光伏發電的基本原理是光伏效應。當光子照射到金屬上時，它的能量可以被金屬中的所有電子吸收，電子吸收的能量足夠大，可以克服金屬的內部引力，逃離金屬表面，成為光電子。
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光導致不均勻半導體或半導體與金屬結合的不同部位之間的電位差。它首先是從光子（光波）轉化為電子的過程。光能轉化為電能；其次，形成電壓過程。有了電壓，就像筑高壩一樣。如果兩者相連，就會形成電流電路。
光伏發電的主要原理是半導體的光電效應。硅原子有四個外部電子。如果將磷原子等五個外部電子原子混合到純硅中，則成為N型半導體；如果將硼原子等三個外部電子原子混合到純硅中，則形成P型半導體。當P型和N型結合在一起時，接觸面會形成電勢差，成為太陽能電池。當太陽光照射到P-N結時，穴位從P極區移動到N極區，電子從N極區移動到P極區，形成電流。
多晶硅經過鑄錠、破錠、切片等程序制成待加工的硅片。硅片與微量硼磷混合，形成P-N結。然后用絲網印刷，將精制的銀漿印在硅片上，做成柵線，燒結后做成背電極，在帶柵線的表面涂上防反射涂層，這樣電池片就可以做成了。電池板排列組合成電池組件，形成大電路板。一般在組件周圍包裹鋁框，正面覆蓋玻璃，背面安裝電極。有了電池組件和其他輔助設備，就可以形成發電系統。為了將直流電轉化為交流電，需要安裝電流轉換器。發電后可以用電池存儲，也可以輸入公共電網。在發電系統成本中，電池組件約占50%，電流轉換器、安裝成本、其他輔助部件等費用占50%。
光伏發電系統分為獨立光伏發電系統、并網光伏發電系統和分布式光伏發電系統。
1.獨立光伏發電也被稱為離網光伏發電。它主要由太陽能電池組件、控制器和電池組成。為為交流負載供電，還需要配置交流逆變器。獨立光伏發電站包括偏遠地區的村莊供電系統、太陽能家用電源系統、通信信號電源、陰極保護、太陽能路燈等光伏發電系統。
2.并網光伏發電是指太陽能組件產生的直流電直接通過并網逆變器轉換為符合市電網要求的交流電網。
可分為帶電池的并網發電系統和沒有電池的并網發電系統。帶電池的并網發電系統具有可調度性，可根據需要并入或退出電網，也具有備用電源的功能。當電網因故停電時，可以緊急供電。帶電池的光伏并網發電系統經常安裝在居民樓；沒有電池的并網發電系統不具備可調度和備用電源的功能，一般安裝在較大的系統上。并網光伏發電具有集中式大型并網光伏電站，一般為國家級電站。其主要特點是將發電能直接輸送到電網，由電網統一分配給用戶供電。但這類電站投資大，建設周期長，占地面積大，發展不大。分散式小型并網光伏，特別是光伏建筑一體化光伏發電，由于投資小、建設快、占地面積小、政策支持大，是并網光伏發電的主流。
3. 分布式光伏發電系統，又稱分散式發電或分布式能源供應，是指在用戶現場或用電現場附近配置較小的光伏發電供電系統，以滿足特定用戶的需求，支持現有配電網的經濟運行，或同時滿足這兩個方面的要求。分布式光伏發電系統的基本設備包括光伏電池組件、光伏方陣支架、DC匯流箱、DC配電柜、并網逆變器、交流配電柜等設備，以及供電系統監控裝置和環境監測裝置。其運行模式是在太陽輻射的情況下，光伏發電系統的太陽能電池組件陣列將太陽能轉換輸出的電能通過DC匯流箱集中輸送到DC配電柜，由并網逆變器轉換為交流電源供應建筑自身負荷，通過連接電網調節多余或不足的電力。
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