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。

光伏發電系統主要由太陽能電池、蓄電池、控制器和逆變器組成，其中太陽能電池是光伏發電系統的關鍵部分，太陽能電池板的質量和成本將直接決定整個系統的質量和成本。太陽能電池主要分為晶體硅電池和薄膜電池兩類，前者包括單晶硅電池、多晶硅電池兩種，后者主要包括非晶體硅太陽能電池、銅銦鎵硒太陽能電池和碲化鎘太陽能電池。

薄膜太陽能電池是用硅、硫化鎘、砷化鎵等薄膜為基體材料的太陽能電池。薄膜太陽能電池可以使用質輕、價低的基底材料（如玻璃、塑料、陶瓷等）來制造，形成可產生電壓的薄膜厚度不到1微米，便于運輸和安裝。然而，沉淀在異質基底上的薄膜會產生一些缺陷，因此現有的碲化鎘和銅銦鎵硒太陽能電池的規?；慨a轉換效率只有12%到14%，而其理論上限可達29%。如果在生產過程中能夠減少碲化鎘的缺陷，將會增加電池的壽命，并提高其轉化效率。這就需要研究缺陷產生的原因，以及減少缺陷和控制質量的途徑。太陽能電池界面也很關鍵，需要大量的研發投入。

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。

太陽能光伏發電系統的防反充二極管又稱阻塞二極管，在太陽電池組件中其作用是避免由于太陽電池方陣在陰雨和夜晚不發電或出現短路故障時，擂電池組通過太陽電池方陣放電。防反充二極管串聯在太陽電池方陣電路中，起單向導通作用。因此它回路中有大電流，而且要承受大反向電壓的沖擊。一般可選用合適的整流二極管作為防反充二極管。一塊板的話可以不用任何二極管，因為控制器本來就可防反沖。板子串聯的話，需要安裝旁路二極管，如果是并聯的話就要裝個防反沖二極管，防止板子直接沖電。防反充二極管只是保護作用，不會影響發電效果。

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。

太陽能逆變器是將直流電轉換為交流電的設備。由于太陽能電池和蓄電池是直流電源，負載是交流負載，太陽能逆變器是的。根據運行方式，太陽能逆變器可分為離網太陽能逆變器和太陽能并網逆變器。

立運行的太陽能逆變器用于立太陽能電池發電系統，為立負載供電。并網逆變器用于并聯運行的太陽能電池發電系統。太陽能電池在陽光下產生直流電，但直流供電的系統有很大的局限性。例如熒光燈、電視機、冰箱、電風扇等不能直接用直流電源供電，和大多數電機一樣。另外，當供電系統需要升壓或降壓時，交流系統只需要增加一個變壓器，而直流系統的升壓和降壓技術要復雜得多。因此，除了直接使用直流電的通信、氣象等特殊用戶外，還需要在太陽能發電系統中安裝太陽能逆變器以供生產和使用。