A napelemek olyan szilárdtest eszközök, amelyek a fénysugárzás energiáját közvetlenül villamos energiává alakítják. Az energiaátalakítás alapja, hogy a fény elnyelődésekor mozgásképes töltött részecskéket generál, amelyeket az eszközben az elektrokémiai potenciálok, illetve az elektronkilépési munkák különbözőségéből adódó beépített elektromos tér rendezett mozgásra kényszerít.
A napelemek alapanyaguktól és technológiájuktól függően különböző hatásfokkal képesek villamos energiát termelni. A hatásfok (η, "eta") százalékosan fejezi ki, hogy a napelem mennyi napenergiát alakít át elektromos energiává. A hatásfokot a következő képlet szerint számítják:
η = Pm/ E * Ac
Ahol:
- Pm: a fényelem által leadott maximális teljesítmény,
- E: a napsugárzás energiája (W/m2),
- Ac: a napelem felülete (m2)
A celláról levehető maximális teljesítményt a cella üres járási feszültsége és rövidzárási árama határozza meg. A napelem hatásfokának meghatározásánál fontos paraméter a félvezető anyag tilos sávjának nagysága.
A hatásfokot a környezeti és a konstrukcióval összefüggő tényezők egyaránt befolyásolják. A környezeti tényezők közül a hőmérséklet a legfontosabb, de ide lehet sorolni a cella felületének tisztaságát és a megvilágítás erősségét is.
A monokristályos napelemek hatásfoka 16% körüli, megfelelő kábelezés esetén minimális a teljesítményveszteség. A hálózatra visszatápláló inverterek 95% körüli hatásfokúak, a hálózatra visszatápláló rendszer hatásfoka pedig durván 14,5%.
