La tecnologia fotovoltaica (FV) consente di trasformare direttamente la luce solare in energia elettrica..

 Essa sfrutta il cosiddetto effetto fotovoltaico che è basato sulle proprietà di alcuni materiali semiconduttori (fra cui il silicio, elemento molto diffuso in natura) che, opportunamente trattati, sono in grado di generare elettricità se colpiti dalla radiazione solare, senza quindi l'uso di alcun combustibile. Il dispositivo più elementare capace di operare una tale conversione è la cella fotovoltaica (circa 10 cm2) che è in grado di erogare tipicamente da 1 a 1,5 W di potenza quando è investita da una radiazione di 1000 W/m2 (condizioni standard di irraggiamento). Più celle assemblate e collegate in serie tra loro in un'unica struttura formano il modulo fotovoltaico. 

Un metro quadrato di moduli produce una energia media giornaliera tra 0,4 e 0,6 kWh, in funzione dell'efficienza di conversione e dell'intensità della radiazione solare.

Un insieme di moduli, connessi elettricamente tra loro, costituisce il campo FV che, insieme ad altri componenti meccanici, elettrici ed elettronici, consente di realizzare i sistemi FV. Il sistema FV, nel suo insieme, capta e trasforma l'energia solare disponibile e la rende utilizzabile per l'utenza sotto forma di energia elettrica. La sua struttura può essere molto varia a seconda del tipo di applicazione. Una prima distinzione può essere fatta tra sistemi isolati (stand-alone) e sistemi collegati alla rete (grid connected). Nei sistemi isolati, in cui la sola energia è quella prodotta dal FV, accanto al generatore, occorre prevedere un sistema di accumulo (in genere costituito da batterie simili a quelle utilizzate per le auto e dal relativo apparecchio di controllo e regolazione della carica) che è reso necessario dal fatto che il generatore FV può fornire energia solo nelle ore diurne, mentre spesso la richiesta maggiore si ha durante le ore serali (illuminazione o apparecchi radio-TV). E' opportuno prevedere quindi un dimensionamento del campo FV in grado di permettere, durante le ore di insolazione, sia l'alimentazione del carico, sia la ricarica delle batterie di accumulo. Poiché l'energia prodotta dal generatore FV è sotto forma di corrente continua (CC), qualora si debbano alimentare apparecchi che funzionino con corrente alternata (CA), è necessario introdurre nel sistema un dispositivo elettronico, detto inverter, che provvede alla conversione da corrente CC a CA. Nei sistemi collegati alla rete l'inverter è sempre presente mentre, al contrario degli impianti stand-alone, non è previsto il sistema di accumulo in quanto l'energia prodotta durante le ore di insolazione viene immessa nella rete; viceversa, nelle ore notturne il carico locale viene alimentato dalla rete. Un sistema di questo tipo è, sotto il punto di vista della continuità di servizio, più affidabile di un sistema isolato. Quest'ultimo può tuttavia essere integrato con una fonte tradizionale, come, ad esempio, il diesel (sistema ibrido diesel-FV). I sistemi FV offrono grandi vantaggi ambientali, in quanto non producono emissioni chimiche, termiche o acustiche. Essi, inoltre, non hanno parti in movimento e sono, quindi, affidabili e a bassa manutenzione.

I costi di acquisto ed installazione di un sistema FV sono molto elevati:  per impianti di piccole dimensioni (con potenza di picco tra i 5 kW ed i 100 kW), il costo è intorno a  15 MilioniLire per kW di picco  installato.

ESEMPIO: I consumi domestici elettrici di una famiglia (illuminazione, elettrodomestici, TV, escluso lo scaldabagno) , sono pari a circa 10 kWh/giorno. Ipotizzando una media di 2 ore/giorno di buona insolazione, è necessario installare una potenza di 5 kW  (40 m2 di moduli) ed un sistema di accumulo adeguato.

Le tecnologie per utilizzare l'energia solare per produrre calore sono di tre tipi: a bassa, media ed alta temperatura.
Le tecnologie a bassa temperatura comprendono i sistemi che usano un pannello solare per riscaldare un liquido o l'aria, con lo scopo di trasferire il calore solare per produrre acqua calda o riscaldare gli edifici.
Il rendimento dei pannelli solari è aumentato del 30 % nell'ultimo decennio, rendendo varie applicazioni nell'edilizia, nel terziario e nell'agricoltura commercialmente mature e competitive. Nel mondo sono installati oltre 30 milioni di metri quadri di pannelli solari di cui 3 milioni nell'Unione europea.
In Italia l'applicazione dei pannelli solari per scaldare l'acqua è poco diffusa. Fino ad oggi sono stati installati circa 20.000 m2 contro i più di 100.000 m2 installati in Austria.

Normalmente  un impianto solare ( produzione di acqua calda sanitaria) è composto da un circuito primario, costituito da una tubazione d’acqua che assorbe  calore nel collettore solare,  e da un circuito secondario, che riceve tale calore, tramite uno scambiatore posto nel sistema di accumulo (boiler). Il circuito primario può essere a circolazione naturale ed in questo caso il collettore solare deve essere posto ad un livello più basso del sistema di accumulo.

L’efficienza di un collettore solare dipende non solo dalla struttura del collettore, ma principalmente dalla differenza tra la temperatura dell’acqua all’interno del collettore e la  temperatura dell’ ambiente esterno.

Un buon collettore solare, in climi temperati ed in giornate limpide, può raggiungere un efficienza del 60%-70%.

I costi di un impianto solare di piccole dimensioni, includendo il sistema di accumulo e di regolazione, possono stimarsi intorno ai 2 Milioni di lire per kW di picco (termico)  installato.

ESEMPIO: I consumi di acqua calda sanitaria di una famiglia media , sono pari a circa 200 litri/giorno. Ipotizzando una media di 2 ore/giorno di buona insolazione, è necessario installare una superficie di pannelli di circa 4 m2, corrispondenti ad una potenza termica di picco di circa 3 kW.

Il costo corrispondente dell’ impianto è valutabile in 6 Milioni di lire.

Le tecnologie a media e alta temperatura sono relative a sistemi con pannelli a concentrazione parabolici, lineari o puntuali. I concentratori parabolici lineari sono utilizzati in un impianto di oltre 350 MW costruito in California. Impianti con collettori parabolici puntuali o a disco sono stati sviluppati in Germania, Stati Uniti, Israele e Australia. I recenti sviluppi tecnologici fanno prevedere un rilancio applicativo di questa tecnologia sia per la generazione di energia elettrica sia per la produzione di calore di processo per l'industria chimica.
In Italia, l'esperienza di maggior rilievo nel solare termico a media temperatura è stata realizzata agli inizi degli anni ottanta con la costruzione della grande centrale solare di Adrano,  in provincia di Catania. L'impianto, chiamato Eurelios, era costituito da una torre centrale alla sommità della quale era posta la caldaia riscaldata dalla radiazione riflessa da un campo di specchi. La centrale aveva la potenza di 1 MW.