Das Umwandeln der Sonnenenergie in elektrische Energie wird durch den photovoltaischen Effekt beschrieben. Notwendig ist ein Halbleiter wie bspw. Silizium, der auf der Welt in gebundener Form mit Sauerstoff reichlich vorhanden ist.
Für die Herstellung von Solarzellen muss sehr viel Energie aufgewendet werden, denn das benötigte reine Silizium muss bei einer Temperatur von 2000°C aus dem Rohstoff Quarzsand gewonnen werden.
Die wesentlichen verwendeten Halbleiter in einer Solarzelle sind folgende: monokristallines, amorphes und polykristallines Silizium. Neben den elementaren Halbleitern können auch organische Halbleiter verwendet werden.
Eine Solarzelle, auch Wafer bezeichnet, hat heutzutage eine Dicke von 0,2 Millimeter. Sogenannte Dünnschichtsolarzellen aus amorphem Silizium haben eine Dicke von tausendstel Millimetern.
Der Wirkungsgrad beschreibt, wie viel der eintreffenden Sonnenenergie in Elektrizität umgewandelt werden kann. Die Wirkungsgrade von Solarzellen liegen zwischen 7% und 22%.
Eine weitere Kenngröße, die Photovoltaikmodule beschreibt, ist die Strom-Spannungs-Kennlinie. Der prinzipielle Verlauf ist für alle Solarmodule ähnlich. Die maximale Leistung eines Solarmoduls kann mit dieser Kennlinie erreicht werden.
Photovoltaische Anlagen können mit dem Netz gekoppelt sein, d.h. der erzeugte Strom wird ins Netz eingespeist und vergütet, oder als Inselanlage funktionieren. In diesem Fall wird der erzeugte Strom in einer Batterie zwischengespeichert. Parkscheinautomaten werden bspw. mit einer Solaranlage versorgt und nicht am Netz angeschlossen. Gebiete, die fern von einem Netzanschluss sind, können mit photovoltaischen Inselanlagen meistens kostengünstiger versorgt werden als mit kilometerlangen Stromleitungen.