A napelem vagy fotovillamos elem, amit az idegenes photo-voltaikus kifejezésből a magyar irodalom olykor PV elemnek is nevez, olyan szilárdtest eszköz, amely az elektromágneses sugárzást (fotonbefogást) közvetlenül villamos energiává alakítja. Az energiaátalakítás alapja, hogy a sugárzás elnyelődésekor mozgásképes töltött részecskéket generál, amiket az eszközben az elektrokémiai potenciálok, illetve az elektron kilépési munkák különbözőségéből adódó beépített elektromos tér rendezett mozgásra kényszerít, vagyis elektromos áram jön létre. Ez a jelenség bármilyen megfelelő fényspektrummal rendelkező fényforrás esetén is lezajlik, nem szükséges kizárólagosan napfény.
A napelemekre általában 20-25 év a garancia, jellemzően 20-40 év az élettartamuk. A napenergia hasznosításában hosszabb távon számottevő növekedés várható.
A napelemek eltérnek a ma létező nagy teljesítményű naperőművektől. Ezek jellemzően más technológiát alkalmaznak; a naphőerőművek esetén a Nap sugárzó hőenergiáját folyadéknak adja át sugárzó hőátadással ami túlhevítéssel gőzturbina meghajtásos villamos generátorral szolgáltat áramot.