從太陽能獲得電力，需通過太陽電池進行光電變換來實現。它同以往其他電源發電原理完全不同。要使太陽能發電真正達到實用水平，一是要提高太陽能光電變換效率并降低其成本，二是要實現太陽能發電同的電網聯網。
由于技術和材料原因，單一電池的發電量是十分有限的，實用中的太陽能電池是單一電池經串、并聯組成的電池系統，稱為電池組件（陣列）。單一電池是一只硅晶體二極管，根據半導體材料的電子學特性，當太陽光照射到由P型和N型兩種不同導電類型的同質半導體材料構成的P-N結上時，在一定的條件下，太陽能輻射被半導體材料吸收，在導帶和價帶中產生非平衡載流子即電子和空穴。同于P-N結勢壘區存在著較強的內建靜電場，因而能在光照下形成電流密度J，短路電流Isc，開路電壓Uoc。若在內建電場的兩側面引出電極并接上負載，理論上講由P-N結、連接電路和負載形成的回路，就有"光生電流"流過，太陽能電池組件就實現了對負載的功率P輸出。
在太陽能發電系統中，系統的總效率ηese由電池組件的PV轉換率、控制器效率、蓄電池效率、逆變器效率及負載的效率等組成。但相對于太陽能電池技術來講，要比控制器、逆變器及照明負載等其它單元的技術及生產水平要成熟得多，而且系統的轉換率只有17%左右。因此提高電池組件的轉換率，降低單位功率造價是太陽能發電產業化的和難點。太陽能電池問世以來，晶體硅作為主角材料保持著統治地位。對硅電池轉換率的研究，主要圍繞著加大吸能面，如雙面電池，減小反射；運用吸雜技術減小半導體材料的復合；電池超薄型化；改進理論，建立新模型；聚光電池等。
P型晶體硅經過摻雜磷可得N型硅，形成P－N結。當光線照射太陽能電池表面時，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量傳遞給了硅原子，使電子發生了躍遷，成為自由電子在P－N結兩側集聚形成了電位差，當外部接通電路時，在該電壓的作用下，將會有電流流過外部電路產生一定的輸出功率。
系統相互立，可自行控制，避免發生大規模停電事故，安全性高；
彌補大電網穩定性的不足，在意外發生時繼續供電，成為集中供電不可或缺的重要補充；
可對區域電力的質量和性能進行實時監控，非常適合向農村、牧區、山區，發展中的中、小城市或商業區的居民供電，大大減小環保壓力；
輸配電損耗低，甚至沒有，無需建配電站，降低或避免附加的輸配電成本；土建和安裝成本低；
調峰性能好，操作簡單；由于參與運行的系統少，啟?？焖?，便于實現全自動。
立運行的太陽能逆變器用于立太陽能電池發電系統，為立負載供電。并網逆變器用于并聯運行的太陽能電池發電系統。太陽能電池在陽光下產生直流電，但直流供電的系統有很大的局限性。例如熒光燈、電視機、冰箱、電風扇等不能直接用直流電源供電，和大多數電機一樣。另外，當供電系統需要升壓或降壓時，交流系統只需要增加一個變壓器，而直流系統的升壓和降壓技術要復雜得多。因此，除了直接使用直流電的通信、氣象等特殊用戶外，還需要在太陽能發電系統中安裝太陽能逆變器以供生產和使用。
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