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光伏發電的主要原理是半導體的光電效應。光子照射到金屬上時，它的能量可以被金屬中某個電子全部吸收，電子吸收的能量足夠大，能克服金屬原子內部的庫侖力做功，離開金屬表面逃逸出來，成為光電子。硅原子有4個外層電子，如果在純硅中摻入有5個外層電子的原子如磷原子，就成為N型半導體；若在純硅中摻入有3個外層電子的原子如硼原子，形成P型半導體。當P型和N型結合在一起時，接觸面就會形成電勢差，成為太陽能電池。當太陽光照射到P－N結后，電流便從P型一邊流向N型一邊，形成電流。
光電效應是物理學中一個重要而神奇的現象。在某特定頻率的電磁波（該頻率稱為極限頻率threshold frequency）照射下，某些物質內部的電子吸收能量后逸出而形成電流，即光生電。
與常用的火力發電系統相比，光伏發電的優點主要體現于： ①無枯竭危險； ②安全可靠，無噪聲，排放外，干凈（）； ③不受資源分布地域的限制，可利用建筑屋面的優勢；例如，無電地區，以及地形復雜地區； ④無需消耗燃料和架設輸電線路即可就地發電供電； ⑤能源質量高； ⑥使用者從感情上容易接受； ⑦建設周期短，獲取能源花費的時間短。
帶有蓄電池的并網發電系統具有可調度性，可以根據需要并入或退出電網，還具有備用電源的功能，當電網因故停電時可緊急供電。帶有蓄電池的光伏并網發電系統常常安裝在居民建筑；不帶蓄電池的并網發電系統不具備可調度性和備用電源的功能，一般安裝在較大型的系統上。
分布式光伏發電系統的基本設備包括光伏電池組件、光伏方陣支架、直流匯流箱、直流配電柜、并網逆變器、交流配電柜等設備，另外還有供電系統監控裝置和環境監測裝置。其運行模式是在有太陽輻射的條件下，光伏發電系統的太陽能電池組件陣列將太陽能轉換輸出的電能，經過直流匯流箱集中送入直流配電柜，由并網逆變器逆變成交流電供給建筑自身負載，多余或不足的電力通過聯接電網來調節。
過去5 年，光伏發電的成本已下降了三分之一，在南美等國光伏發電已經與零售電價持平，甚至是低于零售電價，未來光伏發電的成本還將進一步凸顯。其次，火力發電會帶來的環境治理成本，二十次的巴黎氣候峰會便是引導各國積極啟動碳交易市場定價機制，由此給高耗能企業帶來的成本增加則顯而易見，因此從這個角度而言煤炭發電成本將光伏發電。 投資成本降至8元/瓦以下，度電成本降至0.6-0.9元/千瓦時。
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