انرژی فتوولتایک تبدیل نور خورشید به الکتریسیته از طریق یک سلول فتوولتاتیک (PV Cell) است که به‌طورمعمول یک سلول خورشیدی نامیده می‌شود. سلول خورشیدی یک ابزار غیر مکانیکی است که معمولاً از ترکیبات سیلیکون ساخته‌شده است.
نور خورشید از فوتون‌ها یا بسته‌های انرژی خورشیدی تشکیل‌شده است. این فوتون‌ها مقادیر متغیر انرژی را شامل می‌شوند و مشابه طول‌موج‌های متفاوت طیف‌های نوری هستند. وقتی فوتون‌ها به یک سلول فتوولتاتیک برخورد می‌کنند، ممکن است منعکس شوند، مستقیم از میان آن عبور کنند، یا جذب شوند که فقط فوتون‌های جذب‌شده انرژی را برای تولید الکتریسیته فراهم می‌کنند. وقتی‌که نور خورشید به میزان کافی توسط جسم نیمه‌رسانا جذب شود، الکترون‌ها در اتم‌های آن جابجا می‌شوند. خواص سطحی جسم نیمه‌رسانا باعث می‌شود یک سمت سلول برای الکترون‌های آزاد بیشتر پذیرش را داشته باشد؛ بنابراین الکترون‌ها به‌طور طبیعی به آن سطح مهاجرت می‌کنند. زمانی که الکترون‌ها موقعیت n را ترک می‌کنند حفره‌هایی از عدم وجود الکترون شکل می‌گیرد. تعداد الکترون‌ها زیاد است و هرکدام یک‌بار منفی را حمل می‌کنند و به‌طرف سطح سلول می‌روند، درنتیجه عدم توازن بار بین سطوح جلویی و عقبی یک اختلاف‌پتانسیل مشابه قطب‌های مثبت و منفی باطری ایجاد می‌کند.
سلول فتوولتاتیک قطعه اصلی یک سیستم PV است. سلول‌های تکی می‌توانند در اندازه‌هایی حدود ۱ تا ۱۰ سانتیمتر مربع تولید شوند؛ که توان ۱ یا ۲ وات تولید می‌کنند. این انرژی برای بیشتر کاربردها کافی نیست و برای اینکه بازده انرژی را افزایش دهیم، سلول‌ها به‌طور سری و موازی در یک پنل به یکدیگر مرتبط می‌شوند. چندین پنل می‌توانند به یکدیگر مرتبط شده و یک آرایه تشکیل دهند. اصطلاح آرایه به‌کل صفحه انرژی اطلاق می‌شود که ممکن است از یک یا چند هزار پنل ساخته‌شده باشد.
شرایط آب‌وهوایی (همانند ابر و مه) تأثیر مهمی روی انرژی خورشیدی دریافت شده توسط یک آرایه pv و راندمان کارکرد آن دارد. فنّاوری پنل‌‌های فتوولتاتیک راندمانی در حدود ۱۰ درصد در تبدیل انرژی خورشید به انرژی الکتریکی دارد.
موفقیت pvs در فضا کاربردهای تجاری برای فنّاوری pvs تولید کرد. ساده‌ترین سامانه‌های فتوولتاتیک انرژی تعداد زیادی از ماشین‌حساب‌های کوچک و ساعت‌های مچی که روزانه مورداستفاده قرار می‌گیرد را تأمین می‌کند و سامانه‌های پیچیده‌تر، الکتریسیته لازم برای پمپاژ آب، انرژی ابزارهای ارتباطی و حتی الکتریسیته برای خانه‌هایمان را فراهم می‌کنند.
تبدیل انرژی توسط سلول‌های فتوولتاتیک چندین مزیت دارد: تبدیل نور خورشید به الکتریسیته به‌طور مستقیم صورت می‌گیرد بنابراین از سامانه‌های مکانیکی با حجم زیاد استفاده نمی‌شود. شکل پنل ی سامانه‌های فتوولتاتیک این اجازه را می‌دهد که به‌طور سریع آرایه‌ها در هراندازه موردنیاز نصب و استفاده شوند. همچنین تأثیرات زیست‌محیطی یک سیستم فتوولتاتیک حداقل است و نیاز به آب ندارد. سلول‌های فتوولتاتیک، همانند باتری‌ها، جریان مستقیم (dc) را تولید می‌کنند که به‌طور عمومی برای کاربردهای کوچک قابل‌استفاده است (ابزار الکترونیک). برای استفاده در شبکه‌های الکتریکی بایستی جریان مستقیم به متناوب (AC) تبدیل شود. Inverter ها دستگاه‌هایی هستند که جریان مستقیم را به جریان متناوب تبدیل می‌کنند و اغلب از PVS درجاهای دور برای تولید الکتریسیته استفاده می‌شود.
مصارف و کاربردهای فتوولتایک:
مصارف فضانوردی و تأمین انرژی موردنیاز ماهواره‌ها جهت ارسال پیام، روشنایی خورشیدی، سیستم تغذیه‌کننده یک واحد مسکونی، سیستم پمپاژ خورشیدی، سیستم تغذیه‌کننده ایستگاه‌های مخابراتی و زلزله‌نگاری، کاربردهای روزمره، نیروگاه‌های فتوولتایک، یخچال‌های خورشیدی، سیستم تغذیه‌کننده پرتابل یا قابل‌حمل و …
