A napelemek a napból érkező sugárzást hasznosítják. A napsugárzás hőmérsékleti sugárzás, a fizikában feketetest sugárzásként ismeretes, amit elsőként Gustav Robert Kirchoff tanulmányozott és mutatott be. Ez a fizikai törvény azt mondja ki, hogy egy test emissziós és abszorpciós képessége, azaz sugárzó és elnyelő képessége egyenes arányban áll egymással. Ezt azt jelenti, hogy minden test, amely sugárzást nyel el, képes azt ki is bocsájtani. Ez a tulajdonság független a test anyagától. A test által kibocsájtott sugárzás mérhető, amellyel Stefan és Boltzmann fizikusok foglalkoztak először.
Stefan és Boltzmann bebizonyította, hogy a kisugárzott teljesítmény a hőmérséklet negyedik hatványával arányos. Azaz, minél magasabb hőmérsékleten sugároz egy test, annál több energiát sugároz ki és egységnyi hőmérséklet emelkedés igen jelentős energiatöbbletet jelent. Az alábbi ábrán látható az egyes hőmérsékletekhez tartozó kisugárzott energiamennyiség. Látható, hogy az a test, amely T=3500 K, azaz 3297 °C-on sugároz, csak a töredékét sugározza egy T=5500 K hőmérsékleten sugárzó testnek.
Mit is jelent ez a napenergia hasznosítása során?
A nap egy sugárzó test, amely magas hőfokon izzik. Ezáltal sugárzást bocsájt ki magából, amely a Földre érkezik és ez biztosítja számunkra az életet, és emellett folyamatos energiaellátást. A nap sugárzása megfelel a fent említett törvényszerűségnek. A következő ábrán látható a napsugárzás fényspektruma:
Az ábra több fontos információt bemutat. A piros terület mutatja azt az energiát, amely a Földfelszínre leérkezik. Ez az energia már keresztül halad a légkörön és az megszűri. A Föld atmoszférájának külső részén még magasabb energiamennyiség mérhető. Ha megnézzük az y tengely, ott az egy négyzetméterre érkező energiamennyiség látható hullámhosszonként. A legmagasabb szám a Föld felszínén kb 1300 W/négyzetméter.
A beérkező fény széles hullámhossztartományban érkezik, az egyes hullámhossztartományoknak eltér a színe. A látható fénytartományban érkezik a legtöbb energia, azon túl pedig az infravörös fénytartományban.
