Tα φωτοβολταϊκά συστήματα, που ονομάζονται συχνά και ηλιακές κυψέλες, είναι η εφαρμογή του φωτοβολταικού φαινομένου, σύμφωνα με το οποίο ορισμένα υλικά παράγουν ηλεκτρικό ρεύμα όταν εκτίθενται στο φως και έτσι είναι δυνατή η άμεση μετατροπή της ηλιακής ακτινοβολίας σε ηλεκτρική τάση.

Τις πιο απλές μορφές αυτής της τεχνολογίας τις βρίσκουμε στους υπολογιστές τσέπης (κομπιουτεράκια) και στα ρολόγια χεριού.

Η ενέργεια που παίρνουμε  από τον ήλιο μεταδίδεται μέσω της ηλιακής ακτινοβολίας και έχει την μορφή μικρών πακέτων ενέργειας που ονομάζονται φωτόνια.  Όταν λοιπόν φωτόνια προσκρούουν  σε ένα φωτοβολταικό στοιχείο ή ανακλώνται, ή το διαπερνούν, ή απορροφόνται . Τα φωτόνια που απορροφόνται παράγουν και ηλεκτρικό ρεύμα γιατί αναγκάζουν τα ηλεκτρόνια του φωτοβολταικού να κινηθούν προς άλλη θέση. Και όπως γνωρίζουμε, ηλεκτρικό ρεύμα είναι η προσανατολισμένη κίνηση ηλεκτρονίων.

Με πολύ απλά λόγια η λειτουργία των φωτοβολταικών έχει σαν βάση της την άμεση παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας απευθείας από την ηλιακή ακτινοβολία.