Zasada działania paneli fotowoltaicznych jest wbrew pozorom dość prosta, systemy fotowoltaiczne składają się z wielu modułów fotowoltaicznych, które z kolei składają się z fotokomórek lub ogniw słonecznych.
Padające światło słoneczne zamienia się w elektryczność w ogniwach słonecznych. Światło składa się z fotonów, nośników promieniowania elektromagnetycznego. Foton, zwany także lekkim kwantem lub cząstką światła, nie ma masy, lecz energię. Energia ta jest odpowiedzialna za fakt, że gdy foton uderza w półprzewodniki lub metale, elektrony są uwalniane ze struktur i w ten sposób mogą się swobodnie poruszać. Ogniwo słoneczne jest elementem elektronicznym, który składa się z warstw półprzewodnikowych różnego rodzaju. Zazwyczaj jest to krzem o wysokiej czystości, który został specjalnie zanieczyszczony innymi pierwiastkami chemicznymi. Tworzy to warstwę z brakiem elektronów i warstwę z nadmiarem elektronów. Tam, gdzie stykają się dwie warstwy, powstaje warstwa graniczna, do której migrują elektrony, aby skompensować brak. Ładunek jest przesuwany wraz z elektronami, a komórka zawiera biegun dodatni i ujemny. Jeśli fotony uderzą w warstwę graniczną, elektrony są aktywowane i migrują do bieguna dodatniego. Jeśli obwód jest zamknięty między dwiema warstwami, może płynąć prąd, energia światła jest przekształcana bezpośrednio w energię elektryczną. Pojedyncze ogniwo słoneczne zapewnia niską moc elektryczną. Dlatego wiele ogniw słonecznych jest połączonych szeregowo lub równolegle z modułem. Cienkie, delikatne ogniwa słoneczne w module są chronione wzmocnionymi szybami.
Łącząc kilka modułów słonecznych, moc, a tym samym ilość energii słonecznej, którą można wytworzyć, można system skutecznie rozbudowywać.
Zasadniczo komponenty fotowoltaiczne zawsze wytwarzają prąd stały, większość domowych urządzeń elektrycznych zasilanych jest prądem przemiennym. Przetwarzanie prądu stałego na przemienny jest zadaniem falownika, zwanego również podajnikiem sieciowym. Oprócz modułów słonecznych i falownika podbudowa, okablowanie, połączenia elektryczne i liczniki do rozliczeń należą do systemu fotowoltaicznego. System fotowoltaiczny można również rozszerzyć o system zarządzania energią, który kontroluje zużycie oraz system magazynowania energii elektrycznej. Dlatego coraz popularniejsza jest fotowoltaika Ełk ale także inne miasta montują na swoim terenie tego rodzaju rozwiązania.