פוטו-וולטאי (Photovoltaic) הוא שילוב של שתי מילים "פוטו" שפירושו ביוונית אור ו-"וולטאי" שנגזר מ-"וולט" היחידה למדידת מתח חשמלי. מערכת אנרגיה פוטו וולטאית ממירה אור באופן ישיר לאנרגיה חשמלית ומזרימה אותו לצרכני החשמל או לרשת החשמל הארצית. טכנולוגיה זו מבוססת על תאים פוטו וולטאים העשויים לרוב מסיליקון בטכנולוגיה של ייצור שבבים. תאים פוטו וולטאים מורכבים מסרט מוליך למחצה הנמצא בין שתי אלקטרודות והקרינה הפוגעת בתא יוצרת תנועה של אלקטרונים היוצרים זרם חשמלי.

פעולתו של התא מבוססת על "האפקט הפוטו-וולטאי", שהתגלה בשנת 1839 על ידי המדען הצרפתי אלכסנדר אדמונד בקרל. בשנת 1883 נבנה התא הפוטו-וולטאי הראשון מסלניום מצופה זהב, ובשנת 1954 בנתה חברת בל את הלוח הפוטו וולטאי הראשון העשוי סיליקון. ב-1958 שיגרה ברית המועצות את הלוויין הראשון שעשה שימוש בתאים פוטו-וולטאיים, ובעקבותיה הלכה ארצות הברית.

המורכבות שבייצור תאים אלו וניצולת של פחות מ-15% מהקרינה הפוגעת בתאים היוו חסם עיקרי מפני חדירה רחבה של טכנולוגיה זו לשימוש בשל זמן החזר השקעה ארוך לכיסוי הוצאות הקמת המערכת. ירידה של כ-60% בעלות הייצור של מערכות פוטו וולטאיות מתחילת שנות ה-90 בשילוב עם עלייה בניצולת החשמל של כל תא הפחיתו את זמן החזר ההשקעה והאיצו משמעותית את השימוש בטכנולוגיה.

כיום מיוצרות המערכות הסולאריות הביתיות והמסחריות בטכנולוגיה הפוטוולטאית כאשר תחנות הכוח הסולאריות הגדולות משתמשות לרוב בטכנולוגיה התרמו סולארית המפיקה חשמל בהספקים גדולים יותר.

קיימות מערכות שונות לניצול אנרגיה סולארית פוטוולטאית באחוזים גדלים יותר, למשל מערכות המנצלות מראות המרכזות את אור השמש לקולט בודד. הסרטון הבא מתאר את תהליך הפקת האנרגיה במערכת כזו ע"י מדען אוסטרלי.