A napelem olyan fotovillamos elem, amely a Nap sugárzási energiáját közvetlenül alakítja át villamos energiává. Másképp megfogalmazva egy olyan eszköz, ami képes hasznosítani a nap energiáját: a napsugarak a földre érve energiát adnak át, ezt a napelem felfogja és energiává alakítja.

A napelem energiaátalakítása a félvezető alapanyagban játszódik le. Az alapja, hogy a fény elnyelődésekor mozgásképes töltött részecskéket generál, amelyeket az eszközben az elektrokémiai potenciálok, illetve az elektron kilépési munkák különbözőségéből adódó beépített elektromos tér rendezett mozgásra kényszerít. Az alapelv, ami alapján a nap energiáját hasznosítani tudja, a fotovoltaikus hatás.

A napelemek alapanyaga félvezető. A félvezető réteg a napelem azon része, ami az elektromos energiát képes vezetni, vagyis többnyire a szilícium.

Ha két eltérő anyag határát fény éri, akkor ott feszültség keletkezik. Elektron-lyukpárok keletkeznek a p-n csatlakozás környezetében a beeső sugárzás hatására. Ekkor a töltések szétválnak, s így létrejön a fotofeszültség.

A napelem által megtermelt energiát fel lehet használni fűtésre, világításra és elektromos eszközök meghajtására.

A cikk a következő típusokat különbözteti meg: monokristályos, polikristályos, vékonyrétegű (amorf) és hibrid napelem. A monokristályos napelem egyetlen szilíciumtömbből készül, amit vékony, nyolcszögletű szeletekre vágnak. A polikristályos több kisebb kristályból áll, négyzetes tömbökként öntik, majd darabolják és összeforrasztják. A vékonyrétegű (amorf) napelem néhány nagyon vékony rétegből épül fel.

A hibrid napelem rendszer a hálózatra visszatápláló és a szigetüzemű rendszerek előnyeit ötvözi: napelemekkel termel, a felesleget akkumulátorban tárolja, de szükség esetén a hálózattal is kommunikál (visszatáplál vagy onnan vesz). Így egyszerre élvezhető a saját termelés, az áramkimaradás elleni védelem és a hálózat biztonsága.

A szigetüzemű rendszerek önálló rendszerben működő napelem rendszerek. Nem kapcsolódnak hálózathoz, így leadni sem tudják a megtermelt energiát. Minden energiát felhasználnak vagy rövidebb ideig tárolják akkumulátorokban. Ideális olyan helyeken, ahol nem lehet bevezetni az elektromos áramot, például tanyákon.

Azt mutatja meg, hogy az ideális 25 C˚-os hőmérséklethez képest mennyivel növekszik a napelem hőmérséklete. Ez az ideális hőmérséklet, alatt teljesít a legjobban a napelem. Ha ettől negatív vagy pozitív irányban eltér a hőmérséklet, akkor csökkenhet a teljesítménye.

Az a teljesítmény adat, amit a gyártók meghatároznak az adott napelemre vonatkozóan, Watt mértékegységben. Ezt a legideálisabb körülmények között határozzák meg, tehát a valós, használat közbeni teljesítmény eltérhet ettől.

A fajlagos teljesítmény a valós energiatermelés és a névleges teljesítmény hányadosa.

Azt határozza meg, hogy 1 m² napelem felület mennyi energiát képes előállítani. Másképp fogalmazva, mennyi veszteség keletkezik, amikor elektromos energiává alakítja a napenergiát.

A watt peak (Wp) egy mérőszám, ami egy napelem legjobb teljesítményét mutatja ideális körülmények között.

A felszerelt, üzembe helyezett napelem aktuális hőmérsékletére vonatkozik. Fontos adat, mert ha a napelem hőmérséklete eltér az ideálistól, akkor a teljesítménye romlik.

A napkollektor a napenergia felhasználásával közvetlenül meleg víz előállítására alkalmas szerkezet. A napelem ezzel szemben villamos energiát állít elő a Nap sugárzási energiájából.

A napelemet fotovoltaikus cellának is lehet hívni.