Eine Fotovoltaikanlage besteht aus mehreren Komponenten. Der Generator empfängt und wandelt die Lichtenergie in elektrische Energie in Form von Gleichstrom um. Als Empfänger dient entweder die Solarzelle direkt oder aber ein optisches System, bei dem Spiegel oder Linsensysteme die Strahlung auf die Zellen umleiten und eventuell konzentrieren. Eine Konzentration, häufig mit einer Fresnellinse, findet statt, wenn die Strahlung auf einer Fläche eingesammelt wird, die größer als die Empfängerfläche ist. Dann muss der Spiegel oder das Linsensystem den Strahlengang so ändern, dass die eingefangene Strahlung insgesamt auf die Empfängerfläche trifft. Die Solarzelle dient in jedem Fall als Wandler der Strahlungsenergie durch Ausnutzung des photovoltaischen Effektes. Aufgrund der sehr geringen elektrischen Spannung einer einzelnen Solarzelle werden mehrere zu Solarmodulen zusammengefasst. Für einen Generator werden eines oder mehrere Module benötigt.
Die elektrische Energie wird nun über Kabel dem System zugeführt. Sie kann entweder gespeichert (Inselanlage) oder aber in ein elektrisches Netz, zum Beispiel das öffentliche Stromnetz, eingespeist werden (Hybridanlage, netzgekoppelte Anlage). Abhängig von der Verwendung der Energie besteht der weitere Teil der PV-Anlage aus verschiedenen Komponenten.
Die einzelnen Komponenten einer PV-Anlage müssen entsprechend dem vorliegenden Lastprofil der elektrischen Verbraucher und der jeweils notwendigen Energiespeicher oder der Netzgegebenheiten aufeinander abgestimmt sein, um einen hohen Energieertrag zu gewährleisten.
In Deutschland kann ein mittlerer Energieertrag von ca. 650 kWh bis hin zu 1150 kWh pro kWpeak (kWp) installierten Leistung der Anlage und Jahr erwarten werden. Kilowatt peak beschreibt die Nennleistung der Anlage unter Normbedingungen, die jedoch in Realität nur bei optimalen Bedingungen erreicht wird. Vor allem in den letzten sonnenreichen Jahren gab es in Süddeutschland nicht selten Erträge über 1200 kWh. Betrachtungen zum Flächenbedarf von Fotovoltaikanlagen sind in Potential der Fotovoltaik zu finden.
Insbesondere die höheren Werte sind jedoch nur in guten Lagen (vorwiegend Süddeutschland beziehungsweise Gebirgslagen) bei Freiflächen- und Dachanlagen zu erzielen. Je nach den lokalen Klimaverhältnissen kann der Wert auch etwas darüber oder darunter liegen und von Jahr zu Jahr abhängig vom Wetter bis zu 20 Prozent von den Vorjahresergebnissen abweichen. Auch eine Verschattung von Modulen oder auch nur Teilen von Modulen zum Beispiel durch Fahnenmasten, Bäume, Nachbarbebauung oder ähnliches kann zu erheblichen Ertragseinbußen führen. Teilweise sind die Erträge von Anlagen im Internet direkt einzusehen (siehe Weblinks).
Der Gesamtwirkungsgrad einer Anlage ist abhängig von den verwendeten Komponenten. Die Kernkomponenten bilden dabei die Solarzellen und die Wechselrichter. Speziell letztere haben mit dem durch staatliche Förderung (EEG) verstärkten Ausbau der Fotovoltaik Verbesserungen im Wirkungsgrad und in der Zuverlässigkeit erfahren. Beim Gesamtwirkungsgrad zu berücksichtigen ist weiterhin, dass die Sonne nicht den ganzen Tag scheint. Der Aufwand für die entsprechenden Sicherungsmechanismen (Dieselaggregate, konventionelle Kraftwerke, atomare Stromerzeuger etc. etc.) muss in der Energiebilanz - jedenfalls bei Anlagen, die in die Grundversorgung einspeisen - berücksichtigt werden.