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。

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。

并網光伏發電有集中式大型并網光伏電站一般都是電站，主要特點是將所發電能直接輸送到電網，由電網統一調配向用戶供電。但這種電站投資大、建設周期長、占地面積大，還沒有太大發展。而分散式小型并網光伏，特別是光伏建筑一體化光伏發電，由于投資小、建設快、占地面積小、政策支持力度大等優點，是并網光伏發電的主流。

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。

應用領域
一、用戶太陽能電源：（1）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；（2）3-5KW家庭屋頂并網發電系統；（3）光伏水泵：解決無電地區的深水井飲用、灌溉。
二、交通領域如航標燈、交通/鐵路信號燈、交通警示/標志燈、宇翔路燈、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。
三、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。
四、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。
五、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。
六、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。
七、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。
八、其他領域包括：（1）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；（2）太陽能制氫加燃料電池的再電系統；（3）海水淡化設備供電；（4）衛星、航天器、空間太陽能電站等。