如果光照射在太阳能电池上，光在界面层被吸收，具有足够能量的光子可以从P型硅和N型硅中的共价键激发电子，从而产生电子-空穴对。在复合之前，界面层附近的电子和空穴会被空间电荷的电场相互分离。电子向带正电的N区移动，空穴向带负电的P区移动。
通过界面层的电荷分离，在P区和N区之间会产生一个可向外测试的电压。此时，可以在硅片的两侧添加电极，并连接电压表。对于晶体硅太阳能电池，典型的开路电压为0.5~0.6V，光照在界面层产生的电子-空穴对越多，电流越大。界面层吸收的光能越多，界面层即电池的面积越大，太阳能电池中形成的电流越大。
阳光照射在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对。在p-n结内置电场的作用下，空穴从N区流向P区，电子从P区流向N区。这就是光伏太阳能电池的工作原理。
太阳能发电有两种方式，一种是光热电转换，另一种是光热电直接转换。
(1)在光热电转换模式下，利用太阳辐射产生的热能发电。一般太阳能集热器将吸收的热能转化为工质的蒸汽，然后驱动汽轮机发电。前者过程是光热转换过程；后一种过程是热电转换过程，和普通火力发电一样。太阳能热发电的缺点是效率低、成本高，其投资估计至少比普通热电厂贵5~10倍。
(2)光电直接转换模式。这种模式利用光伏效应直接将太阳辐射能量转化为电能。光电转换的基本装置是太阳能电池。太阳能电池是一种由于光伏效应直接将太阳能转化为电能的装置。它是一个半导体光电二极管。当阳光照射在光电二极管上时，光电二极管会将太阳能转化为电能并产生电流。当许多电池串联或并联时，它们可以成为输出功率相对较大的太阳能电池阵列。太阳能电池是一种很有前途的新型电源，它具有永久性、清洁性和灵活性三大优点。太阳能电池使用寿命长，只要太阳存在，一次投资就可以长期使用太阳能电池。与火力发电和核能发电相比，太阳能电池不会造成环境污染。
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.独立光伏发电又称离网光伏发电。它主要由太阳能电池组件、控制器和蓄电池组成。为了给交流负载供电，需要交流逆变器。独立光伏电站包括偏远地区的村庄供电系统、太阳能家庭供电系统、通信信号电源、阴极保护、太阳能路灯等电池可独立运行的光伏发电系统。
2.并网光伏发电是指将太阳能模块产生的直流电通过并网逆变器转换成符合商用电网要求的交流电，然后直接接入公共电网。
可分为有电池和无电池并网发电系统。带蓄电池的并网发电系统是可调度的，可以根据需要并入电网或退出电网，并具有备用电源的功能，在电网因故停电时可以提供应急电源。带电池的光伏并网发电系统经常安装在住宅建筑中；无电池并网发电系统不具备可调度性和备用电源功能，一般安装在较大的系统上。并网光伏发电有集中式大型并网光伏电站，一般为国家级电站。主要特点是将产生的能量直接输送到电网，电网统一给用户分配电能。但这类电站投资大，建设周期长，占地面积大，发展不多。分散式小规模并网光伏发电，尤其是光伏建筑一体化光伏发电，以其投资小、建设速度快、占地面积小、政策支持强等优势，成为并网光伏发电的主流。
3.分布式光伏发电系统，也称为分布式发电或分布式供能，是指在用户所在地或用电所在地附近配置较小的光伏发电和供电系统，以满足特定用户的需求，支持现有配电网的经济运行，或满足两者的要求。
分布式光伏发电系统的基本设备包括光伏电池模块、光伏方舱、DC接线盒、DC配电柜、并网逆变器、交流配电柜等设备，此外还有供电系统监控装置和环境监控装置。其运行方式是，光伏发电系统的太阳能电池模块阵列在太阳辐射的情况下，将太阳能转换输出电能，通过DC母线箱送至DC配电柜，由并网逆变器转换成交流电供给建筑物本身的负荷，通过并网调节电力的过剩或不足。
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