พลังงานแสงอาทิตย์ เป็นพลังงานจากธรรมชาติ ที่มีความสะอาดปราศจากมลพิษซึ่งปัจจุบันถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายทั่วโลกเป็นพลังงานทดแทนที่มีศักยภาพสูง สามารถนำมาใช้อย่างไม่หมดสิ้นโดยเฉพาะการผลิตไฟฟ้าด้วยเซลล์แสงอาทิตย์ (solar cell) เนื่องจากมีจุดเด่นที่สำคัญแตกต่างจากการผลิตไฟฟ้าด้วยวิธีอื่นหลายประการ ได้แก่ ไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวในขณะใช้งาน จึงทำให้ไม่มีมลภาวะทางเสียง ไม่ก่อให้เกิดมลภาวะเป็นพิษจากขบวนการผลิตไฟฟ้า มีการบำรุงรักษาน้อยมาก และใช้งานแบบอัตโนมัติได้ง่ายสามารถผลิตไฟฟ้าได้ทุกขนาดและทุกที่โดยประสิทธิภาพคงที่ไม่ขึ้นกับขนาด ที่สำคัญคือแสงอาทิตย์เป็นแหล่งพลังงานที่ได้มาฟรีและมีไม่สิ้นสุดโดยมีข้อจำกัดเพียงเล็กน้อย ได้แก่ความเข้มของพลังงานขาเข้าต่ำ และปริมาณไฟฟ้าที่ได้จะแปรผันตามสภาพอากาศและฤดูกาลที่เปลี่ยนไป

เซลล์แสงอาทิตย์ (Solar Cell) เป็นสิ่งประดิษฐ์ที่สร้างขึ้นในกระบวนการผลิตไฟฟ้าจากการตกกระทบของแสงบนวัตถุที่มีความสามารถในการเปลี่ยนพลังงานแสงเป็นพลังงานไฟฟ้าได้โดยตรงจากปรากฏการณ์โฟโตโวลตาอิก (Photovoltaic Effect) ซึ่งเกิดจากความต่างศักย์ไฟฟ้าภายในสารกึ่งตัวนำที่มีค่าแตกต่างกัน โดยเซลล์แสงอาทิตย์ที่นิยมใช้กันอยู่ในปัจจุบันแบ่งออกเป็น ๒ กลุ่มใหญ่ๆ คือกลุ่มเซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจากสารกึ่งตัวนำประเภทซิลิคอน ซึ่งเป็นสารชนิดเดียวกับที่ใช้ทำชิพในคอมพิวเตอร์และอุปกรณ์ทางอิเล็กทรอนิกส์ ซิลิคอนเป็นสารที่ไม่เป็นพิษ มีมากที่สุดบนโลกชนิดหนึ่ง มีราคาถูกคงทน และเชื่อถือได้ แต่มีข้อเสียคือ การทำให้บริสุทธิ์และอยู่ในรูปสารที่พร้อมจะทำเซลล์แสงอาทิตย์มีราคาแพง และแตกหักง่ายในขบวนการผลิต สามารถแบ่งตามลักษณะของผลึกที่เกิดขึ้นได้เป็น ๒ แบบคือ แบบที่เป็นรูปผลึก (Crystalline) และแบบที่ไม่เป็นรูปผลึก (Amorphous) โดยแบบที่เป็นรูปผลึกจะแบ่งย่อยเป็น ๒ ประเภท ได้แก่ แบบผลึกเดี่ยว (Mono Crystalline) ซึ่งเป็นเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดแรกๆ ที่มีการผลิต และจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ มีลักษณะเป็นแผ่นซิลิคอนหนาประมาณ ๓๐๐ ไมครอน หรือที่เรียกว่า เวเฟอร์ และแบบผลึกรวม (Poly Crystalline) ซึ่งเป็นเซลล์แสงอาทิตย์ที่ได้รับการพัฒนาขึ้น เพื่อลดต้นทุนของแบบผลึกเดี่ยว โดยยังคงคุณสมบัติและประสิทธิภาพการใช้งานใกล้เคียงกับแบบผลึกเดี่ยวมากที่สุด ซึ่งโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ส่วนใหญ่ในประเทศไทยจะนิยมใช้เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดนี้ ส่วนแบบที่ไม่เป็นรูปผลึก ได้แก่ ชนิดฟิล์มบางอะมอร์ฟัสซิลิคอน ( Amorphous หรือ Thin Film) เป็นเทคโนโลยีใหม่ที่ได้รับการคิดค้นและพัฒนาขึ้นเพื่อประหยัดต้นทุนและเวลาในการผลิต เนื่องจากเป็นฟิล์มบางเพียง ๐.๕ ไมครอน เคลือบลงบนแผ่นกระจกหรือแผ่น Stainless Steel ที่งอโค้งได้ จึงมีน้ำหนักเบามาก และมีความยืดหยุ่นกว่าแบบผลึก แต่มีประสิทธิภาพต่ำกว่า และเสื่อมสภาพในใช้งานเร็วกว่าแบบที่เป็นรูปผลึกอีกกลุ่มหนึ่งเป็นเซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจากสารกึ่งตัวนำอื่นๆ เช่น แกลเลียมอาร์เซไนต์ (GaAs) แคดเมียมเทลลูไรด์ (CdTe) และ คอปเปอร์อินเดียมไดเซเลไนต์ ( CIS) มีทั้งชนิดผลึกเดี่ยว และผลึกรวม ซึ่งมีประสิทธิภาพสูงถึง ร้อยละ ๒๕ ขึ้นไป โดยแกลเลียมอาร์เซไนต์มีประสิทธิภาพสูงที่สุด แต่มีราคาสูงมากจึงนำไปใช้งานสำหรับดาวเทียมและระบบรวมแสงเป็นส่วนใหญ่ อย่างไรก็ตาม การพัฒนากระบวนการผลิตสมัยใหม่จะทำให้เซลล์แสงอาทิตย์กลุ่มนี้มีราคาถูกลง และสามารถนำมาใช้มากขึ้นในอนาคต

แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่ผลิตขึ้นจากเซลล์แสงอาทิตย์เพียงเซลล์เดียวจะมีค่าต่ำมาก การนำมาใช้งานจะต้องนำหลายๆ เซลล์ มาต่อกันแบบอนุกรมเพื่อเพิ่มค่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าให้สูงขึ้น เซลล์ที่นำมาต่อกันในจำนวนและขนาดที่เหมาะสมเรียกว่า แผงเซลล์แสงอาทิตย์ (Solar Module หรือ Solar Panel) โดยด้านหน้าของแผงเซลล์ ประกอบด้วย แผ่นกระจกที่มีส่วนผสมของเหล็กต่ำ ซึ่งมีคุณสมบัติในการยอมให้แสงผ่านได้ดี และยังเป็นเกราะป้องกันแผ่นเซลล์อีกด้วย แผงเซลล์จะต้องมีการป้องกันความชื้นที่ดีมาก เนื่องจากจะต้องอยู่กลางแดดกลางฝนเป็นเวลายาวนาน ในการประกอบจะต้องใช้วัสดุที่มีความคงทนและป้องกันและต้องทำกรอบด้วยวัสดุที่มีความแข็งแรง เพื่อป้องกันแผ่นกระจกด้านบนของแผงเซลล์ ยกเว้นมีการเสริมความแข็งแรงของแผ่นกระจกให้เพียงพอดังนั้นแผงเซลล์จึงมีลักษณะเป็นแผ่นเรียบ(laminate) ซึ่งสะดวกในการติดตั้งโครงสร้างที่สำคัญของเซลล์แสงอาทิตย์มีลักษณะเหมือนกับไดโอดทั่วไป โดยโครงสร้างที่นิยมมากที่สุด ได้แก่ รอยต่อพีเอ็นของสารกึ่งตัวนำ (P-N Junction) ประกอบด้วยรอยต่อระหว่างวัสดุสารกึ่งตัวนำต่างชนิดกันสองชั้นได้แก่ สารกึ่งตัวนำชนิดพี เป็นขั้วบวก และสารกึ่งตัวนำชนิดเอ็นเป็นขั้วลบ ซึ่งสารกึ่งตัวนำที่นิยมใช้ คือ ซิลิคอน โดยนำมาถลุง และผ่านกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ผลิตให้เป็นแผ่นบางบริสุทธิ์ แล้วทำให้เป็นผลึก จากนั้นนำมาผ่านกระบวนการแพร่ซึมสารเจือปนเพื่อสร้างรอยต่อพีเอ็น โดยเมื่อเติมสารเจือโบรอน เพื่อทำให้เป็นวัสดุขาดอิเล็กตรอนอิสระ ทำให้เกิดช่องว่างเรียกว่า โฮล และการขาดอิเล็กตรอนทำให้ส่วนนี้เทียบได้กับอนุภาคประจุบวก จะเป็นสารกึ่งตัวนำชนิดพี (เพราะนำไฟฟ้าด้วยโฮลซึ่งมีประจุบวก) และเมื่อเติมสารเจือฟอสฟอรัส เพื่อทำให้เกิดอิเล็กตรอนส่วนเกินจะเป็นสารกึ่งตัวนำชนิดเอ็น (เพราะนำไฟฟ้าด้วยอิเล็กตรอนซึ่งมีประจุลบ) ดังนั้น เมื่อนำสารกึ่งตัวนำชนิดพีและเอ็นมาต่อกัน จะเกิดรอยต่อพีเอ็นขึ้น เมื่อมีแสงอาทิตย์ตกกระทบเซลล์แสงอาทิตย์ จะเกิดการสร้างพาหะนำไฟฟ้าประจุลบและบวกขึ้น ได้แก่ อิเล็กตรอนและ โฮล โครงสร้างรอยต่อพีเอ็นจะทำหน้าที่สร้างสนามไฟฟ้าภายในเซลล์ มีลักษณะเหมือนกับสนามไฟฟ้าสถิต เพื่อแยกพาหะนำไฟฟ้าชนิดอิเล็กตรอนไปที่ขั้วลบ และพาหะนำไฟฟ้าชนิดโฮลไปที่ขั้วบวก (ปกติที่ฐานจะใช้สารกึ่งตัวนำชนิดพี ขั้วไฟฟ้าด้านหลังจึงเป็นขั้วบวกส่วนด้านรับแสงใช้สารกึ่งตัวนำชนิดเอ็น ขั้วไฟฟ้าจึงเป็นขั้วลบ) ทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าแบบกระแสตรงที่ขั้วไฟฟ้าทั้งสอง เมื่อต่อให้ครบวงจรไฟฟ้าจะเกิดกระแสไฟฟ้าไหลขึ้นและจะให้พลังงานไฟฟ้าอย่างต่อเนื่อง ตราบเท่าที่ยังมีแสงอาทิตย์ตกกระทบเซลล์ ทั้งนี้กำลังไฟฟ้าของเซลล์แสงอาทิตย์ต้องอาศัยทั้งแรงดันและกระแสไฟฟ้า โดยที่กระแสไฟฟ้าเกิดขึ้นเมื่อมีการไหลของอิเล็กตรอน และแรงดันไฟฟ้าเป็นผลมาจากสนามไฟฟ้าภายในบริเวณรอยต่อพีเอ็น

ระบบการผลิตกระแสไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์ นอกจากแผงเซลล์แสงอาทิตย์แล้ว ยังมีอุปกรณ์ประกอบที่สำคัญ ได้แก่เครื่องควบคุมการประจุ (Charge Controller) ทำหน้าที่ประจุกระแสไฟฟ้าที่ผลิตได้เข้าสู่แบตเตอรี่รวมถึงการจ่ายกระแสไฟฟ้าออกจากแบตเตอรี่ด้วย แบตเตอรี่ (Battery) ทำหน้าที่เก็บพลังงานไฟฟ้าที่ผลิตได้ไว้ใช้เวลาที่ต้องการและเครื่องแปลงกระแสไฟฟ้า (Inverter) ทำหน้าที่แปลงพลังงานไฟฟ้าจากกระแสตรง (DC) ที่ผลิตได้ ให้เป็นพลังงานไฟฟ้ากระแสสลับ (AC)

การติดตั้งแผงเซลล์อาทิตย์ในการผลิตกระแสไฟฟ้าที่นิยมใช้กันอยู่เวลานี้มี ๒ ประเภท ได้แก่ การติดตั้งแบบอยู่กับที่ (Fixed system) ซึ่งเป็นการติดตั้งแผงแบบระบุตำแหน่งชัดเจนโดยการคำนวณจากข้อมูลเฉลี่ยของระดับความเข้มของแสงในแต่ละพื้นที่ เพื่อกำหนดองศาของการติดตั้งแผงเพื่อรับแสงอาทิตย์ได้อย่างมีประสิทธิภาพที่สุด มีจุดด้อย คือได้รับค่าพลังงานจากแสงอาทิตย์ได้ดีเพียงบางช่วงเวลา เนื่องจากดวงอาทิตย์มีการเคลื่อนที่อยู่ตลอดจึงทำให้ประสิทธิภาพการใช้งานของแผงเซลล์แสงอาทิตย์ไม่เต็มศักยภาพ แต่มีข้อดี คือต้นทุนในการติดตั้งไม่สูงมากนัก อีกทั้งดูแลรักษาง่าย และการติดตั้งแบบหมุนตามดวงอาทิตย์ (Tracking system) เพื่อให้แผงเซลล์อาทิตย์สามารถเคลื่อนที่ตามดวงอาทิตย์ได้อย่างอัตโนมัติ เพื่อรับความเข้มของแสงได้สูงสุดตลอดวัน โดยการหมุนจะถูกควบคุมด้วยระบบเซ็นเซอร์หรือการตั้งเวลา โดยตัวแปรสำคัญที่มีส่วนทำให้เซลล์แสงอาทิตย์มีประสิทธิภาพการทำงานในแต่ละพื้นที่ต่างกันและใช้ในการพิจารณานำไปใช้ในแต่ละพื้นที่ตลอดจนการคำนวณระบบหรือจำนวนแผงที่ต้องใช้ในแต่ละพื้นที่ ได้แก่ ความเข้มของแสงเนื่องจากกระแสไฟ (Current) จะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความเข้มของแสง ในขณะที่แรงดันไฟฟ้าแทบจะไม่แปรไปตามความเข้มของแสงมากนัก และอุณหภูมิ โดยกระแสไฟไม่แปรตามอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงไป แต่แรงดันไฟฟ้าจะลดลงเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ซึ่งโดยเฉลี่ยแล้วทุกๆ ๑ องศาที่เพิ่มขึ้น จะทำให้แรงดันไฟฟ้าลดลงร้อยละ ๐.๕ ซึ่งมีผลทำให้กำลังไฟฟ้าสูงสุดของแผงเซลล์แสงอาทิตย์ลดลงด้วย

ด้วยกระแสการตื่นตัวกับสภาวะโลกร้อนที่ต้องการลดปริมาณการปล่อยก๊าซเรือนกระจก ประกอบกับประเทศไทยต้องการลดการพึ่งพาการนำเข้าพลังงานจากต่างประเทศอีกทั้งศักยภาพการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ของประเทศไทยมีค่อนข้างมากด้วยภูมิประเทศที่อยู่ในเส้นศูนย์สูตร ทำให้ได้รับพลังงานแสงอาทิตย์โดยเฉลี่ยทั้งปีสูงกว่าเขตอื่นๆ ของโลก แต่เนื่องจากที่ผ่านมาต้นทุนการก่อสร้างโรงไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์มีราคาสูง ต่อมาระยะหลังเทคโนโลยีมีการพัฒนามากขึ้น ต้นทุนการก่อสร้างจึงลดลงมาก ทำให้การผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ในประเทศไทยมีอนาคตสดใสแน่นอน