Das erreichbare Potenzial ist sehr hoch: Trotz der scheinbar ungünstigen Bedingungen in Deutschland genügten theoretisch etwa 2 Prozent der Gesamtfläche des Landes, um mit heute verfügbarer Technik in der Jahressumme die gleiche elektrische Energie zu ernten, die Deutschland insgesamt pro Jahr benötigt. Der Einwand, die Fläche in Mitteleuropa würde für einen wesentlichen Anteil von Photovoltaik zur Energieversorgung nicht ausreichen, ist somit nicht haltbar. Zudem kann die nötige Fläche ohne Neuversiegelung über die Nutzung bisher bebauter Flächen (vor allem Dächer) erreicht werden. Diese theoretische Abschätzung mit 100 % Deckung durch Photovoltaik ist nicht Ziel einer Realisierung, sie dient lediglich zur Darstellung der Größenordnung des Flächenbedarfs. Die Photovoltaik kann auch dadurch langfristig auch in Deutschland einen nennenswerten Beitrag zum Klimaschutz und zur Ressourcenschonung liefern.

Die Zahl von 2 Prozent ergibt sich bei einer installierten Leistung von einem kWp pro 10 m² Fläche, einem jährlichen Energieertrag von ca. 750 kWh pro kWp, einem Strombedarf Deutschlands von ca. 550 Milliarden kWh (die Größenordnung für das Jahr 2004 und 2005) und der Gesamtfläche Deutschlands von ca. 350.000 km².

In Osnabrück wurde kürzlich eine Studie durchgeführt, die zu dem Ergebnis kam, dass 70 % des Strombedarfs der Stadt durch Photovoltaik gedeckt werden können, wenn alle sehr gut geeigneten Dachflächen mit photovoltaischen Zellen bestückt werden. Sehr gut geeignet sind etwa 20 % der gesamten Dachfläche von Osnabrück. Dabei wurde die Anzahl der Sonnenstunden in Abhängigkeit von der Jahreszeit berücksichtigt. Bei der detaillierten Beurteilung der Dächer wurden außerdem Form, Neigung, Ausrichtung und Verschattung jeder Dachfläche berücksichtigt.

Die meisten Menschen in Deutschland leben jedoch nicht in Städten, sondern in ländlichen Regionen, wo auf eine Person eine größere Dachfläche kommt. Hier könnten sogar 100 % des Strombedarfs durch Photovoltaik gedeckt werden.

Während Strom aus konventionellen Energiequellen im Jahresmittel ca. 6 Cent pro Kilowattstunde kostet, wird Solarstrom gemäß dem Erneuerbare-Energien-Gesetz mit – je nach Art und Größe der Anlage - 38 bis 51 Cent pro Kilowattstunde (2007) vergütet. Angesichts weltweit steigender Energiepreise und der sinkenden Produktionskosten für Solarzellen aufgrund größerer Produktionskapazitäten (Skaleneffekt) und neuer, billigerer Technologien findet langfristig eine Annäherung der Kosten der Stromerzeugung statt.

Im Jahr 2005 wurden gemäß einer Erhebung der Fachzeitschrift Photon 0,26 Prozent der deutschen Stromerzeugung aus Solarenergie gewonnen, allerdings bei starkem Wachstum. Für das Jahr 2010 gehen verschiedene Prognosen von 0,45 bis 1,0 Prozent aus (Quelle: Verband der Netzbetreiber/Bundesverband Erneuerbare Energien). Im Jahre 2020 werden gemäß einer Studie des Bundesumweltministeriums 1,5 Prozent des deutschen Stromverbrauchs aus Photovoltaikanlagen gewonnen werden.

Auch bei theoretisch hohen Potenzialen spielt Solarstrom aktuell und in den nächsten Jahren für die deutsche Stromerzeugung nur eine relativ kleine Rolle. Allerdings ist durch das zum Wind oftmals gegenläufige Angebotsverhalten der Sonnenenergie der Stromanteil aus Photovoltaik für einen funktionierenden regenerativen Energiemix sinnvoll. Denn während im Sommer die Erträge aus Wind- und Wasserkraft vergleichsweise niedrig sind, arbeitet die Photovoltaik aufgrund der Sonnenscheindauer mit Gewinn.

Ein Anteil der Photovoltaik von bis zu 25 Prozent am Gesamtstrombedarf erscheint aus heutiger Sicht energiepolitisch und volkswirtschaftlich sinnvoll, erstrebenswert und durchaus realistisch, wie die Grafik zur Prognose über die Entwicklung des weltweiten Energiemixes bis 2100 des wissenschaftlichen Beirats der Bundesregierung Deutschland zeigt. So könnte überschüssiger Strom, voraussichtlich ab 2010, auch durch im Fahrzeug integrierte Akkumulatoren und Wechselrichter gespeichert und verbraucht werden, unter Verzicht auf konventionelle Antriebstechnik und dem dadurch bedingten Verlust von großen Teilen des Wirkungsgrads. Überschüsse aus erneuerbaren Energien können z.B. mittels HGU (Hydrogen gas generating unit) und Brennstoffzelle, mobil wie stationär, bedarfsgerecht in Wärme und Strom gewandelt werden. Diese Überlegungen können langfristig dazu führen, dass Solarstrom immer mehr Bedeutung gewinnt.

Sehr viel besser als in Deutschland ist das weltweite Potenzial der Photovoltaik. Aufgrund der hohen Solarstrahlungswerte lassen sich in Chile (2400 kWh/m²/Jahr), Kalifornien (2150 kWh/m²/Jahr), Australien (2300 kWh/m²/Jahr) oder Indien (2200 kWh/m²/Jahr) deutlich günstigere Stromgestehungskosten erzielen. Hinzu kommt, dass in vielen Entwicklungsländern kein Stromnetz existiert und somit die Photovoltaik eine preisgünstigere Möglichkeit bietet, elektrischen Strom zu erzeugen, als dies mit Dieselgeneratoren möglich ist. Eine aus europäischer Sicht interessante Option wäre die Erzeugung von Solarstrom in Nordafrika und dessen Transport via Hochspannungsgleichstromübertragung nach Europa. Allerdings sind bei solchen Modellen die notwendigen Investitionen zum Aufbau der gesamten technischen Infrastruktur und die Übertragungsverluste angesichts der Entfernung zu berücksichtigen. Aufgrund der hohen Einspeisevergütung durch das EEG in Deutschland wird die weltweite Nachfrage nach Solarzellen jedoch von deutschen Abnehmern dominiert. Dies führte in den vergangenen Jahren zu Engpässen bei der Herstellung und entsprechend hohen Preisen für Solarzellen, weshalb deren Installation in sonnenreicheren Ländern ohne Einspeisevergütung nicht mehr wirtschaftlich ist. Diese aus Sicht des globalen Umweltschutzes suboptimale Ausnutzung der Ressourcen führte 2007 zu Diskussionen über eine stärkere Absenkung des Vergütungssatzes im EEG, welche jedoch nicht beschlossen wurde.