光伏发电的基本原理是“光生伏特效应”（简称“光伏效应”），是指光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位间产生电位差的现象。“光伏效应”首先是由光子转化为电子、光能转化为电能的过程；其次，是电压及电回路形成的过程。

光伏发电利用太阳能电池（一种类似于晶体二极管的半导体器件）的光生伏特效应直接把太阳的辐射能转变为电能。太阳能电池的基本特性和二极管类似，可以用简单的PN结来说明。当具有能量的光子射人半导体时，光与构成半导体的材料相互作用产生电子和空穴（因失去电子而带正电的电荷），如半体中存在PN结，则电子向N型半导体扩散，空穴向P型半导体扩散，并分别聚集于两个电极部分。若太阳能电池两端接负载，负载有电流通过。当光线一直照射时，负载上将源源不断地有电流流过。单片太阳能电池是一个薄片状的半导体PN结，标准光照条件下，额定输出电压为0.5V左右，为了获得较高的输出电压和较大的输出功率，需将多片太阳能池采用串并联的方式连接在一起使用。太阳能电池的输出功率随光照强度不同呈现随机性特征，在不同时间、不同地点、不同安装方式下，同一块太阳能电池的输出功率也不相同。

太阳能光伏发电系统的首要部件是太阳能电池，由一片单晶硅片构成的太阳能电池称为单体(Cell)，多个太阳能电池单体组成的构件称为太阳能电池模块(Module)；多个太阳能电池模块构成的大型装置称为太阳能电池阵列(Array)，阵列有公共的输出端，可直接向负荷供电。

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