Photovoltaik bezeichnet die direkte Umwandlung von Sonnenstrahlung in elektrischen Strom. Es entfallen also jegliche Aufwendungen für die Bereitstellung des Energieträgers, wie z.B. für den Anbau (Biomasse) oder Abbau (z.B. Kohle, Uran), die Aufbereitung, den Transport und die Lagerung. Außerdem benötigt diese Technologie keinen Generator zur Stromerzeugung. Es entfallen also bewegliche Teile, aus denen Wartungsbedarf oder Geräuschbelästigung entstehen könnten. Insgesamt erzeugen Photovoltaik-Anlagen im Betrieb keine Emissionen. Der hohe Energiebedarf zur Herstellung der Solarzellen bedingt jedoch, dass über die Lebensdauer einer Anlage 40 – 100 g/kWh Kohlendioxid ausgestoßen werden (zum Vergleich: Gaskraftwerk um 500 g/kWh, Wind und Nuklear je 10 bis 40 g/kWh). Die Herstellungsenergie wird innerhalb von zwei Jahren durch die Anlage amortisiert.
In der praktischen Anwendung sind die Solarzellen in plattenförmigen Modulen von ca 1,6 m² angeordnet. Ihre Leistung hängt von der Intensität der Sonneneinstrahlung ab. Sie variiert also erheblich in Abhängigkeit von Standort, Sonnenstand und Wetter. Um dennoch eine gleichmäßige Versorgung zu gewährleisten, werden die Anlagen meist so konstruiert, dass Überproduktion in das Verbundnetz eingespeist wird bzw. Fehlbedarf (z.B. nachts) aus dem Netz gedeckt werden kann. Die mögliche Vergütung des eingespeisten Stroms ist in Deutschland durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) geregelt.
Seit ihren ersten Anwendungen, vor allem in der Raumfahrt der 1960ger Jahre, ist die Photovoltaik für erdgebundene Anwendungen entwickelt und erheblich kostengünstiger geworden. Technische Neuerungen und ein intensiver globaler Wettbewerb haben den Preis für Solarzellen in den letzten sechs Jahren auf ein Fünftel gesenkt. Solarstrom ist damit deutlich schneller wirtschaftlich geworden als prognostiziert. Allerdings sind die Module nur noch mit etwa 50% am Endpreis einer Anlage beteiligt.
Im Bereich der Gebäudeversorgung werden Solarzellen zumeist auf Dächern angebracht, aber auch Aufstellungen auf Freiflächen oder z.B. an Fassaden werden vorgenommen. In der Region Usedom ist zur Versorgung eines Einfamilienhauses eine Dachfläche von ca. 20 m² in günstiger Südlage zu veranschlagen, wobei sich die Investitionskosten z.Z. in etwa 11 Jahren amortisieren. Der Zeitraum von Projektierung bis Inbetriebnahme beträgt im Normalfall ca. einen Monat. Die Hersteller geben auf die Module etwa 25 Jahre Garantie, der Wechselrichter muss in dieser Zeit einmal ausgetauscht werden.