從太陽能獲得電力，需通過太陽電池進行光電變換來實現。它同以往其他電源發電原理完全不同。要使太陽能發電真正達到實用水平，一是要提高太陽能光電變換效率并降低其成本，二是要實現太陽能發電同的電網聯網。

太陽能光發電是指無需通過熱過程直接將光能轉變為電能的發電方式。 它包括光伏發電、光化學發電、光感應發電和光生物發電。 光伏發電是利用太陽能級半導體電子器件有效地吸收太陽光輻射能，并使之轉變成電能的直接發電方式，是當今太陽光發電的主流。在光化學發電中有電化學光伏電池、光電解電池和光催化電池，目前得到實際應用的是光伏電池。 [1]

單晶硅太陽能電池的光電轉換效率為15%左右，高可達23%，在太陽能電池中光電轉換，但其制造成本高。單晶硅太陽能電池的使用壽命一般可達15年，高可達25年。多晶硅太陽能電池的光電轉換效率為14%到16%，其制作成本低于單晶硅太陽能電池，因此得到大量發展，但多晶硅太陽能電池的使用壽命要比單晶硅太陽能電池要短。

太陽能發電是利用電池組件將太陽能直接轉變為電能的裝置。太陽能電池組件（Solar cells）是利用半導體材料的電子學特性實現P-V轉換的固體裝置，在廣大的無電力網地區，該裝置可以方便地實現為用戶照明及生活供電，一些發達國家還可與區域電網并網實現互補。目 前從民用的角度，在國外技術研究趨于成熟且初具產業化的是"光伏--建筑（照明）一體化"技術，而國內主要研究生產適用于無電地區家庭照明用的小型太陽能發電系統。
太陽能發電系統主要包括：太陽能電池組件（陣列）、控制器、蓄電池、逆變器、用戶即照明負載等組成。其中，太陽能電池組件和蓄電池為電源系統，控制器和逆變器為控制保護系統，負載為系統終端。

由于技術和材料原因，單一電池的發電量是十分有限的，實用中的太陽能電池是單一電池經串、并聯組成的電池系統，稱為電池組件（陣列）。單一電池是一只硅晶體二極管，根據半導體材料的電子學特性，當太陽光照射到由P型和N型兩種不同導電類型的同質半導體材料構成的P-N結上時，在一定的條件下，太陽能輻射被半導體材料吸收，在導帶和價帶中產生非平衡載流子即電子和空穴。同于P-N結勢壘區存在著較強的內建靜電場，因而能在光照下形成電流密度J，短路電流Isc，開路電壓Uoc。若在內建電場的兩側面引出電極并接上負載，理論上講由P-N結、連接電路和負載形成的回路，就有"光生電流"流過，太陽能電池組件就實現了對負載的功率P輸出。

控制器的主要功能是使太陽能發電系統始終處于發電的大功率點附近，以獲得率。而充電控制通常采用脈沖寬度調制技術即PWM控制方式，使整個系統始終運行于大功率點Pm附近區域。放電控制主要是指當電池缺電、系統故障，如電池開路或接反時切斷開關。目 前日立公司研制出了既能跟蹤調控點Pm，又能跟蹤太陽移動參數的"向日葵"式控制器，將固定電池組件的效率提高了50%左右。

在太陽能發電系統中，系統的總效率ηese由電池組件的PV轉換率、控制器效率、蓄電池效率、逆變器效率及負載的效率等組成。但相對于太陽能電池技術來講，要比控制器、逆變器及照明負載等其它單元的技術及生產水平要成熟得多，而且系統的轉換率只有17%左右。因此提高電池組件的轉換率，降低單位功率造價是太陽能發電產業化的和難點。太陽能電池問世以來，晶體硅作為主角材料保持著統治地位。對硅電池轉換率的研究，主要圍繞著加大吸能面，如雙面電池，減小反射；運用吸雜技術減小半導體材料的復合；電池超薄型化；改進理論，建立新模型；聚光電池等。

應用領域
1、用戶太陽能電源：小型電源10-100W不等，用于邊遠無電地區如高原、海島、牧區、邊防哨所等軍民生活用電，如照明、電視、收錄機等；3-5KW家庭屋頂并網發電系統；光伏水泵：解決無電地區的深水井飲用、灌溉。
2、交通領域：如航標燈、交通/鐵路信號燈、交通警示/標志燈、路燈、高空障礙燈、高速公路/鐵路無線電話亭、無人值守道班供電等。
3、 通訊/通信領域：太陽能無人值守微波中繼站、光纜維護站、廣播/通訊/尋呼電源系統；農村載波電話光伏系統、小型通信機、士兵GPS供電等。
4、石油、海洋、氣象領域：石油管道和水庫閘門陰極保護太陽能電源系統、石油鉆井平臺生活及應急電源、海洋檢測設備、氣象/水文觀測設備等。
5、家庭燈具電源：如庭院燈、路燈、手提燈、野營燈、登山燈、垂釣燈、黑光燈、割膠燈、節能燈等。
6、光伏電站：10KW-50MW立光伏電站、風光（柴）互補電站、各種大型停車廠充電站等。
7、太陽能建筑：將太陽能發電與建筑材料相結合，使得未來的大型建筑實現電力自給，是未來一大發展方向。
8、其他領域包括：與汽車配套：太陽能汽車/電動車、電池充電設備、汽車空調、換氣扇、冷飲箱等；太陽能制氫加燃料電池的再電系統；海水淡化設備供電；衛星、航天器、空間太陽能電站等。、

系統相互立，可自行控制，避免發生大規模停電事故，安全性高；
彌補大電網穩定性的不足，在意外發生時繼續供電，成為集中供電不可或缺的重要補充；
可對區域電力的質量和性能進行實時監控，非常適合向農村、牧區、山區，發展中的中、小城市或商業區的居民供電，大大減小環保壓力；
輸配電損耗低，甚至沒有，無需建配電站，降低或避免附加的輸配電成本；土建和安裝成本低；
調峰性能好，操作簡單；由于參與運行的系統少，啟停快速，便于實現全自動。