Ogniwo fotowoltaiczne jest podstawowym elementem systemu fotowoltaicznego. Pojedyncze ogniwo fotowoltaiczne produkuje zazwyczaj pomiędzy 1 a 2 W mocy, co jest niewystarczające dla większości zastosowań. Dla uzyskania większych napięć lub prądów, ogniwa fotowoltaiczne łączone są szeregowo lub równolegle, tworząc panel fotowoltaiczny (panel PV, zwany czasem modułem fotowoltaicznym). Panele PV dostępne na rynku mają powierzchnię od 0,3 do 2 \( m^{2} \) w zależności od mocy. Moc takich paneli wyrażana jest w watach mocy szczytowej (Wp – maksymalna moc w watach), zdefiniowanych jako moc dostarczana przez nie w warunkach standardowych (STC); zwykle kształtuje się ona pomiędzy 30 Wp a 600 Wp. W praktyce, panele PV rzadko pracują w warunkach standardowych, więc użyteczne jest posiadanie charakterystyk prądowo-napięciowych I(U) w szerokim zakresie warunków pracy. Panele PV są hermetyzowane, aby uchronić je przed korozją, wilgocią, zanieczyszczeniami i wpływami atmosfery. Obudowy muszą być trwałe, ponieważ oczekuje się, że czas życia paneli fotowoltaicznych wynosił będzie przynajmniej 20-30 lat.
Każdy panel PV składa się z ogniw fotowoltaicznych. Tradycyjne ogniwa fotowoltaiczne mają zwykle wymiary 156 mm x 156 mm, połączone są szeregowo i zależnie od rodzaju jest ich w panelu PV zazwyczaj 60 lub 72. Ogniwa fotowoltaiczne wykonywane są w technologii monokrystalicznej, polikrystalicznej, amorficznej i cienkowarstwowej. Różnice między nimi wynikają z rodzaju materiału użytego do ich produkcji. Ogniwo krzemowe daje napięcie około 0,6 V, co po połączeniu ogniw w szereg daje około 36 V, a ponieważ każde ogniwo fotowoltaiczne oddaje około 9 A prądu, maksymalna moc z panelu PV wynosi około 300 W. Moc jest zależna od technologii wykonania ogniwa fotowoltaicznego. Pojawiają się już technologie i producenci zapowiadający wprowadzenie na rynek paneli PV o mocy 500 W lub 600 W i więcej. Na przykład, Canadian Solar zapowiada produkcję paneli PV o mocy 665 W, zbudowanych ze 132 monokrystalicznych ogniw PERC, o długości boku 210 mm, o wydajności sięgającej \( 21,4\% \) [1].
Panele fotowoltaiczne wytwarzają prąd stały. Natężenie prądu na wyjściu z panelu zależy ściśle od nasłonecznienia. Natężenie prądu można zwiększyć poprzez równoległe połączenie paneli PV w systemie fotowoltaicznym.
Napięcie otrzymywane z panelu PV w niewielkim stopniu zależy od poziomu nasłonecznienia, natomiast można go regulować poprzez szeregowe i równoległe łączenie ogniw fotowoltaicznych w panelu PV. Panele fotowoltaiczne mogą pracować przy napięciu 12 V lub 24 V w instalacji odizolowanej, natomiast, gdy są podłączone do sieci energetycznej przy napięciu 240 V lub więcej.
Budowę panelu fotowoltaicznego można określić jako budowę "kanapkową", czyli taką, która składa się z nakładanych kolejno warstw materiałów i elementów. Produkcję panelu PV zaczyna się od warstwy wierzchniej, czyli od szkła; można powiedzieć, że panel PV składany jest od góry do dołu. Zatem cały proces opisany będzie od górnej warstwy panelu PV, a na jego warstwie dolnej kończąc.
Od góry, czyli od strony słonecznej, przed uszkodzeniami mechanicznymi panel PV chroniony jest hartowaną szybą o grubości 3,2 mm lub 4 mm. Szyba ta zmniejsza też ilość odbitego promieniowania słonecznego, ograniczając straty energii, które powodują zmniejszenie uzyskanej przez panel PV mocy. W celu zmniejszenia odbicia światła pomocne jest wypolerowanie powierzchni szkła, pokrycie jej warstwą przeciwodblaskową lub zastosowanie teksturowania powierzchni.
Z kolei ogniwa krzemowe ( Rys. 1 ) są pokryte warstwą antyrefleksyjną oraz bardzo cienką metalową siatką i wraz z przewodzącymi prąd szynami zbiorczymi (busbarami) są zabezpieczone folią EVA, tworzącą hermetyczną osłonę. Proces wytwarzania został przedstawiony w filmie "Solar cell manufacturing and solar panel production by suntech".

BeFree Green Energy, Solar cell manufacturing and solar panel production by suntech (Proces wytwarzania paneli słonecznych), 01.09.2010 (dostęp 22.12.2020). Dostępne w YouTube: https://youtu.be/fZ1SC-vUe_I.

Na przedniej stronie konwencjonalnych ogniw fotowoltaicznych umieszczona jest elektroda ujemna, którą stanowią cienkie poziome ścieżki (fingers, palce). Palce na bieżąco zbierają ładunki wygenerowane na powierzchni ogniwa fotowoltaicznego, które następnie odbierane są przez szersze pionowe ścieżki, szyny zbiorcze, tzw. busbary. Elektroda dodatnia usytuowana jest na tylnej części ogniwa. Z busbarów prąd przepływa do miedzianej wstążki, która łączy elektrodę ujemną jednego ogniwa z elektrodą dodatnią drugiego. Wstążki umożliwiają więc transport generowanego foto prądu z obszaru jednego ogniwa fotowoltaicznego do następnych ogniw tworzących panel. Dziesięć lat temu wszystkie panele PV były budowane z ogniw fotowoltaicznych zawierających 2 busbary. Obecnie większość paneli fotowoltaicznych bazuje na konstrukcji ogniw fotowoltaicznych zawierających co najmniej 5 busbarów. Zwiększenie liczby busbarów wpływa na podniesienie wydajności ogniw fotowoltaicznych, a także na ich trwałość.
Od dołu szczelność panelu PV zapewnia specjalna folia elektroizolacyjna, tzw. backsheet, która nadaje mu też odpowiedni kolor (najczęściej biały, czarny, lub transparentny). Do usztywnienia całej konstrukcji służy rama aluminiowa. Kolejnym elementem jest puszka przyłączeniowa, z której wychodzą dwa kable zakończone wtyczkami, łączące panele w szeregi.
W tej puszce znajdują się też diody bocznikujące (bypassy) [2]. Diody bocznikujące są niezbędnym elementem panelu fotowoltaicznego, chroniącym oraz usprawniającym jego działanie. Ogniwa fotowoltaiczne połączone są ze sobą szeregowo w kierunku przewodzenia ( Rys. 2 ). Gdyby któreś ogniwo przestało przewodzić, cały panel PV byłby wyłączony z produkcji prądu, ale diody bocznikujące podłączone w kierunku zaporowym umożliwiają obejście niepracującego ogniwa fotowoltaicznego. Redukują też ryzyko uszkodzenia zacienionego ogniwa fotowoltaicznego – przez zacienione (liśćmi, śniegiem) ogniwo prąd przepływa w kierunku przeciwnym, co powoduje znaczące przegrzanie ogniwa fotowoltaicznego.
Przy podłączeniu kilku paneli fotowoltaicznych szeregowo celem zwiększenia napięcia, prąd płynący w obwodzie będzie równy prądowi najsłabszego elementu układu. W przypadku zacieniania jednego z paneli fotowoltaicznych (np. przez komin czy okno wykusza), moc układu radykalnie zmniejszy się. Diody bypass wyłączając z łańcucha zacieniony panel PV, zredukują straty w całej instalacji. Prąd przepływa jak na Rys. 3. Niektóre puszki posiadają specjalny rozłącznik, który rozłączy szereg lub pojedynczy panel PV w razie awarii.

Na Rys. 4 pokazano przykładowe podłączenie trzech i dziesięciu diod bypass, które sprawia, że w trakcie zacienienia części panelu PV, ta część zostaje wyłączona z działania.

Włączenie diod bypass do panelu fotowoltaicznego powoduje podzielenie panelu na 3 części w przypadku włączenia trzech diod bypass i na 10 części w przypadku dziesięciu diod bypass. Taki podział pozwala na wykorzystanie każdej części osobno do produkcji energii elektrycznej niezależnie od stanu pozostałych elementów ogniwa fotowoltaicznego.
W tablicach określających właściwości paneli fotowoltaicznej zwykle są podawane:

• dwie wartości mocy według dwu standardów – moc znamionowa STC (Standard Test Conditions), co oznacza, że test przeprowadzono w warunkach nasłonecznienia AM1.5, o mocy 1000 \( \frac{W}{m^{2}} \) w temperaturze 25 \( _{}^{o}\textrm{C} \) oraz moc w tak zwanych warunkach rzeczywistych NOCT (Normal Operating Cell Temperature) – natężenie nasłonecznienia o widmie AM1.5 800 \( \frac{W}{m^{2}} \), prędkość wiatru \( 1\frac{m}{s} \) w temperaturze otoczenia 20 \( _{}^{o}\textrm{C} \),
• sprawność to wielkość określająca część energii słonecznej, która może zostać przekształcona w energię elektryczną; w przypadku seryjnie produkowanych paneli monokrystalicznych wynosi ona do \( 25\% \),
• wymiary i waga modułów fotowoltaicznych – są zróżnicowane i zależą od producenta; oczywiście im cięższy jest panel PV, tym bardziej obciąża konstrukcję dachu, a im większy, tym więcej zajmuje miejsca,
• współczynnik temperaturowy pozwala określić jaką moc osiągnie moduł w określonej temperaturze; im niższy tym lepiej,
• roczny spadek mocy – z czasem panele PV mogą tracić na sprawności; większość producentów określa sprawność swoich paneli PV na poziomie \( 80\% \) po upływie 25 lat; zwykle panele PV tracą \( 2-3\% \) sprawności w pierwszym roku, a w następnych tracą rocznie od \( 0,3\% \) do \( 0,6\% \) wydajności,
• współczynnik wypełnienia FF (fill factor) – można powiedzieć, że sprawdza jakość ogniwa

• zależność sprawności panelu PV od wielkości nasłonecznienia,
• używa się też stosunku wydajności w warunkach NOCT do STC, jeśli on wynosi 0,8 to znaczy, że panel nadaje się do użycia.

Właściwości te umożliwiają ocenę jakości ogniw fotowoltaicznych, które tworzą panel PV jak i sam panel. Panele PV dzielą się na trzy klasy A, B i C. Panele PV klasy A powinny mieć współczynnik wypełnienia FF powyżej 0,75. Trzeba także wziąć pod uwagę, że nasłonecznienie w Polsce zazwyczaj jest w granicach od 200 \( \frac{W}{m^{2}} \) do 600 \( \frac{W}{m^{2}} \) i uwzględnić to przy planowaniu elektrowni fotowoltaicznej.