La energía solar fotovoltaica es una fuente de energía que produce electricidad de origen renovable, obtenida directamente a partir de la radiación solar mediante un dispositivo semiconductor denominado célula fotovoltaica,​ o bien mediante una deposición de metales sobre un sustrato denominada célula solar de película fina.

Este tipo de energía se usa principalmente para producir electricidad a gran escala a través de redes de distribución, aunque también permite alimentar innumerables aplicaciones y aparatos autónomos, así como abastecer refugios de montaña o viviendas aisladas de la red eléctrica. Debido a la creciente demanda de energías renovables, la fabricación de células solares e instalaciones fotovoltaicas ha avanzado considerablemente en los últimos años.​ Comenzaron a producirse en masa a partir del año 2000, cuando medioambientalistas alemanes y la organización Eurosolar obtuvo financiación para la creación de diez millones de tejados solares.

Programas de incentivos económicos, primero, y posteriormente sistemas de autoconsumo fotovoltaico y balance neto sin subsidios,  han apoyado la instalación de la fotovoltaica en un gran número de países.​ Gracias a ello, la energía solar fotovoltaica se ha convertido en la tercera fuente de energía renovable más importante en términos de capacidad instalada a nivel global, después de las energías hidroeléctrica y eólica. A finales de 2018 la potencia total instalada en todo el mundo alcanzó los 500 GW de potencia fotovoltaica, y solo en 2018 se instalaron 100 GW.​

La energía fotovoltaica no emite ningún tipo de polución durante su funcionamiento, contribuyendo a evitar la emisión de gases de efecto invernadero. Su principal desventaja consiste en que su producción depende de la radiación solar, por lo que si la célula no se encuentra alineada perpendicularmente al Sol se pierde entre un 10-25 % de la energía incidente. Debido a ello, en las plantas de conexión a red se ha popularizado el uso de seguidores solares para maximizar la producción de energía.​ La producción se ve afectada asimismo por las condiciones meteorológicas adversas, como la falta de sol, nubes o la suciedad que se deposita sobre los paneles.​ Esto implica que para garantizar el suministro eléctrico es necesario complementar esta energía con otras fuentes de energía gestionables como las centrales basadas en la quema de combustibles fósiles, la energía hidroeléctrica o la energía nuclear.

Gracias a los avances tecnológicos, la sofisticación y la economía de escala, el coste de la energía solar fotovoltaica se ha reducido de forma constante desde que se fabricaron las primeras células solares comerciales,​ aumentando a su vez la eficiencia, y logrando que su coste medio de generación eléctrica sea ya competitivo con las fuentes de energía convencionales​ en un creciente número de regiones geográficas, alcanzando la paridad de red.​ Actualmente el coste de la electricidad producida en instalaciones solares se sitúa entre 0,05-0,10 $/kWh en Europa, China, India, Sudáfrica y Estados Unidos. En 2015, se alcanzaron nuevos récords en proyectos de Emiratos Árabes Unidos (0,0584 $/kWh), Perú (0,048 $/kWh) y México (0,048 $/kWh). En mayo de 2016, una subasta solar en Dubái alcanzó un precio de 0,03 $/kWh.

También se emplea la fotovoltaica para alimentar instalaciones de bombeo para sistemas de riego, agua potable en áreas rurales y abrevaderos para el ganado,​ o para sistemas de desalinización de agua.​

Sistemas de bombeo

Los sistemas de bombeo fotovoltaico (al igual que los alimentados mediante energía eólica) son muy útiles allí donde no es posible acceder a la red general de electricidad o bien supone un precio prohibitivo.​ Su coste es generalmente más económico debido a sus menores costes de operación y mantenimiento, y presentan un menor impacto ambiental que los sistemas de bombeo alimentados mediante motores de combustión interna, que tienen además una menor fiabilidad.

Las bombas utilizadas pueden ser tanto de corriente alterna (AC) como corriente continua (DC). Normalmente se emplean motores de corriente continua para pequeñas y medianas aplicaciones de hasta 3 kW de potencia, mientras que para aplicaciones más grandes se utilizan motores de corriente alterna acoplados a un inversor que transforma para su uso la corriente continua procedente de los paneles fotovoltaicos. Esto permite dimensionar sistemas desde 0,15 kW hasta más de 55 kW de potencia, que pueden ser empleados para abastecer complejos sistemas de irrigación o almacenamiento de agua.



Fotovoltaica integrada en edificios

Muchas instalaciones fotovoltaicas se encuentran a menudo situadas en los edificios: normalmente se sitúan sobre un tejado ya existente, o bien se integran en elementos de la propia estructura del edificio, como tragaluces, claraboyas o fachadas.

Alternativamente, un sistema fotovoltaico también puede ser emplazado físicamente separado del edificio, pero conectado a la instalación eléctrica del mismo para suministrar energía. En 2010, más del 80 % de los 9000 MW de fotovoltaica que Alemania tenía en funcionamiento por entonces, se habían instalado sobre tejados.

La fotovoltaica integrada en edificios (BIPV, en sus siglas en inglés) se está incorporando de forma cada vez más creciente como fuente de energía eléctrica principal o secundaria en los nuevos edificios domésticos e industriales,​ e incluso en otros elementos arquitectónicos, como por ejemplo puentes.​ Las tejas con células fotovoltaicas integradas son también bastante comunes en este tipo de integración.

Según un estudio publicado en 2011, el uso de imágenes térmicas ha demostrado que los paneles solares, siempre que exista una brecha abierta por la que el aire pueda circular entre los paneles y el techo, proporcionan un efecto de refrigeración pasiva en los edificios durante el día y además ayudan a mantener el calor acumulado durante la noche.

Fotovoltaica de conexión a red
Una de las principales aplicaciones de la energía solar fotovoltaica más desarrollada en los últimos años, consiste en las centrales conectadas a red para suministro eléctrico,​ así como los sistemas de autoconsumo fotovoltaico, de potencia generalmente menor, pero igualmente conectados a la red eléctrica.

Electrificación rural
En entornos aislados, donde se requiere poca potencia eléctrica y el acceso a la red es difícil, las placas fotovoltaicas se emplean como alternativa económicamente viable desde hace décadas. Para comprender la importancia de esta posibilidad, conviene tener en cuenta que aproximadamente una cuarta parte de la población mundial todavía no tiene acceso a la energía eléctrica.

En los países en desarrollo, muchos pueblos se encuentran situados en áreas remotas, a varios kilómetros de la red eléctrica más próxima. Debido a ello, se está incorporando la energía fotovoltaica de forma creciente para proporcionar suministro eléctrico a viviendas o instalaciones médicas en áreas rurales. Por ejemplo, en lugares remotos de India un programa de iluminación rural ha provisto iluminación mediante lámparas LED alimentadas con energía solar para sustituir a las lámparas de queroseno. El precio de las lámparas solares era aproximadamente el mismo que el coste del suministro de queroseno durante unos pocos meses​ Cuba y otros países de Latinoamérica están trabajando para proporcionar energía fotovoltaica en zonas alejadas del suministro de energía eléctrica convencional. Estas son áreas en las que los beneficios sociales y económicos para la población local ofrecen una excelente razón para instalar paneles fotovoltaicos, aunque normalmente este tipo de iniciativas se han visto relegadas a puntuales esfuerzos humanitarios​