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Os painéis solares fotovoltaicos absorvem a luz solar como fonte de energia para gerar eletricidade em corrente contínua. Um módulo fotovoltaico (PV) é um conjunto conectado e empacotado de células solares fotovoltaicas, disponível em diferentes tensões e potências. Os módulos fotovoltaicos constituem o conjunto fotovoltaico de um sistema fotovoltaico que gera e fornece eletricidade solar em aplicações comerciais e residenciais.

A aplicação mais comum da coleta de energia solar fora da agricultura são os sistemas de aquecimento solar de água.

Os módulos fotovoltaicos usam energia da luz (fótons) do Sol para gerar eletricidade através do efeito fotovoltaico. A maioria dos módulos usa células de silício cristalino à base de bolacha ou células de filme fino. O membro estrutural (de transporte de carga) de um módulo pode ser a camada superior ou posterior. As células também devem ser protegidas contra danos mecânicos e umidade. A maioria dos módulos é rígida, mas também estão disponíveis módulos semi-flexíveis baseados em células de filme fino. As células devem ser conectadas eletricamente em série, uma para a outra.

Uma caixa de junção fotovoltaica está conectada na parte traseira do painel solar e é sua interface de saída. Externamente, a maioria dos módulos fotovoltaicos usa conectores MC4 para facilitar as conexões à prova de intempéries no restante do sistema. Além disso, a interface de alimentação USB pode ser usada.

As conexões elétricas dos módulos são feitas em série para atingir a tensão de saída desejada ou em paralelo para fornecer a capacidade de corrente desejada (amperes). Os fios condutores que retiram a corrente dos módulos podem conter prata, cobre ou outros metais de transição condutores não magnéticos. Os diodos de derivação podem ser incorporados ou usados ​​externamente, no caso de sombreamento parcial do módulo, para maximizar a saída das seções do módulo ainda iluminadas.

Alguns módulos fotovoltaicos solares especiais incluem concentradores nos quais a luz é focada por lentes ou espelhos em células menores. Isso permite o uso de células com um alto custo por unidade de área (como arseneto de gálio) de maneira econômica.

Os painéis solares também usam estruturas metálicas que consistem em componentes de rack, suportes, formas de refletor e calhas para suportar melhor a estrutura do painel.

Em 1839, a capacidade de alguns materiais para criar uma carga elétrica a partir da exposição à luz foi observada pela primeira vez por Alexandre-Edmond Becquerel. Embora os painéis solares de primeira linha fossem ineficientes demais para dispositivos elétricos simples, eles eram usados ​​como um instrumento para medir a luz. A observação de Becquerel não foi replicada novamente até 1873, quando Willoughby Smith descobriu que a carga poderia ser causada pela luz atingindo o selênio. Após essa descoberta, William Grylls Adams e Richard Evans Day publicaram "A ação da luz no selênio" em 1876, descrevendo o experimento que eles usaram para replicar os resultados de Smith. Em 1881, Charles Fritts criou o primeiro painel solar comercial, relatado por Fritts como "contínuo, constante e de força considerável, não apenas pela exposição à luz solar, mas também à luz difusa e difusa do dia". No entanto, esses painéis solares eram muito ineficientes, especialmente em comparação com as usinas a carvão. Em 1939, Russell Ohl criou o design de célula solar que é usado em muitos painéis solares modernos. Ele patenteou seu projeto em 1941. Em 1954, esse projeto foi usado pela Bell Labs para criar a primeira célula solar de silício comercialmente viável.

Atualmente, a maioria dos módulos solares é produzida a partir de células solares de silício cristalino (c-Si) feitas de silício multicristalino e monocristalino. Em 2013, o silício cristalino representou mais de 90% da produção fotovoltaica mundial, enquanto o restante do mercado geral é composto por tecnologias de filmes finos usando telureto de cádmio, CIGS e silício amorfo

As tecnologias solares emergentes de terceira geração usam células avançadas de película fina. Eles produzem uma conversão de eficiência relativamente alta pelo baixo custo em comparação com outras tecnologias solares. Além disso, as células de múltiplas junções retangulares (MJ) de alto custo, alta eficiência e empacotamento fechado são preferencialmente usadas em painéis solares em naves espaciais, pois oferecem a maior proporção de energia gerada por quilograma levantada no espaço. As células MJ são semicondutores compostos e feitas de arseneto de gálio (GaAs) e outros materiais semicondutores. Outra tecnologia fotovoltaica emergente usando células MJ é a energia fotovoltaica concentradora (CPV).

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