Die Zelle besteht aus Silizium. Siliziumatome bestehen aus dem Atomkern und Elektronen, die sich um den Atomkern bewegen. Der Atomkern ist positiv geladen, die Elektronen negativ. Trifft Sonnenlicht in Form von Lichtquanten (Photonen) auf die Solarzelle, werden Elektronen freigesetzt. Um diese freien Elektronen nutzen zu können, werden sie durch die spezielle Bearbeitung der Zellen, zu einer gerichteten Bewegung (Elektronenfluss) gezwungen.

Dazu wird bei der Herstellung der Solarzellen das hochreine Silizium gezielt mit Bor verunreinigt (p-dotiert). In die dem Sonnenlicht zugewandte Seite werden Phosphoratome eingebracht (n-dotiert). An der Grenzschicht (pn-Übergang) entsteht ein elektrisches Feld, das seinen Minuspol im p-dotierten, seinen Pluspol im n-dotierten Bereich hat. Elektronen werden so nach der Ablösung aus den Siliziumatomen in Richtung n-Dotierung abgezogen. Die dadurch entstehende Fehlstelle (Loch) wandert in entgegengesetzte Richtung.

Der pn-Übergang sorgt somit für eine elektrische Spannung durch Elektronenüberschuss auf der Sonnenseite und Elektronenmangel auf der Rückseite. Wird an die Pole ein Verbraucher angeschlossen, fließt Strom. Die durch die Photonen freigewordenen Elektronen wandern vom Minus- zum Pluspol, man spricht von einem Stromfluss vom Plus- zum Minuspol.

Im Gegensatz zu mechanischer Stromerzeugung, z. B. durch einen Fahrraddynamo, gibt es in einer Solarzelle keine mechanisch bewegten Teile, wodurch ihre Lebensdauer theoretisch unbegrenzt ist.

Optimale Ausrichtung

In Südrichtung und mit etwa 30 bis 35 Grad Neigung zur Horizontalen bringt der Solargenerator in Deutschland im Jahresmittel die höchsten Stromerträge. Aber selbst bei deutlichen Abweichungen davon (Südwest bis Südost, Neigung von 25 bis 55 Grad) lohnt sich die Installation einer Solarstromanlage.

Die Grafik veranschaulicht die Ertragseinbuße, wenn der Solargenerator nicht optimal angebracht werden kann. Eine geringere Neigung ist günstiger, wenn der Solargenerator nicht nach Süden ausgerichtet werden kann. So bringt eine Photovoltaik-Anlage mit 30º Neigung selbst bei 45º Südwestausrichtung noch knapp 95% des optimalen Ertrages. Und selbst bei Ost- oder Westausrichtung kann noch mit 85% gerechnet werden, wenn die Dachneigung zwischen 25 und 40º liegt.

Im Winter wäre zwar ein größerer Winkel günstiger, aber die Anlage bringt zwei Drittel ihres Ertrages im Sommerhalbjahr. Bei Dachneigungen zwischen 25 und 40º und Abweichungen von bis zu 45º aus der Südausrichtung ist der Minderertrag vernachlässigbar gering. Demgegenüber sollte ein Anstellwinkel kleiner als 20 Grad vermieden werden, da dann die Verschmutzung des Solargenerators zunimmt. Weil Photovoltaik-Anlagen relativ große Dachflächen benötigen, soll die Generatorfläche manchmal auf verschiedene Dachflächen aufgeteilt werden. Wenn diese Flächen unterschiedliche Ausrichtung und Neigung haben, muss jeder Solargenerator für sich mit einem eigenen Netzeinspeisegerät betrieben werden, um eine optimale Anpassung und damit Ertrag zu erzielen. Unterscheidet sich jedoch nur die Neigung, ist dies nicht unbedingt erforderlich.

Schatten vermindert den Energieertrag. Der Solargenerator muss so platziert und dimensioniert werden, dass die Einflüsse von schattenwerfenden Nachbargebäuden, Bäumen, Stromleitungen usw. gering bleiben. Dabei ist zu berücksichtigen, dass im Lauf von zwanzig Jahren Nachbargrundstücke bebaut bzw. bepflanzt werden könnten.

Zwischen der Modulfläche und Kaminen oder anderen Schattenverursachern auf dem Süddach sollten große Abstände verbleiben. Antennen und ähnliche bewegliche Hindernisse sollten auf der anderen Dachhälfte angebracht werden.