Photovoltaik bezeichnet die direkte Umwandlung von Sonnenlicht in Strom. Heute ist der Anblick von Photovoltaik-Anlagen an Dächern oder Fassaden fast schon alltäglich. Ihre installierte Leistung ist in den letzten Jahren nicht zuletzt durch die Förderung des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) stark gestiegen und ihr Anteil an der Stromerzeugung soll auch weiterhin wachsen, gilt Photovoltaik doch als eine Schlüsseltechnologie einer zukünftigen klimaverträglichen Stromversorgung.

Eine Solaranlage besteht aus vielen Solarzellen, die zu einem Solarmodul   zusammengefasst werden. In Solarzellen  –lichtdurchfluteten Halbleiterbauelementen – wird das einfallende Sonnenlicht unter Ausnutzung des photovoltaischen Effekts in Elektrizität umgewandelt: Photonen mit geeigneter Energie lösen dabei in Halbleitern negativ geladene Elektronen aus dem Atomverbund und bewirken so einen Stromfluss.

Diese Halbleiter beruhen weltweit zu 95 Prozent auf Basis von Silizium . Es wird unterschieden in (mono- oder poly-) kristalline Zellen, bei denen aus Siliziumkristallblöcken die Wafer gesägt werden sowie amorphe Dünnschichtzellen, die nur wenige tausendstel Millimeter dick und deren Atome völlig ungeordnet sind. Kristalline Zellen (Marktanteil: 88 Prozent) haben den Vorteil eines hohen elektrischen Wirkungsgrades und eines gut handhabbaren Herstellungsprozesses.

Nachteile sind der hohe Energiebedarf bei der Siliziumschmelze (ca. 1.500 °C) sowie Materialverluste beim Sägen der Wafer. Dünnschichtzellen dagegen benötigen bei der Herstellung weniger Energie und Material und lassen sich direkt als Großflächen in fast beliebigen Geometrien produzieren. Allerdings erreichen sie nur einen etwa halb so hohen Wirkungsgrad wie kristalline Zellen.

Da die Solarzellen Gleichstrom produzieren, muss dieser vor einer Netzeinspeisung oder ggf. bei einer Nutzung in Wechselstrom benötigenden Elektrogeräten umgewandelt werden. Diese Funktion übernimmt ein so genannter Wechselrichter . Soll der Gleichstrom direkt genutzt werden, müssen die Verbrauchsgeräte dementsprechend ausgelegt sein.

Ist kein Anschluss an das öffentliche Stromnetz vorhanden, wird der Solarstrom in einem Akkumulator gespeichert und von dort für den Verbrauch entnommen (Off-grid- bzw. Inselanlage ). Der Einsatz von Inselsystemen lohnt zum Beispiel in abgelegenen Gebieten, in denen die Verlegung eines Stromanschlusses kostenintensiver wäre als der Bau einer Photovoltaik-Anlage. Darüber hinaus eignen sich Off-grid-Anlagen auch für die Stromversorgung für Anwendungen mit einem geringen Strombedarf , die dann unabhängig vom Stromnetz installiert werden können.

Mit der Einführung des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG)  im Jahr 2000 ist die Zahl der in Deutschland installierten Solarmodule in den letzten zehn Jahren sprunghaft gestiegen. Waren vor Einführung des EEG lediglich 32 MWp Leistung installiert, so waren es im Jahr 2009 bereits 8.877 MWp. 2009 betrug die Menge des photovoltaisch produzierten Stroms 6,2 TWh. Der Anteil an der deutschen Stromerzeugung lag damit erstmals bei über einem Prozent.