L'energia solare è la fonte primaria di energia per eccellenza.

Ogni anno il sole irradia sulla terra 19.000 miliardi di TEP (Tonnellate Equivalenti Petrolio) mentre la domanda annua di energia è di circa 10 miliardi di TEP. In Italia la domanda annua è di circa 190 milioni di TEP.

Praticamente tutta l' energia che oggi utilizziamo ha origine dalla radiazione solare, compresi i combustibili fossili.

L'energia prodotta dalle reazioni nucleari all'interno del Sole percorre la distanza che separa la nostra stella dalla Terra in 8 minuti; una volta giunta a noi ha una potenza di 1350 Watt (W) per ogni metro quadrato: questo valore è chiamato "costante solare", in quanto il suo valore non varia nel tempo.
La superficie della Terra viene raggiunta da 170.000 TW (1 TeraWatt = 1milione di milioni di Watt) di energia solare.

Di questi 170.000 TW:

Tutta l'energia che arriva sulla terra, atmosfera compresa, (120.000 TW) viene poi riemessa sotto un'altra forma: la radiazione infrarossa ad onde lunghe: tutta la superficie terrestre emette in questo modo 120.000 TW.
In questo modo la temperatura dell'atmosfera e della superficie terrestre rimane costante: la temperatura di qualsiasi corpo infatti non cambia quando l'energia che assorbe è pari a quella che emette.
La Terra è così attraversata da un immenso flusso di energia che si modifica e si trasforma, pari a 120.000 TW di potenza.

L'intensità e la distribuzione spettrale della radiazione solare che arriva sulla superficie terrestre dipendono dalla composizione dell'atmosfera: al suolo l'energia solare è concentrata nell'intervallo di lunghezza d'onda 0,2 - 2,5 micrometri (vedi tabella).

La zona utile per le celle fotovoltaiche di silicio cristallino comincia a 0,35 micrometri fino a tutto l'infrarosso compreso.

L'intensità massima dell'energia solare è compresa tra 0,5 e 0,55 micrometri.

Irraggiamento extraterrestre ("costante solare"): 1.367 W/mq ± 3,3 % (per la diversa distanza Terra - Sole).

Per considerare gli effetti dell'atmosfera, si è definita la cosiddetta massa d'aria unitaria AM1 (Air Mass One), che rappresenta lo spessore di atmosfera standard attraversato in direzione perpendicolare alla superficie terrestre e misurato al livello del mare.

AM = (1 - 0,1 * altitudine)/sin HS approssimabile a: 1 / sin HS essendo HS l'angolo di elevazione solare (angolo tra la linea del sole e il piano orizzontale).
Air Mass fuori dall'atmosfera: AM = 0

Con un angolo di elevazione solare HS pari a 90°: AM = 1

Con HS pari a 42°: AM = 1,5 (è questo AM che viene considerato nei test di laboratorio dei moduli fotovoltaici, per la definizione della potenza di targa).

Confrontando lo spettro della radiazione solare al suolo in condizioni AM1 con lo spettro della radiazione al di fuori dell'atmosfera, in condizioni AM0, si può notare nello spettro relativo alla condizione AM1 la presenza di numerose buche, non presenti nello spettro ad AM0, dovute:
1) all'assorbimento causato dalle molecole di vapor d'acqua e d'aria e dal pulviscolo atmosferico
2) alla riflessione nello spazio.

Irraggiamento solare globale = Diretto + Diffuso + Riflesso ( = 1.000 W/m2)
D'inverno il diffuso è molto maggiore in percentuale.
La radiazione solare diffusa, su base annua, è pari al 55% di quella globale.

Nei calcoli di dimensionamento dei sistemi fotovoltaici spesso è opportuno considerare il coefficiente di albedo , che misura la riflessione data dal suolo. Tale coefficiente dipende quindi dal tipo di suolo.

Misura della radiazione solare

L'intensità della radiazione solare al suolo dipende dall'angolo d'inclinazione della radiazione stessa: minore è l'angolo che i raggi del sole formano con una superficie orizzontale e maggiore è lo spessore di atmosfera che essi devono attraversare, con una conseguente minore radiazione che raggiunge la superficie.

Sistemi di misura (solarimetri):

Nel caso in cui l'utilizzo del sistema solare fotovoltaico sia prevalentemente nel periodo invernale , occorrerà applicare un'inclinazione di 55° - 70° . Questi angoli possono cambiare da località a località, sebbene ci si trovi alla stessa latitudine, a causa della variabilità della componente diretta e diffusa che si ha nelle diverse zone.