در تعریف واژه فتوولتائیک (Photo Voltaic) برگرفته از واژگان (Photos) به معنی نور با (Volta) به معنای تولید انرژی الکتریسیته برگفته از نور است. فتوولتائیک سیستمی است که قادر به تبدیل مستقیم انرژی خورشیدی به انرژی الکتریسیته می‌باشد. استفاده از سیستم‌های فتوولتائیک علاوه بر حفظ محیط زیست، اثرات جانبی بسیار ناچیزی بر طبیعت دارد. به پدیده‌ای که در اثر تابش نور بدون استفاده از مکانیزم‌های محرک، الکتریسیته تولید کند پدیده فتوولتائیک و به هر سیستمی که از این پدیده استفاده کند، سیستم فتوولتائیک گویند.
امروزه مؤثرترین و ارزان‌ترین سلول‌های خورشیدی از ماده‌ای به نام سیلیسم (یا همان سیلیکون) تولید می شود. ماسه یکی از منابع مهم سیلیسم بوده که پس از پالایش آن بلورهای سیلیسم بدست می‌آید و پس از برش کاری بصورت صفحه آماده می‌شود؛ در تعریف ساده تر، پولک‌هایی که نور را مستقیماً به الکتریسیته تبدیل می‌کند. این پولک‌ها همانند ترانزیستور معمولاً از لایه‌های نازک یک ماده نیم‌رسانا مانند سیلیکان با مقادیر کمی افزودنی‌های خاص به منظور ایجاد مازادی از الکترون در یک لایه و کمبودی از الکترون در لایه دیگر ساخته می‌شوند. فوتون‌های نور در یک لایه الکترون‌های آزاد را به وجود می‌آورند و یک رشته هادی، الکترون‌ها را قادر می‌سازد که در یک مدار خارجی جریان یافته و به لایه‌هایی که فاقد الکترون است دسترسی پیدا کنند.
پنل‌های فتوولتائیک از نیم‌رساناها ساخته شده و با اتصال سیلیکون‌های نوع مثبت و نوع منفی شکل می‌گیرند. وقتی نور خورشید به یک سلول فتوولتائیک می‌تابد، به الکترون‌ها در آن انرژی بیشتری می‌بخشد. با تابش نور خورشید الکترون‌ها در نیم‌رسانا پلاریزه شده، الکترون‌های منفی در سیلیکون نوع منفی و یون‌های مثبت در سیلیکون نوع مثبت به‌وجود می‌آیند. بدین ترتیب بین دو الکترود، اختلاف پتانسیل بروز کرده و این امر موجب جاری شدن جریان بین آن‌ها می‌شود. از آنجا که سلول‌های فوتوولتائیک کوچک، شکننده بوده و تنها مقدار کمی برق تولید می‌کنند آن‌ها را بصورت مادول (Module) شکل می‌دهند که در اندازه‌های متنوع عرضه می‌گردند، ولی برای سهولت جابجایی ابعاد آن‌ها به ندرت از ۹۰ سانتیمتر عرض در ۱۵۰ سانتیمتر طول تجاوز می‌کند. هنگامی که دو سلول با مادول در یک ردیف متصل می‌گردند ولتاژ آ ن‌ها دو برابر می‌شود و هنگامی که به صورت موازی به یکدیگر متصل می‌شوند جریان برق آن دو برابر می‌گردد.
سیستم فتوولتائیک از جمله تکنولوژی های انرژی‌های نو می‌باشد و تاکنون ساختارهای گوناگونی با ظرفیت‌های مختلف (۰.۵ وات تا چند صد مگاوات) در سراسر جهان نصب و راه اندازی شده است و با توجه به قابلیت اطمینان و عملکرد این سیستم‌ها هر روزه بر تعداد متقاضیان آن‌ها افزوده می‌شود. علاوه بر این، می توان با آرایش های مختلف سری و موازی کردن سلول‌های خورشیدی، به جریان و ولتاژ های مورد نظر دست پیدا کرد. به مجموعه ای از سلول‌های سری – موازی شده، پنل فتوولتائیک گفته می شود که با استفاده از آن‌ها نور خورشید مستقیماً به الکتریسیته (برق جریان مستقیم) تبدیل می‌گردد. صفحات فتوولتائیک در ابعاد و اندازه‌های مختلفی (از چند میلیمترمربع تا بیش از ۲ مترمربع) ساخته می‌شوند. نمونه‌های کوچک این صفحات بر روی ماشین‌های حساب نوری بسیار متداول است و نمونه‌های بزرگ‌تر این صفحات برای ساخت نیروگاه‌های فتوولتائیک مورد استفاده قرار می‌گیرد. شکل زیر، یک نیروگاه فتوولتائیک را نمایش می‌دهد.
انواع سیستم های فتوولتاییک
- سیستم های فتوولتاییک مستقل از شبکه (Off Grid System)؛ در این سیستم ها برق تولید شده تنها برای کاربردهای شخصی و توان کم استفاده می شود. اجزای این سیستم های آف گرید مطابق شکل می باشد.
- سیستم های فتوولتاییک مرتبط با شبکه (On Grid System)؛ در این سیستم ها، سرمایه گزاری بیشتر صورت می گیرد و با توجه به این مسئله که دارای تجهیزات به مراتب قوی تر، زیربنای کافی و تعداد پنل خورشیدی های بیشتری می باشد، علاوه بر تامین انرژی برق برای کاربردها و مصرف های مورد نظر، مازاد انرژی برق تولید شده به شرکت برق به فروش می رسد. در عمل هم استقبال خوبی از سمت شرکت های توزیع برق جهت خرید برق حاصل از تولید سیستم های فتوولتاییک خورشیدی صورت گرفته است. محاسبه فروش برق تولید شده توسط کنتور های معکوس انجام می شود که به میزان برق فروخته شده به اداره توضیع برق، اداره برق موظف است هزینه میزان برق ورودی به شبکه های توضیع برق را به وسیله کنتور معکوس محاسبه کرده و هزینه آن را پرداخت کند. سرمایه گذاری مناسب و حتی بیشتر از مصرف شما بر روی سیستم های آن گرید موجب می شود که مازاد برق مصرفی دسترسی باشد و یا بتون مازاد انرژی را به شرکت برق فروخت که سود آوری مناسبی همراه خواهد داشت.
