光伏发电的基本原理是光伏效应。当光子照射到金属上时，它的能量可以被金属中的所有电子吸收，电子吸收的能量足够大，可以克服金属的内部引力，逃离金属表面，成为光电子。
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光导致不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间的电位差。它首先是从光子（光波）转化为电子的过程。光能转化为电能；其次，形成电压过程。有了电压，就像筑高坝一样。如果两者相连，就会形成电流电路。
光伏发电的主要原理是半导体的光电效应。硅原子有四个外部电子。如果将磷原子等五个外部电子原子混合到纯硅中，则成为N型半导体；如果将硼原子等三个外部电子原子混合到纯硅中，则形成P型半导体。当P型和N型结合在一起时，接触面会形成电势差，成为太阳能电池。当太阳光照射到P-N结时，穴位从P极区移动到N极区，电子从N极区移动到P极区，形成电流。
多晶硅经过铸锭、破锭、切片等程序制成待加工的硅片。硅片与微量硼磷混合，形成P-N结。然后用丝网印刷，将精制的银浆印在硅片上，做成栅线，烧结后做成背电极，在带栅线的表面涂上防反射涂层，这样电池片就可以做成了。电池板排列组合成电池组件，形成大电路板。一般在组件周围包裹铝框，正面覆盖玻璃，背面安装电极。有了电池组件和其他辅助设备，就可以形成发电系统。为了将直流电转化为交流电，需要安装电流转换器。发电后可以用电池存储，也可以输入公共电网。在发电系统成本中，电池组件约占50%，电流转换器、安装成本、其他辅助部件等费用占50%。
光伏发电系统分为独立光伏发电系统、并网光伏发电系统和分布式光伏发电系统。
1.独立光伏发电也被称为离网光伏发电。它主要由太阳能电池组件、控制器和电池组成。为为交流负载供电，还需要配置交流逆变器。独立光伏发电站包括偏远地区的村庄供电系统、太阳能家用电源系统、通信信号电源、阴极保护、太阳能路灯等光伏发电系统。
2.并网光伏发电是指太阳能组件产生的直流电直接通过并网逆变器转换为符合市电网要求的交流电网。
可分为带电池的并网发电系统和没有电池的并网发电系统。带电池的并网发电系统具有可调度性，可根据需要并入或退出电网，也具有备用电源的功能。当电网因故停电时，可以紧急供电。带电池的光伏并网发电系统经常安装在居民楼；没有电池的并网发电系统不具备可调度和备用电源的功能，一般安装在较大的系统上。并网光伏发电具有集中式大型并网光伏电站，一般为国家级电站。其主要特点是将发电能直接输送到电网，由电网统一分配给用户供电。但这类电站投资大，建设周期长，占地面积大，发展不大。分散式小型并网光伏，特别是光伏建筑一体化光伏发电，由于投资小、建设快、占地面积小、政策支持大，是并网光伏发电的主流。
3. 分布式光伏发电系统，又称分散式发电或分布式能源供应，是指在用户现场或用电现场附近配置较小的光伏发电供电系统，以满足特定用户的需求，支持现有配电网的经济运行，或同时满足这两个方面的要求。分布式光伏发电系统的基本设备包括光伏电池组件、光伏方阵支架、DC汇流箱、DC配电柜、并网逆变器、交流配电柜等设备，以及供电系统监控装置和环境监测装置。其运行模式是在太阳辐射的情况下，光伏发电系统的太阳能电池组件阵列将太阳能转换输出的电能通过DC汇流箱集中输送到DC配电柜，由并网逆变器转换为交流电源供应建筑自身负荷，通过连接电网调节多余或不足的电力。
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