S fotonapetostnimi sistemi pretvarjamo sončno energijo v električno brez toplotnih strojev. Solarne celice so izdelane iz silicija, ki mu dodajo 5 valentni fosfor (ustvari prosti elektron, n-tip Si) in 3 valentni bor (ustvari vrzel, p-tip Si) – dobimo dva sloja, od katerih ima en sloj višek elektronov, drugi sloj pa višek vrzeli.
Tanka sloja n- in p- silicija združimo, razlika v elektronih in vrzelih na obeh straneh povzroči, da se med slojema ustvari napetostno polje − napetostna bariera (ta je ‘odgovorna’ za potrebno napetost U, ker je električna moč enaka P = U x I). Za opravljanje dela na električnem stroju potrebujemo moč, ki je produkt toka in napetosti.
Pri združitvi tankih n- in p- silicijevih slojev dobimo napetostno bariero ali električno napetost. Za električni tok pa skrbijo fotoni, ki svojo energijo prenesejo na elektrone v atomu silicija. Fotoni ločijo elektrone od jedra, tako da za seboj pustijo (električno) vrzel. Napetostna ovira elektrone usmeri v zunanji električni vodnik, preko katerega se kasneje združijo z nastalimi vrzelmi.
Večje kot je sončno sevanje, več prostih elektronov nastane in večji je električni tok oziroma moč sončne celice. Sončne celice se povezane v module, moduli pa v fotonapetostne sisteme. Največ sončnih celic je izdelanih iz silicija (85 %), ki je drugi najbolj pogost kemijski element v Zemeljski skorji. Sončne celice imajo še vedno relativno nizko učinkovitost, ker znamo izkoristiti le del razpoložljivih fotonov (10 do 15 %).
Ločimo več vrst fotonapetostnih sistemov:
• Neposredne foto-voltaične sisteme: sončne celice so priključene neposredno na porabnike. Sistem je uporaben le pri jasnem vremenu (na primer prezračevanje, ki se prilagaja, ali črpanje vode v obstoječi rezervoar, …)
• Neposredne foto-voltaične sisteme: sončne celice so priključene neposredno na porabnike. Sistem je uporaben le pri jasnem vremenu (na primer prezračevanje, ki se prilagaja, ali črpanje vode v obstoječi rezervoar, …)
• Foto-voltaične sisteme: z baterijami električna energija se shranjuje v bateriji. Foto-voltaičnem sistemu dodamo polnilnik, ki ima vgrajen varnostni sistem za preprečitev prekomernega polnjenja in s tem izgubo elektrolita, korozijo in poškodbo elektrod.
Posledica tega je lahko prekomerno praznjenje baterije in s tem krajša življenjska doba baterij.
• Sisteme z razsmernikom in tansformatorjem sistema: je zanimiv zaradi možne uporabe standardnih naprav AC, ~230V in zaradi manjšega preseka vodnikov.
Razsmernik je lahko samostojna enota, ki je povezana z moduli sončnih celic, baterijami in porabniki.
• Foto-voltaične elektrarne: foto-voltaična elektrarna je sistem, ki je prek razsmernika in transformatorja povezan na javno električno omrežje.