Die Sonneneinstrahlung auf die Erdoberfläche ist die Haupteinflussgröße des Wettergeschehens und des regionalen wie globalen Klimas. Die Strahlungsstromdichte (engl. heat flux density, irradiation), also die Strahlungsenergie pro Flächen- und Zeiteinheit, hängt vom Winkel der Sonneneinstrahlung ab. Bei flachem Winkel treffen weniger Photonen pro Flächeneinheit auf dem Boden auf und erwärmen ihn weniger stark als bei senkrechtem Einfall. Dies kommt durch folgende Formel zum Ausdruck:
Hierbei bezeichnet J die Strahlungsleistung, J0 die Strahlungsleistung bei senkrechtem Einfallswinkel und β den Einfallswinkel gegenüber dem Horizont.
Verstärkt wird der Effekt durch den verlängerten Weg, den das Licht bei flachen Winkeln durch die Atmosphäre zurücklegen muss.
Als Vorteile der photovoltaischen oder thermischen Nutzung von Sonnenenergie werden folgende Punkte diskutiert:
- Sie ist im Gegensatz zu fossilen Energieträgern oder radioaktiven Isotopen unbegrenzt verfügbar.
- Es kommt zu keiner Freisetzung von Feinstaub, wie z. B. Rußpartikeln, oder Treibhausgasen, wie etwa CO2.
Hinsichtlich der Stromerzeugung durch viele kleine Photovoltaik-Anlagen statt durch Großkraftwerke werden weiter folgende Vorteile gesehen:
- Energieverluste durch Übertragung und Verteilung werden reduziert (übliche Wechselstrom-Hochspannungstrassen verursachen ca. 14 % Leistungsverlust).
- Kosteneinsparungen aufgrund des Umstands, dass die Kosten der Weiterleitung und Verteilung zentral erzeugter Elektrizität etwa so hoch sind wie die Kosten der Energieerzeugung selbst.
- Wegfall von eventuellen Preiskartellen großer Energieerzeuger, was zu freier Preisbildung und damit niedrigeren Energiepreisen führen würde.
- Wegfall der Notwendigkeit großer Reservekapazitäten. Zentrale Großanlagen erfordern diese, um bei Betriebsstörungen einzelner Anlagen großflächige Stromausfälle zu vermeiden. Diese Reserve beträgt für Deutschland im Moment ca. 40 %. Diese Kapazität müsste nicht mehr bereitgehalten werden, da eine Vielzahl kleinerer und dezentraler Energieerzeuger das Ausfallrisiko einzelner Anlagen abfedern würde.
- Reduzierung energiepolitischer Abhängigkeiten von möglichen Krisenherden und internationalen Konflikten, wie etwa in der Nahostregion.