Die Photovoltaik (auch Fotovoltaik) beschreibt ein technisches Verfahren zur Erzeugung von Strom. Als Energiequelle dient Lichtstrahlung, die hauptsächlich in Form von Sonnenenergie genutzt wird. Theoretisch können auch künstliche Lichtstrahlen aus technischen Geräten wie etwa Laser in der Photovoltaik genutzt werden. Die Umwandlung von Sonnenenergie in elektrischen Strom geschieht mithilfe von Solarzellen, die an Gebäuden ebenso angebracht werden können wie an freien Flächen in der Landschaft, zum Beispiel in einer Wiese.

Eine Photovoltaik-Anlage funktioniert mit Solarzellen, die aus mehreren Schichten Silizium bestehen. Jede Schicht weist unterschiedliche Eigenschaften der elektrischen Leitfähigkeit auf. Daran bilden sich elektrische Felder, die bei Lichteinstrahlung über Metallkontakte eine Spannung aufbauen. Jedes Mal, wenn Sonnenlicht auf die Solarzellen trifft, entsteht ein Spannungsfeld, was zu einem Gleichstromfluss führt. Meist sind Photovoltaik-Anlagen an Gebäuden netzgekoppelt. Der in den Solarzellen erzeugte Gleichstrom kann daher in einem sogenannten Wechselrichter, der das System steuert, in Wechselstrom umgewandelt werden. Dieser wird im Anschluss ins Stromnetz eingespeist. Der ebenfalls als wichtiges Element der Anlage installierte Stromzähler erfasst regelmäßig den Ertrag der elektrischen Energie.

 
Moderne Solarzellen werden überwiegend aus mono- sowie multikristallinem mit einem geringen Anteil an amorphem Silizium hergestellt. Sie werden meist parallel zur Fläche von Dächern mit einem Neigungswinkel zwischen zwanzig und fünfzig Grad angebracht. Sowohl bei Modulen an Dächern als auch auf freien Flächen ergibt sich durch eine Neigung von dreißig Grad ein maximaler Ertrag. Grundsätzlich ist auch auf Flachdächern eine Installation möglich, allerdings findet bei einer Neigung von unter fünfzehn Grad durch die Niederschläge keine ausreichende Reinigung der Module statt. Diese müssen dann von Hand gesäubert werden. Deutlich weniger Ertrag bringen Anlagen, die an südseitigen Fassaden großer Gebäude angebracht werden. Dafür können fassadenintegrierte Module gleichzeitig als Sonnenschutz vor großen Fenstern oder als Bauteile genutzt werden. In jedem Fall muss vor der Installation beachtet werden, dass es durch andere Gebäude, SAT-Anlagen, Rauchfänge, Bäume und Laub nicht zu einer Verschattung kommt. Schatten kann die Einwirkung der Sonnenenergie teilweise behindern und dadurch zu erheblichen Ertragsverlusten führen.

Photovoltaik wird auf der ganzen Welt eingesetzt, um elektrische Energie in Form von Solarstrom zu gewinnen. Anlagen mit Solarzellen können auf unterschiedlich großen Häusern ebenso angebracht werden wie an Lärmschutzwänden, im Freiland und an öffentlichen Automaten. Auch moderne Taschenrechner funktionieren oft mithilfe von kleinen eingebauten Solarzellen.

Grundsätzlich liefert direkte Sonneneinstrahlung den besten Ertrag, es kann jedoch auch diffuses, das heißt durch Wettereinflüsse gestreutes Sonnenlicht genutzt werden, um Solarstrom zu erzeugen. Sonnenenergie zählt zu den erneuerbaren Energien und steht kostenlos und in vielen Ländern massenhaft zur Verfügung. Als saubere Energiequelle ist die Nutzung von Sonnenlicht zur Stromerzeugung mit vergleichsweise geringen CO2-Emissionen verbunden, da keine Verbrennung fossiler Energieträger vonnöten ist. Durch Photovoltaik gewonnene elektrische Energie fällt daher unter den Begriff Ökostrom und gilt als äußerst umweltfreundlich. Problematisch ist die Tatsache, dass für die Fertigung der Solarmodule teilweise giftige Materialien zum Einsatz kommen. Die Hersteller arbeiten jedoch seit Jahren daran, diese durch gesundheitlich unbedenkliche Stoffe zu ersetzen.

Photovoltaik-Anlagen haben eine durchschnittliche Lebensdauer von etwa dreißig Jahren und sind mit einem geringen Aufwand an Wartungsarbeiten verbunden. Abgesehen von der vergleichsweise teuren Installation und gegebenenfalls dem Austausch des Wechselrichters fallen daher kaum weitere Kosten an. Seit dem Jahr 1995 ist der weltweite Einsatz von Photovoltaik-Anlagen jährlich um etwa dreißig Prozent gestiegen. Das Verfahren ermöglicht Besitzern solcher Anlagen wirtschaftliche Unabhängigkeit von steigenden Strompreisen und von Energieanbietern. Zu bedenken ist jedoch, dass die Stärke des Sonnenlichts saison-, wetter- und tageszeitenabhängig ist. In Zeiten schwacher Strahlung geht die Stromversorgung daher rapide zurück.