Zonnestraling
De aarde ontvangt haar warmte voornamelijk van de zon. De zon is niets anders dan een ster waar de aarde omheen draait. De zon straalt energie uit waarvan wij een deel zien als licht en een deel voelen als warmte. De aarde staat op gemiddeld 150 miljoen kilometer van de zon en draait in een ellipsvormige baan rondjes in 365 dagen. De aarde draait elke 24 uur om haar as, deze as staat 23,5° schuin tegenover de zon.
De energiehoeveelheid van de zonnestraling die de aardatmosfeer bereikt wijzigt praktisch niet over lange periodes. Men spreekt van de zonneconstante, dit is de hoeveelheid energie in de vorm van elektromagnetische straling van de zon die de aarde bereikt. Ze is gedefinieerd als de hoeveelheid stralingsenergie afkomstig van de zon die per seconde passeert door een oppervlak loodrecht op de stralingsrichting van 1 m² op aarde.  Zij bedraagt 1370 W/m². Dit is de beschikbare energie van de zon, hoeveel onze locatie hiervan ontvangt is erg variabel. De zonne-energie wordt gemeten door het weerstation via de zonneschijnopnemer / Solarsensor.

De ontvangen energie is sterk afhankelijk van de hoek waarop de zonnestralen een oppervlak bereiken. Deze hoek is afhankelijk van de positie op de aarde en van de positie van de aarde tegenover de zon.
Wanneer we onze positie bekijken tegenover de zon dan komen we elk jaar in een kantelende beweging, de straling komt daardoor minder of meer loodrecht en dit geeft het verschil in warmte en maakt de seizoenen. Dus niet de afstand tot de zon maar de hoek waarop ze neerkomt geeft het energieverschil tussen winter en zomer. (De zon staat in een brandpunt en de kortste afstand tot de zon valt in de winter). De hoek α waaronder de zonnestraling bij 52° noorderbreedte invalt varieert van 14,5° (90° - 52° - 23.5°) in de winter tot 61,5° (90° - 52° + 23.5°) in de zomer.

De straling die van de zon komt voorziet de aarde van een enorme hoeveelheid energie. Gemiddeld wordt op aarde jaarlijks 1370 kWh per vierkante meter ingestraald. Voor Haaksbergen is de globale instraling ongeveer 980 kW/m² op jaarbasis.
Daglicht bestaat uit direct zonlicht en indirect, diffuus licht. Direct zonlicht heeft meer energie dan indirect licht. De intensiteit van de zonnestraling verandert met het uur van de dag, de tijd van het jaar en de weersomstandigheden. Om toch gemakkelijk te kunnen rekenen met gegevens over de instraling, kan de totale hoeveelheid zonne-energie worden uitgedrukt in uren volle zon per m². Als standaard wordt aangenomen dat bij 'volle zon' een vermogen van 1000 W per m² op het aardoppervlak wordt ingestraald. Eén uur volle zon levert dan dus als maat 1000 Wh per m² = 1 kWh/m². Een zonaanbod van één uur volle zon (dus 1 kWh/m²) komt ruwweg overeen met de zonne-energie die op een wolkenloze zomerdag op een op de zon gericht vlak valt. Het totale jaarlijkse zonaanbod in Nederland komt overeen met ongeveer 1000 uur volle zon.
Met andere woorden: de gemiddelde jaarlijkse zoninstraling in ons land is circa 1000 kWh/m².
In Nederland is het daggemiddelde 2,7 uur volle zon (2,7 kWh/m²). Dit is een gemiddelde over december (0,5 uur) tot juni (5 uur). Het verschil tussen zonne-energie-instraling in zomer en winter is dus een factor 10. Ook binnen Nederland zelf kan de zoninstraling iets variëren. De kustgebieden blijken iets meer zon te ontvangen dan de meer landinwaarts gelegen gebieden.

Zonnepanelen
De zonnestraling kan met behulp van zonnepanelen rechtstreeks omgezet worden in elektriciteit.
De opbrengst, de hoeveelheid geproduceerde elektriciteit, van een PV-paneel hangt af van de instraling die het zonnepaneel op kan vangen. Die wordt niet alleen bepaald door de intensiteit van het invallend licht, maar ook van de hellingshoek, temperatuur en oriëntatie van een zonnepaneel.
Een zonnepaneel geeft dus meer elektriciteit als het optimaal op de zon is gericht. Van belang hierbij zijn de hellingshoek en de oriëntatie. Aangezien de zon en de aarde draaien, verschilt de optimale situering per locatie. In Nederland wordt de maximale opbrengst op jaarbasis gehaald met een paneel dat recht op het zuiden is gericht onder een hoek van 36°.

Een zonnepaneel bestaat uit meerdere in serie geschakelde zonnecellen. Het proces dat zich in een zonnecel afspeelt heet fotovoltaïsche omzetting (PV = photovoltaic conversion). Hierbij wordt zonlicht in
elektriciteit omgezet. Als er licht op de zonnecel valt dan wordt een (negatief geladen) elektron in de zonnecel losgemaakt en blijft een (positief) gat over. Ontstaat zo'n elektron/gat-paar in de buurt
van het intern elektrisch veld dan worden deze twee gescheiden, omdat zij een verschillende lading hebben. Hierdoor krijgt de p-laag een positieve lading en de nlaag een negatieve lading. Door een verbinding tussen beide lagen te maken, gaan elektronen stromen en heeft men dus elektriciteit. Naarmate meer licht op de zonnecel valt, worden meer elektronen vrijgemaakt en is er meer stroom. Het
fotovoltaïsch proces gaat door zolang er licht op de cel valt. In dit proces worden geen materialen gebruikt en zijn geen bewegende delen aanwezig. Zonnecellen zijn daardoor duurzaam.

Niet al het licht kan worden omgezet in elektriciteit. Zonnecellen gebruiken voornamelijk zichtbaar licht. Een groot deel van de energie van de zon bereikt de aarde als infrarood (IR)- of warmtestraling en ultraviolette (UV) straling. Het theoretisch haalbare omzettingsrendement is daarom niet hoger dan 20-30%. De zonnecellen die momenteel geproduceerd worden hebben een rendement van ongeveer 16%. Het is te verwachten dat door technologische ontwikkelingen dit rendement de komende jaren met een factor anderhalf zal oplopen.

Opmerking: zonnepanelen verliezen 0.4% energie bij elke graad boven de 25°C, dus 'te' warm is niet altijd winst.

Het elektrisch vermogen dat aan een zonnecel onttrokken kan worden, is min of meer evenredig met het oppervlak en met de intensiteit van het zonlicht dat op het oppervlak valt, en wordt gemeten in Watt-piek (Wp). Een Watt-piek is gedefinieerd als het elektrisch vermogen dat een zonnecel levert bij standaard test condities (STC): een instraling van 1000 W/m² (een stralend blauwe hemel in juni) en een cel temperatuur van 25 graden Celsius. Onder deze omstandigheden levert een zonnecel van 1 Wp een vermogen van 1 Watt. Bij een lagere instraling of een hogere temperatuur levert de zonnecel minder vermogen.

Het basismateriaal van de meeste zonnecellen is silicium. Silicium is een van de meest voorkomende elementen op aarde. Silicium komt in de natuur echter voornamelijk in gebonden toestand voor (siliciumoxide). Voor zonnecellen is zuiver silicium nodig. Naast silicium worden andere materialen voor zonnecellen gebruikt zoals andere halfgeleiders (gallium, germanium) en organische kleurstoffen.

De zonnestroomsystemen zijn over het algemeen aan het net gekoppeld. Dit betekent dat de zonnestroom die wordt opgewekt wordt teruggeleverd aan het centrale elektriciteitsnet, of direct lokaal gebruikt wordt. Op deze manier is geen "opslagmedium" (zoals een accu) nodig, en wordt de opgewekte energie optimaal gebruikt, omdat er niets "verloren" gaat.

U kunt hier meer informatie vinden over zonnepanelen en de installatie mogelijkheden.