A fotovoltaikus napelemek elnyelik a napfény energiáját és elektromos energiává alakítják. A folyamat működéséhez a napfénynek be kell juttatnia a napelem anyagába és felszívódnia, az energiának pedig ki kell jutnia a napelemből. E tényezők mindegyike befolyásolja a napelem hatékonyságát. Néhány tényező azonos a nagy és a kis napelemek esetében, de vannak olyanok, amelyek méretüktől függően változnak. A változó tényezők megkönnyítik a kisebb napelemek hatékonyabb működését, mint nagyobb társaik.
Hatékonyság
A hatékonyság meghatározásának többféle módja van. A legértelmesebb a fogyasztó szempontjából: a megtermelt elektromos energia aránya a teljes napenergia energiájával, amely eltalálja a napelem területét. Sokféle napelem létezik. A multifunkciós cellák nagyon drágák, de 40 százalék körüli hatékonysággal működhetnek. A szilícium cellák hatékonysága 13-18 százalék, míg a "vékony film" sejteknek nevezett más megközelítések 6 és 14 százalék között hatékonyak. A cella anyaga, kialakítása és felépítése sokkal nagyobb hatással van a hatékonyságra, mint a méret.
Fény bejutása
Az első tényező, amely meghatározza a napelem hatékonyságát, az a fénymennyiség, amely bekerül a napelem anyagába. A napelem felületének valamilyen elektromos érintkezéssel kell rendelkeznie az áramkör befejezéséhez és az áramellátáshoz. Ezek az elektródák megakadályozzák, hogy a napfény elérje az elnyelő anyagot. Sajnos nem csak apró elektródákat tehet a napelem szélére, mert akkor túl sok energiát veszít a napelem anyagának ellenállása miatt. Ez azt jelenti, hogy ha van egy nagy napelemed - mondjuk körülbelül 5 hüvelyk négyzet alakú -, akkor több elektróddal kell rendelkezned a felszínen, elzárva a fényt. Ha a napelemed fél hüvelyk és egy hüvelyk közötti, akkor az elektródákkal borított felület kisebb százalékával is megúszhatod.
Fény be, elektronok ki
Amikor a napfény bejut a napelem anyagába, addig halad tovább, amíg kölcsönhatásba nem lép az anyagban lévő elektronnal. Ha az elektron elnyeli a napfény energiáját, akkor lendületet kap. Veszítheti ezt az energiát, ha más elektronokkal ütközik. Leginkább ez nem a napelem méretétől függ. Csak összetételétől és kialakításától függ. Ha azonban az elektronoknak tovább kell menniük a félvezető anyagban, akkor valószínűbb, hogy energiát vesztenek. Ha az elektródák távolságát kicsivé teszi, akkor kevésbé valószínű, hogy az elektron energiát veszít. Mivel a nagyobb cellákat több elektródával tervezték, a távolság végül nagyjából megegyezik, így ez a napelem méretével nem változik túl sokat.
Napelem mérete
Az ellenállás annak mérése, hogy egy elektronnak milyen nehéz átmennie egy áramkörön. Ha minden más egyenlő, akkor a rövidebb távolság alacsonyabb ellenállást eredményez, ez azt jelenti, hogy a kisebb cellák kevesebb energiát pazarolnak és kicsit hatékonyabbak. Annak ellenére, hogy ezek a hatások a kisebb sejteket részesítik előnyben a nagyobbakkal szemben, nagyon kicsi hatással vannak a hatékonyságra. Mivel a napelemek csak akkor válnak igazán hasznossá, amikor együtt vannak, ezért általában érdemes nagyobb cellákat használni, így nem kell annyi összeszerelési munkát elvégezni. A szilícium napelemek általában körülbelül 5 vagy 6 hüvelyk négyzet alakúak, hogy megfeleljenek a nyers szilícium méretének, amelyből építenek. Ezután panelekbe állítják őket néhány lábnyival az oldalon.