Η φωτοβολταϊκή ενέργεια παράγεται όταν το ηλιακό φως μετατρέπεται σε ενέργεια με τη χρήση ηλιακών κυψελών ή ημιαγωγών. Αυτά τα ημιαγώγιμα στοιχεία είναι συνήθως κατασκευασμένα από πυρίτιο και δεν περιέχουν διαβρωτικά υλικά ή κινούμενα μέρη. Όσο οι ηλιακές κυψέλες είναι εκτεθειμένες στο φως, θα παράγουν φωτοβολταϊκή ενέργεια με ελάχιστη συντήρηση. Αυτή η ενέργεια είναι επίσης περιβαλλοντικά καθαρή, αθόρυβη και ασφαλής.
Ο όρος «φωτοβολταϊκά» έχει δύο μέρη: φωτογραφία, μια ελληνική λέξη που σημαίνει φως, και βολταϊκό, μια αναφορά στον καινοτόμο της ηλεκτρικής ενέργειας Alessandro Volta. Το 1839, ο Γάλλος φυσικός Edmond Becquerel ανακάλυψε το φωτοβολταϊκό φαινόμενο, την παραγωγή ενός βολτ με τη χρήση ενός ημιαγωγού. Αυτή η ανακάλυψη προκάλεσε περαιτέρω πειραματισμούς με πηγές φωτός και ημιαγωγούς, που οδήγησαν στην εφεύρεση ηλιακών κυψελών που παράγουν φωτοβολταϊκή ενέργεια.
Τα μεμονωμένα ηλιακά κύτταρα, που ονομάζονται και φωτοβολταϊκά στοιχεία, κατασκευάζονται σε διαφορετικά σχήματα και μεγέθη. Μερικές φορές χρειάζεται μόνο ένα στοιχείο για την τροφοδοσία μιας συσκευής, αλλά τις περισσότερες φορές πολλές κυψέλες συνδέονται μεταξύ τους για να σχηματίσουν ηλιακούς συλλέκτες ή μονάδες. Αυτές οι μονάδες μπορούν στη συνέχεια να συνδεθούν για να δημιουργήσουν φωτοβολταϊκές συστοιχίες που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την τροφοδοσία μικρών κτιρίων ή μεγάλων συγκροτημάτων. Η προκύπτουσα έξοδος φωτοβολταϊκής ενέργειας εξαρτάται από το μέγεθος της συστοιχίας. Το μέγεθος μπορεί να ποικίλλει, ανάλογα με την ποσότητα του διαθέσιμου ηλιακού φωτός και την ποσότητα ενέργειας που απαιτείται.
Παρόλο που η ισχύς εξόδου ενός φωτοβολταϊκού συστήματος εξαρτάται από τη συνολική ποσότητα έκθεσης στο φως, θα εξακολουθεί να παράγει ενέργεια σε ημέρες με συννεφιά ή συννεφιά. Για την αποθήκευση αυτής της ενέργειας για μεταγενέστερη μετάδοση, μια ποικιλία συστημάτων αποθήκευσης είναι διαθέσιμα στους καταναλωτές. Τα περισσότερα αξιόπιστα συστήματα αποθήκευσης χρησιμοποιούν έναν συνδυασμό επαναφορτιζόμενων μπαταριών και πυκνωτών αποθήκευσης ενέργειας, μερικοί από τους οποίους μπορούν να σχεδιαστούν για εναλλασσόμενο ή συνεχές ρεύμα.
Η διαθέσιμη ποσότητα ενέργειας τις συννεφιασμένες μέρες και τη νύχτα σε ένα φωτοβολταϊκό ενεργειακό σύστημα εξαρτάται από την ενέργεια εξόδου των φωτοβολταϊκών μονάδων και τη διάταξη της μπαταρίας. Η προσθήκη πρόσθετων μονάδων και μπαταριών θα αυξήσει τη διαθέσιμη ισχύ, αλλά θα αυξήσει και το κόστος του συστήματος. Για καλύτερα αποτελέσματα, πρέπει να διεξαχθεί μια διεξοδική ανάλυση των αναγκών έναντι του κόστους, προκειμένου να δημιουργηθεί ένας σχεδιασμός συστήματος που θα εξισορροπεί το κόστος και την ανάγκη με την ευκολία χρήσης. Τα συστήματα που είναι καλά σχεδιασμένα προσφέρουν την ευκαιρία για επέκταση ή μείωση καθώς αυξάνονται ή μειώνονται οι ενεργειακές ανάγκες.
Η φωτοβολταϊκή ενέργεια αναδεικνύεται ως βιώσιμη λύση σε ενεργειακά προβλήματα παγκοσμίως. Οι τρέχουσες χρήσεις του περιλαμβάνουν σταθμούς παραγωγής ενέργειας, μεταφορές, αγροτικές παροχές ηλεκτρικής ενέργειας και ηλιακούς δρόμους. Αν και απέχει πολύ από το να γίνει η κύρια πηγή ενέργειας στον κόσμο, η συνεχιζόμενη έρευνα για τη φωτοβολταϊκή ενέργεια μπορεί να φέρει την υπόσχεση της ελπίδας στο μέλλον.