מערכת ייצור החשמל של תאים סולאריים נעשית על ידי שימוש בעקרון האפקט הפוטו-וולטאי. זוהי מערכת לייצור חשמל הממירה ישירות אנרגיית קרינת שמש לאנרגיה חשמלית. הוא מורכב בעיקר משני חלקים: מערך תאים סולאריים ומהפך. כפי שמוצג באיור שלהלן: כאשר יש שמש במהלך היום, החשמל שנוצר על ידי מערך התאים הסולאריים מועבר ישירות לרשת החשמל AC דרך המהפך המחובר לרשת, או שהחשמל שנוצר על ידי אנרגיה סולארית מסופק ישירות לרשת החשמל. עומס AC דרך המהפך המחובר לרשת.
ייצור חשמל פוטו-וולטאי סולארי מסתמך על מודולים של תאים סולאריים ועל התכונות האלקטרוניות של חומרים מוליכים למחצה. כאשר אור השמש מאיר על צומת ה-PN של המוליכים למחצה, אזור המחסום של צומת ה-PN יוצר שדה אלקטרוסטטי מובנה חזק, כך שהאלקטרונים והחורים הלא מאוזנים הנוצרים באזור המחסום או האלקטרונים והחורים הלא מאוזנים שנוצרו מחוץ לאזור המחסום אך מתפזרים לתוך המחסום אזור, תחת פעולת השדה האלקטרוסטטי המובנה, נע בכיוונים מנוגדים ועוזבים את אזור המחסום, וכתוצאה מכך לעלייה בפוטנציאל של אזור P ולירידה בפוטנציאל של אזור N, ובכך ליצור מתח וזרם במעגל החיצוני, המרת אנרגיית אור לאנרגיה חשמלית.
ניתן לחלק באופן גס מערכות לייצור חשמל פוטו-וולטאיות לשתי קטגוריות. האחת היא מערכת ייצור החשמל המחוברת לרשת, המחוברת לרשת החשמל הציבורית באמצעות ממשק סטנדרטי, כמו תחנת כוח קטנה; השני הוא מערכת ייצור החשמל העצמאית, שיוצרת מעגל בתוך מערכת המעגל הסגורה שלה. מערכת ייצור החשמל המחוברת לרשת ממירה את אנרגיית קרינת השמש המתקבלת לזרם ישר במתח גבוה דרך המערך הפוטו-וולטאי באמצעות המרת זרם ישר בתדר גבוה, ולאחר מכן מוציאה זרם חילופין סינוסואידאלי באותו תדר ופאזה כמו מתח הרשת ל- רשת לאחר היפוך על ידי המהפך. המערך הפוטו-וולטאי של מערכת ייצור החשמל העצמאית ימיר תחילה את אנרגיית קרינת השמש המתקבלת ישירות לאנרגיה חשמלית כדי לספק את העומס, ויאגור את האנרגיה העודפת בסוללה בצורה של אנרגיה כימית לאחר מעבר בבקר הטעינה.