corrispondere alle stringhe.
n entrambe le configurazioni di impianto, ad isola o connesso in rete, l'unico componente disposto in esterno è il campo fotovoltaico, mentre regolatore, inverter e batteria sono tipicamente disposti in locali tecnici predisposti (es. cabina).
L'energia prodotta è tanto maggiore quanto più l'impianto gode di un'esposizione favorevole all'irraggiamento solare, che è funzione dell'eliofania e massima con determinati angoli di inclinazione rispetto ad un piano orizzontale al suolo e per esposizioni il più possibile verso sud.
Per massimizzare la captazione dell'irraggiamento solare si progettano e si realizzano moduli fotovoltaici ad inseguimento solare che adattano cioè l'inclinazione del pannello ricevente all'inclinazione dei raggi solari durante il giorno e la stagione.
Infine, occorre tenere presente l'“Efficienza del B.O.S.” (Balance of System), che nella lingua inglese significa considerare tutte le parti in gioco ed indica l'efficienza di tutta la catena che compone il sistema fotovoltaico, escluso i moduli stessi. Per BOS si intende l'insieme dei dispositivi e della componentistica elettrica/elettronica dell'impianto fotovoltaico, che trasferiscono l'energia prodotta dai moduli alla rete elettrica. Un valore accettabile è generalmente valutato intorno all'85%. In termini di potenze, un WCA equivale al prodotto dell'efficienza citata per un WCC (grosso modo il Wp).
L'effetto della temperatura sui moduli fotovoltaici viene solitamente quantificato mediante alcuni coefficienti relativi alle variazioni della tensione a circuito aperto, della corrente di cortocircuito e della potenza massima alle variazioni di temperatura.