太阳电池经过串/并联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。

光伏发电的主要原理是半导体p-n结的光电效应，太阳光照射在半导体材料p-n结上，会产生大量的电子-空穴对。在半导体材料p-n结内建电场作用下，电子由p区迁移到n区；空穴由n区迁移到p区，进而产生自由移动的电子和空穴。自由移动的光生空穴在p区边界位置不断聚集，使得p区边界位置附近的空穴浓度远远大于半导体材料内部空穴浓度。相对应的光生电子在n区边界位置不断积累，使得n区边界位置附近的电子浓度远远高于半导体材料内部的电子浓度。在半导体两端连通外接电路后就形成了光生电流，实现光电转换。

光伏发电系统是由太阳电池方阵、光伏逆变器以及汇流与配电装置等组成。其部分设备的作用是：

把多片光伏组件按照一定的设计进行串联/并联的组合，也是更多太阳电池的连接。光伏阵列是大规模光伏发电系统的主要组成部分，其基本电路是由光伏组件、防止逆流元件、旁路元件和接线箱等构成的。

太阳电池将太阳光能转化成直流电能，当应用中需要较高的电压和电流，而单个光伏组件不能满足要求时，可把多个组件通过串联、并联或串并联组合方式进行连接，以获得所需要的电压和电流；根据负荷需要，将若干光伏组件按一定方式安装在固定的机械结构上，形成直流发电的单元，即为太阳电池阵列，又称光伏阵列或太阳电池方阵。一个光伏阵列包含两个或两个以上的光伏组件，具体需要多少个组件及如何连接组件与所需电流、电压及功率有关。光伏阵列输出特性具有非线性特征，并且其输出受光照强度、环境温度和负载情况的影响。在一定的光照强度和环境温度下，光伏阵列可以工作在不同的输出电压，但是只有在某一输出电压值时，光伏阵列的输出功率才能达到最大值。光伏发电系统中的光伏阵列产生电能输入公共电网或供本地负载使用，是光伏发电系统的能源生产基本单元。要让光伏发电系统产出更多电能，首先必须让光伏阵列上的太阳电池尽量多地接收太阳辐射能。由于太阳能在一年中的不同季节、不同月份和不同时段以及不同区域，其强度和总量都不同，因此，实际应用中的光伏发电系统会根据负载特性的不同，选择季节性或全年发电量最大的光伏阵列安装方式。

由半导体器件组成的功率变换装置，主要用于将光伏直流电转换成交流电的设备。光伏逆变器一般分为独立运行和并网运行两类。独立运行的光伏逆变器输出端直接接负载，而并网运行的光伏逆变器输出端直接接电网。

通常光伏逆变器由前级直流升压变换电路和后级逆变桥电路串联构成（变压器隔离的光伏逆变器一般可以省去前级的直流升压变换电路）。其中升压变换电路把太阳电池的直流电压升压到逆变器输出控制所需的直流电压；而逆变桥电路则把升压后的直流电压转换成所需频率的交流电压。光伏逆变器其主电路主要由功率开关器件构成，通过脉冲宽度调制有规则地驱动开关元件的开通与关断，使直流输入变成交流输出脉冲波列，然后通过输出滤波器输出正弦波电压。

逆变器不仅具有直交流变换功能，还具有最大限度地发挥太阳电池性能的功能和系统故障保护功能，归纳起来主要包括有自动运行和停机功能、最大功率点跟踪控制功能、防孤岛运行功能（配电网并网系统用）、低电压穿越功能（输电网并网系统用）、高电压穿越功能（输电网并网系统用）、直流电压检测功能（并网系统用）、直流接地检测功能（并网系统用）。

光伏发电系统必不可少的设备，能够自动防止蓄电池过充电和过放电以实现稳定的电力输出。

人类对太阳能的利用历史悠久，早期主要体现在对光热转换的利用上。光生伏打效应要追溯到19世纪30年代，对光电直接转换的认识与利用主要发生在近两个世纪。

1839年，法国物理学家A.-E.贝可勒尔通过实验发现了光生伏打效应，从此人们开始了对光生伏打效应的研究。1877年，英国科学家在固体硒管中观察到了光生伏打效应，并制作了第一片硒太阳电池。19世纪后叶，维也纳大学报道了第一个染料敏化的光电效应。1905年，德国物理学家A.爱因斯坦成功提出了光电效应理论，从而奠定了光伏效应的理论基础。1930年，W.肖特基首次提出了Cu₂O势垒的光伏效应理论。1954年，第一个具有实用价值的单晶硅p-n结太阳电池研制成功，几个月后电池效率提高到6%。很快，商业硅电池便被用于航天领域。1959年，美国霍夫曼公司推出效率为10%的商业化硅电池。1963年，日本夏普公司最先生产出商业化的硅电池组件。1982年，美国加利福尼亚安装了第一个1兆瓦实用光伏电站。1986年，第一个商业化薄膜a-Si功率型组件诞生。1997年，各国关于未来太阳电池发展的计划纷纷出台：美国启动了“克林顿总统百万屋顶计划”；日本启动“新新阳光计划”；荷兰政府提出“荷兰百万屋顶计划”。2011年，全球光伏新增装机容量约为27.5吉瓦，较上年的18.1吉瓦相比，涨幅高达52%，全球累计安装量超过67吉瓦。全球近28吉瓦的总装机量中，有将近20吉瓦的系统安装于欧洲，但增速相对放缓，其中意大利和德国市场占全球装机增长量的55%，以中、日、印为代表的亚太地区光伏产业市场需求同比增长129%，其装机量分别为2.2吉瓦、1.1吉瓦和350兆瓦。2017年1～11月，中国光伏发电量达1069亿千瓦·时，同比增长72%，光伏年发电量首超1000亿千瓦·时，从2025年开始中国光伏发电将逐步成为主力能源。

光伏发电成本包括装机成本、运营维护费用、日照条件以及投资折旧成本等，光伏发电最常规的方法是采用多晶硅电池发电。其中多晶硅电池的主要原料是多晶硅，占电池成本的85%左右。中国大型光伏电站的投资成本在8～9元/瓦左右，运营成本大约为24元/千瓦，当光伏发电系统投资成本降至8元/瓦以下，每度电的成本可降至0.6～0.9元。随着火力发电会带来极高的环境治理成本，由此给高耗能企业带来的成本增加显而易见，传统的煤炭发电成本将会高于光伏发电。