光伏發電的主要原理是半導體的光電效應。光子照射到金屬上時，它的能量可以被金屬中某個電子全部吸收，電子吸收的能量足夠大，能克服金屬原子內部的庫侖力做功，離開金屬表面逃逸出來，成為光電子。硅原子有4個外層電子，如果在純硅中摻入有5個外層電子的原子如磷原子，就成為N型半導體；若在純硅中摻入有3個外層電子的原子如硼原子，形成P型半導體。當P型和N型結合在一起時，接觸面就會形成電勢差，成為太陽能電池。當太陽光照射到P－N結后，電流便從P型一邊流向N型一邊，形成電流。
多晶硅經過鑄錠、破錠、切片等程序后，制作成待加工的硅片。在硅片上摻雜和擴散微量的硼、磷等，就形成P－N結。然后采用絲網印刷，將精配好的銀漿印在硅片上做成柵線，經過燒結，同時制成背電極，并在有柵線的面涂一層防反射涂層，電池片就至此制成。電池片排列組合成電池組件，就組成了大的電路板。一般在組件四周包鋁框，正面覆蓋玻璃，反面安裝電極。有了電池組件和其他輔助設備，就可以組成發電系統。為了將直流電轉化交流電，需要安裝電流轉換器。發電后可用蓄電池存儲，也可輸入公共電網。發電系統成本中，電池組件約占50%，電流轉換器、安裝費、其他輔助部件以及其他費用占另外 50%。
與常用的火力發電系統相比，光伏發電的優點主要體現于： ①無枯竭危險； ②安全可靠，無噪聲，排放外，干凈（）； ③不受資源分布地域的限制，可利用建筑屋面的優勢；例如，無電地區，以及地形復雜地區； ④無需消耗燃料和架設輸電線路即可就地發電供電； ⑤能源質量高； ⑥使用者從感情上容易接受； ⑦建設周期短，獲取能源花費的時間短。
太陽能電池板的生產卻具有高污染、高能耗的特點，在現有的條件下，生產國內自己使用的電池板還說的過去，不過大量出口等于污染中國，造福世界了，據統計，生產一塊1m×1.5m的太陽能板燃燒超過40公斤煤，但即使中國沒有效率的火力發電廠也能夠用這些煤生產130千瓦時的電（一般一塊1mx1.6m的太陽能板一年發電量在250千瓦時以上）——這足夠讓2.2瓦的發光二極管（LED）燈泡按照每天工作12小時計算發光30年。 ①照射的能量分布密度小，即要占用面積； ②獲得的能源同四季、晝夜及陰晴等氣象條件有關。 ③相對于火力發電，發電機會成本高。 ④光伏板制造過程中不環保。
薄膜光伏電池具有輕薄、質輕、柔性好等優勢，應用范圍非常廣泛，尤其適合用在光伏建筑一體化之中。如果薄膜電池組件效率與晶硅電池相差無幾，其性價比將是無可比擬的。在柔性襯底上制備的薄膜電池，具有可卷曲折疊、不怕摔碰、重量輕、弱光性能好等優勢，將來的應用前景將會更加廣闊。
晶硅光伏組件安裝后，暴曬50——100天，效率衰減約2——3%，此后衰減幅度大幅減緩并穩定有每年衰減0.5——0.8%，20年衰減約20%。單晶組件衰減要約少于多晶組件。非晶光做組件的衰減約低于晶硅。 因此，提升轉化率、降低每瓦成本仍將是光伏未來發展的兩大主題。無論是哪種方式，大規模應用如果能夠將轉化率提升到30%，成本在每千瓦五千元以下（和水電相平），那么人類將在核聚變發電研究成功之前得到為廣泛、清潔、廉價的幾乎無限的可靠新能源。
并網光伏發電有集中式大型并網光伏電站一般都是電站，主要特點是將所發電能直接輸送到電網，由電網統一調配向用戶供電。但這種電站投資大、建設周期長、占地面積大，還沒有太大發展。而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、政策支持力度大等優點，是并網光伏發電的主流。
過去5 年，光伏發電的成本已下降了三分之一，在南美等國光伏發電已經與零售電價持平，甚至是低于零售電價，未來光伏發電的成本還將進一步凸顯。其次，火力發電會帶來的環境治理成本，二十次的巴黎氣候峰會便是引導各國積極啟動碳交易市場定價機制，由此給高耗能企業帶來的成本增加則顯而易見，因此從這個角度而言煤炭發電成本將光伏發電。 投資成本降至8元/瓦以下，度電成本降至0.6-0.9元/千瓦時。
應用領域 一、用戶太陽能電源：（1）小型電源10-100W不等，用于邊遠無電地區如高原、海島、牧區、邊防哨所等軍民生活用電，如照明、電視、收錄機等；（2）3-5KW家庭屋頂并網發電系統；（3）光伏水泵：解決無電地區的深水井飲用、灌溉。 二、交通領域如航標燈、交通/鐵路信號燈、交通警示/標志燈、宇翔路燈、高空障礙燈、高速公路/鐵路無線電話亭、無人值守道班供電等。 三、通訊/通信領域：太陽能無人值守微波中繼站、光纜維護站、廣播/通訊/尋呼電源系統；農村載波電話光伏系統、小型通信機、士兵GPS供電等。 四、石油、海洋、氣象領域：石油管道和水庫閘門陰極保護太陽能電源系統、石油鉆井平臺生活及應急電源、海洋檢測設備、氣象/水文觀測設備等。 五、家庭燈具電源：如庭院燈、路燈、手提燈、野營燈、登山燈、垂釣燈、黑光燈、割膠燈、節能燈等。 六、光伏電站：10KW-50MW立光伏電站、風光（柴）互補電站、各種大型停車廠充電站等。 七、太陽能建筑將太陽能發電與建筑材料相結合，使得未來的大型建筑實現電力自給，是未來一大發展方向。 八、其他領域包括：（1）與汽車配套：太陽能汽車/電動車、電池充電設備、汽車空調、換氣扇、冷飲箱等；（2）太陽能制氫加燃料電池的再電系統；（3）海水淡化設備供電；（4）衛星、航天器、空間太陽能電站等。
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