Photovoltaik wandelt die von der Sonne auf die Erde treffende Energie in Strom um. Hierzu nutzt sie den von Einstein beschriebenen photovoltaischen Effekt.

Photovoltaik-Anlagen bestehen aus miteinander verschalteten Solarzellen. Diese wiederum setzen sich aus speziellen Halbleiterbauelementen zusammen. Je nach Halbleiter variiert der Wirkungsgrad. Eine polykristalline Zelle erreicht ca. 10 Prozent, eine monokristalline bis zu 20 Prozent.

Der Wirkungsgrad der kompletten Anlage beschreibt das Verhältnis der abgegebenen elektrischen Leistung zur eingestrahlten solaren Leistung. In Deutschland können Photovoltaik-Anlagen zwischen 900 und 1.000 kWh je kWp Ertrag bringen.

Wenn der Installateur die Anlage auslegt, muss er darauf achten, dass sie möglichst den ganzen Tag über verschattungsfrei bleibt. Er sollte sie optimal nach der Sonne ausrichten und den richtigen Neigungswinkel einstellen. Dann erzielt die Anlage den höchstmöglichen Ertrag.

Photovoltaik-Anlagen können vielfältig eingesetzt werden. Zwei grundsätzliche Betriebsarten sind möglich:

1.  Netzgekoppelte Anlagen

Bei netzgekoppelten Anlagen wird der erzeugte Strom direkt in das öffentliche Netz eingespeist. Dieser Strom kann in vollem Umfang abgeführt werden. In dem Gebäude, auf dem die Photovoltaik-Anlage installiert ist, muss also kein Strom verbraucht werden. Deshalb benötigt die netzgekoppelte Anlage keinen zusätzlichen Speicher und kann immer im optimalen Betriebspunkt gefahren werden.

2.  Inselanlagen

Inselanlagen sind netzunabhängige Photovoltaik-Anlagen. Sie können überall schnell installiert werden und benötigen keinen Netzanschluss. Inselanlagen sind mittlerweile in Kombination mit Kleingeräten weit verbreitet, zum Beispiel in Park- und Fahrscheinautomaten, Notrufsäulen und Straßenleuchten. Inselsysteme versorgen auch netzferne Häuser, Bergstationen und Siedlungen mit Strom.

Durch das EEG (Erneuerbare-Energien-Gesetz) sind Photovoltaik-Anlagen wirtschaftlich interessanter geworden. Den Betreibern der Anlagen wird über einen Zeitraum von 20 Jahren ein fester Vergütungssatz für eingespeisten Strom gewährt. Für eine Photovoltaik-Anlage bis 30 kWp, die 2009 auf einem Gebäude installiert wurde, ist beispielsweise eine Einspeisevergütung von 43,01 Cent/kWh garantiert. Für größere Anlagen fällt die Vergütung etwas geringer aus. Die Mindestvergütung wird jedes Jahr für neu installierte Anlagen um 5 Prozent gesenkt, bleibt dann aber für eine realisierte Anlage über 20 Kalenderjahre konstant.

Netzgekoppelte Anlagen haben den Vorteil, dass sie den gesamten erzeugten Strom einspeisen können. Bei Inselanlagen kann der Strom hingegen nur so lange genutzt werden, wie er entweder verbraucht wird oder der meist vorhandene Speicher noch geladen werden kann.