Принцип роботи будь-яких сонячних батарей такий: в якості основного матеріалу фотоелектричного елемента служить кремній з домішками деяких елементів, які утворюють кристал з pn-переходом. Таким чином, створюється два шари з різною провідністю. На кордоні даних шарів утворюється потенційний бар'єр, який перешкоджає переміщенню носіїв електричного струму по всьому напівпровідника. При попаданні сонячного випромінювання на фотоелемент, за рахунок поглинання фотонів створюються пари негативного і позитивного заряду, що знижують потенційний бар'єр, що призводить до вільного переміщення носіїв по напівпровідника, в якому за рахунок цього наводиться електрорушійна сила, яка є джерелом електричного струму. При збільшенні світлового потоку збільшується і фото ЕРС, отже, збільшується і електричний струм.
Ефективність фотоелементів з кремнію в порівнянні з іншими матеріалами відносно висока. ККД кремнієвих пластин коливається від 10 до 20%. Від ефективності фотоелементів залежить площа сонячних батарей, розраховані на певне навантаження. Чим вище коефіцієнт корисної дії, тим менше площа, необхідна для генерування електричного струму певної потужності. Розвиток напівпровідникової промисловості дозволяє випускати фотоелектричні елементи на основі кремнію з ефективністю до 40%.
У сонячній системі електропостачання крім сонячних батарей можна виділити такі основні пристрої: акумулятор, регулятор зарядки-розрядки і інвертор. Завдяки акумулятору при відсутності сонячного випромінювання споживач може користуватися електрикою. Регулятор зарядки-розрядки оберігає акумулятор від зайвої зарядки і розрядки. Тобто при досягненні напруги на акумуляторі рівня напруги відключення регулятор автоматично відключає навантаження, а при максимальному рівні напруги регулятор обмежує струм зарядки. Інвертор служить для перетворення постійного струму в змінний, який необхідний для живлення основної побутової техніки та освітлення.

Для визначення кількості сонячних панелей, що входять в сонячну батарею, яких буде достатньо для забезпечення електрикою необхідної потужності, потрібно провести розрахунок сонячної системи електропостачання. Даний розрахунок починається з визначення сумарної потужності всіх підключених пристроїв, після чого визначається потужність інвертора і значення зарядної ємності акумуляторів. Потужність і кількість фотоелементів визначається на підставі, що діє в певному регіоні, значення сонячної радіації. Визначивши кількість пікових годин на добу, коли рівень сонячної радіації не нижче 1000 Вт / м2, визначають вироблювану потужність одним фотоелементом за даний період. Таким чином, знаючи необхідну сумарну потужність сонячної станції і потужність одного фотоелемента, визначають кількість сонячних панелей, що входять в батарею. Вище описаний спрощений принцип розрахунку сонячних батарей, в дійсності необхідно врахувати безліч нюансів і факторів, що впливають при розрахунку сонячної системи електропостачання.

Сонячні батареї давно успішно застосовуються в розвинених країнах світу:
Одним з лідерів практичного використання енергії Сонця стала Швейцарія. Програма, що отримала найменування «Солар-91» і здійснювана під гаслом «За незалежну Швейцарію!», Вносить помітний внесок у вирішення екологічних проблем та енергетичну незалежність країни імпортує сьогодні більше 70 відсотків енергії. Тут побудовано приблизно 2600 геліоустановок на кремнієвих фотоперетворювачах потужністю від 1 до 1000 кВт і сонячних колекторних пристроїв для отримання теплової енергії.
У планах Швеції на 2020 рік - повністю відмовитися від УГВ палива.
У Німеччині на протязі декількох років функціонує державна програма «100000 сонячних дахів».
У США запущений аналогічний проект - «Мільйон сонячних дахів».