Sončna energija je izraz, ki opisuje različne načine pridobivanja energije iz sončne svetlobe. Predstavlja enega izmed mnogih obnovljivih virov energije, ki dolgoročno obeta velik potencial za proizvodnjo elektrike. Človeštvo sončno energijo izrablja že stoletja, bolj intenzivno pa zadnje desetletje, ko se je začelo zavedanje o omejenosti drugih virov energije in vplivov na okolje. Za razliko od klasičnega pridobivanja elektrike je sončna energija čista, obnovljiva in nima škodljivega vpliva na okolje. Več o sončni energiji in ostalih obnovljivih virih energije ter njihovi uporabi v praksi si lahko preberete tukaj.

Sonce oddaja energijo zaradi stalne jedrske fuzije, pri kateri se vodik spreminja v helij. Vodik tvori približno 60 %, helij približno 35 %, vsi drugi elementi pa približno 5 % celotne mase sonca. Jedrska fuzija se dogaja v notranjosti sonca pri temperaturah (15–20).106 K in tlakih 1011 barov. Pri tem se na račun energije stalno zmanjšuje masa za približno 5.109 kg/s. Sončno sevanje je elektromagnetno sevanje črnega telesa pri temperaturi 5760 K z valovnimi dolžinami od okrog 0,25 µm (ultravijolično sevanje) do okrog 3 µm (infrardeče sevanje). Gostota sončnega sevanja je najmočnejša pri valovni dolžini okrog 0,5 µm, ki leži v vidnem spektru sevanja (svetloba) in pripada zeleni barvi. Sevanje na zemljo sestavljajo direktno (neposredno od sonca) in difuzno sevanje (posredno »odbito« od različnih delcev), pri čemer se razmerje med njima spreminja glede na položaj točke na zemlji, letni čas in glede na vremenske razmere. Sončno sevanje je trajen vir energije, ki ga narava izkorišča od samih začetkov. Letna količina sončne energije, ki pade na Zemljo, presega osem tisočkrat letne svetovne potrebe po primarni energiji. Pretvorba energije se zgodi ob vpadu sončnega sevanja na sprejemnik. Rastline s fotosintezo pretvarjajo sončno energijo v kemično (biomasa), solarni kolektorji v toploto, sončne celice pa pretvarjajo sončno energijo neposredno v električno energijo.

Za razumevanje pretvorbe sončne energije opisujemo sevanje s pretokom fotonov kot nedeljivih kvantnih delcev brez mase, a z gibalno količino in točno določeno energijo. Sončno sevanje je sestavljeno iz množice fotonov različnih energij. Porazdelitev fotonov glede na njihovo energijo (oziroma valovno dolžino) imenujemo sončni spekter, ki daje spektralno gostoto sevanja. Človeško oko zaznava le del sončnega spektra kot vidno sevanje oziroma kot tako imenovano svetlobo.

Za praktično izrabo sončne energije je pomembno poznavanje količine in tipa vpadnega sevanja na zemeljsko površino. Gostota moči sončnega sevanja se stalno spreminja glede na čas dneva, vremenske razmere in letni čas. Gostoto moči sevanja merimo v vatih na kvadratni meter [W/m2]. Energijo sevanja, to je integrirano moč prek določene časovne periode, imenujemo obsevanje in jo podajamo v vatnih urah na kvadratni meter [Wh/m2]. Gostota moči sončnega sevanja nad zemeljsko atmosfero je med 1.325 in 1.420 W/m2. Povprečje tega zunajzemeljskega sončnega sevanja znaša 1.367 W/m2 .

Letna količina sončne energije, ki pade na Zemljo, presega osem tisočkrat letne svetovne potrebe po primarni energiji. Del te energije se v okviru naravnega cikla s fotosintezo pretvori v biomaso. Človeštvo pa izkorišča ta vir za proizvodnjo toplote in elektrike. Proizvodnja elektrike
Fotovoltaika je proces pretvorbe sončne energije neposredno v električno energijo. Proces pretvorbe je čist, zanesljiv in potrebuje le svetlobo, kot edini vir energije. Za pretvorbo sončne energije v električno energijo se uporabljajo fotonapetostni moduli. Proizvodnja elektrike iz fotovoltaičnih sistemov je okolju prijazna, saj ne povzroča emisij, hrupa in vizualno ni moteča.

Naprave so t. i. sončne celice (PV – angl. photovoltaics) in temeljijo na ustvarjanju električne napetosti na osnovi fotoefekta. Fotoefekt je ustvarjanje prostih elektronov z energijo svetlobe. Fotoni svojo energijo predajo elektronom, ki se zato lahko osvobodijo vezi z atomskim jedrom in postanejo prosto gibljivi. Elektrone lahko usmerimo in tako nastane električni tok.  

Najbolj pogoste dimenzije so PV moduli približne širine 100 cm in približne višine 200 cm. Ponudniki na trgu ponujajo izdelavo modulov tudi po meri glede na zahteve naročnika, kar pa pomeni višjo ceno modulov. Posamezni moduli standardnih dimenzij monokristalnih celic imajo vršno moč med 350 in 400 W, polikristalni moduli pa med 300 in 350 W na posamezen modul. 

Najboljše delovanje domače sončne elektrarne dosežemo v primeru, da module namestimo na južni del strehe z naklonom od 30° do 35°, vendar tudi odstopanje nima večjega vpliva na končno proizvodnjo. Izgube pri postavitvi mikro sončne elektrarne na naklon strehe od 15° do 40° so sprejemljive. Fotovoltaične module je mogoče namestiti na vse vrste kritin in ostrešij. Preveriti pa moramo, ali bo streha prenesla dodatne obremenitve zaradi teže modulov.
Standardna garancija za sončne module je 25 let. V tem obdobju proizvajalci jamčijo, da bodo plošče delovale pri ali blizu maksimalne učinkovitosti.

Priprava tople vode
Segrevanje vode v temni posodi s pomočjo sonca je znano in v uporabi že stoletja. Na podoben način poteka ogrevanje vode s pomočjo sprejemnikov sončne energije (SSE), ki so prevlečeni s črno barvo, da lahko absorbirajo več energije sonca. Sprejemniki sončne energije zbirajo sončno energijo, s katero se segreva voda v ceveh. Obtočna črpalka skrbi za pretok ogrete vode skozi sistem do menjalnika toplote, kjer odda toploto v hranilniku toplote.

Ogrevanje prostorov
Naprava za ogrevanje prostorov s pomočjo sončne energije je v osnovi enaka tisti za pripravo tople vode, razlikuje se predvsem v velikosti sistema. Ker je v ogrevalni sezoni količina elektrike bistveno manjša, mora biti zato površina sončnih sprejemnikov večja. Sistem za ogrevanje prostorov vključuje tudi hranilnik toplote, ki mora biti ločen od hranilnika za toplo sanitarno vodo. Takšen sistem mora biti podprt s klasičnim sistemom ogrevanja, ki zagotavlja ogrevanje tudi v primeru, ko ni dovolj sončne energije.

Primernost lokacije
Orientacija in naklon fotonapetostnih modulov sta najbolj pomembna pri postavitvi sončne elektrarne. Za Slovenijo velja najprimernejša usmeritev proti jugu, z naklonom 30°. Proizvodnjo elektrike iz sonca lahko z sledenjem fotonapetostnih modulov lahko povečamo za približno 20 do 35 %. Pri sami postavitvi modulov je potrebno paziti na medsebojno senčenje in senčenje večjih objektov, ki negativno vplivajo na proizvodnjo. Poleg orientacije in naklona fotonapetostnih modulov je pomembna tudi lokacija. V Sloveniji imamo višje sončno obsevanje predvsem na Primorskem in na področjih z višjo nadmorsko višino.

Nova ureditev Pravilnik o tehničnih zahtevah za priključitev in obratovanje vtične proizvodne naprave na OVE predstavlja primeren ukrep za spodbujanje rabe obnovljivih virov energije na ravni gospodinjstev. Saj je po novem mogoča postavitev sončnih elektrarn tudi na balkonih in terasah.